维生素的发酵生产工艺课件.pptx

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1、维生素的发酵生产工艺第1页，此课件共45页哦4发酵法比较3维生素维生素C C的工艺的工艺流程流程21维生素维生素C C简介简介维生素维生素C C的市场的市场应用前景应用前景C O N T E N T S目录录录第2页，此课件共45页哦一课堂回顾一课堂回顾二课外链接二课外链接 维生素C简介 第3页，此课件共45页哦课堂回顾自我介绍我叫维生素C（Vitamin C),又称L-抗坏血酸，化学名称为3-氧代-L-古龙糖酸呋喃内酯 （3-oxo-L-gulofuranolactone)。第4页，此课件共45页哦结结构构:维生素C分子中有2个手性碳原子，存在4种旋光异构体，但只有L-(+)型活性最高，其他

2、3种临床效果很低或无活性。第5页，此课件共45页哦维生素C的物理性质白白色色粉粉末末，无无臭臭、味味酸酸、熔熔点点190-192190-192，易易溶溶于于水水，略略溶溶于于乙乙醇醇，不不溶溶于于乙乙醚醚，氯氯仿仿及及石石油油醚醚等等。它它是是一一种种还还原原剂剂，易易受受光光、热热、氧氧等等破破坏坏，尤尤其其在在碱碱液液中中或或有有微微量量金金属属离离子子存存在在时时，分分解解更更快快，但但干干燥燥结结晶较稳定晶较稳定。第6页，此课件共45页哦化学性质化学性质:易溶于水和甲醇，呈酸性，有旋光性。维生素C无游离羧基，呈内酯环状，是一种强还原剂，易受光、热、氧化等破坏。内酯环水解后，发生脱羧反应

3、成糠醛，聚合后变色。储存：储存：干燥结晶状态较稳定，避光、避热、干燥容器种保存。第7页，此课件共45页哦维生素维生素C C简介简介孟祥升孟祥升维生素C可以是氧化型，又可以是还原型存在于体内，所以可作为供氢体，又可作为受氢体，在体内氧化还原过程中发挥重要作用。促进抗体形成。促进铁的吸收。促进四氢叶酸形成。维持巯基酶的活性。第8页，此课件共45页哦课外连接 羟化反应.doc 还原作用.doc其他功能.doc 易缺乏人群.doc第9页，此课件共45页哦羟化反应是体内许多重要物质合成或分解的必要步骤，在羟化过程中促进胶原合成。维生素C缺乏时，胶原合成障碍，从而导致坏血病。促进神经递质（5-羟色胺及去甲

4、肾上腺素）合成。促进类固醇羟化。高胆固醇患者，应补给足量的维生素C。促进有机物或毒物羟化解毒。维生素C能提升混合功能氧化酶的活性，增强药物或毒物的解毒（羟化）过程。第10页，此课件共45页哦维生素C可以是氧化型，又可以是还原型存在于体内，所以可作为供氢体，又可作为受氢体，在体内氧化还原过程中发挥重要作用。促进抗体形成。促进铁的吸收。促进四氢叶酸形成。维持巯基酶的活性。第11页，此课件共45页哦解毒。预防癌症。清除自由基。第12页，此课件共45页哦特殊人群，如孕妇，乳母，婴幼儿，老年人。从事特殊作业人群，如重体力劳动、部队人员、运动员、航空航天、潜水航海、接触有毒物、放射物工作、矿工等。（1）食

5、物缺乏新鲜果蔬，偏食挑食者。（2）慢性疾病，严重外伤患者。（3）消化功能紊乱，长期腹泻者。（4）生活不规律，或压力过大，抽烟酗酒等。期服用某些特定药物、如雌激素、肾上腺皮质激素、四环素、降钙素、阿司匹林、矿物油等人群。第13页，此课件共45页哦维生素C的市场应用前景1.在食品中应用广泛维生素富含抗氧化作用和含自由基消除剂，可以抑制和制止致病因子。因此，维C大量添加在各种食品和饮料中，用量很大。如用于食品保鲜，人体营养剂，果冻，果酱等的维生素强化剂及油脂的抗氧化等。在国内应用也很大。第14页，此课件共45页哦2.化妆品行业护肤：抗氧化剂，防止氧化损伤，皮肤美白等。香皂：防止汗液臭化，除臭，美白。

6、牙膏：抗炎，防止牙龈出血。3.其他领域的用量不断扩大作为添加剂加到饲料中，占总消耗量的10%，随着添加剂比例的不断增加，维C的用量还有很大的提升空间。第15页，此课件共45页哦4.临床中的应用对缺血再灌注心肌保护作用改善心血管功能抗癌和防癌的作用对肠黏膜屏障保护治疗消化性溃疡等随着维C用途的不断增多，维C的用量越来越大，维C市场具有广阔的前景，我国目前的市场还有很大的提升空间第16页，此课件共45页哦维生素C的生产工艺第17页，此课件共45页哦u 生产方法生产方法（1 1）化学合成法）化学合成法 烟酸、烟酰胺、叶酸、维生素烟酸、烟酰胺、叶酸、维生素B B1 1、B B6 6、D D、E E、K

7、 K等。等。（2 2）发酵法）发酵法 B B1212、B B2 2，维生素，维生素C C和生物素，维生素原等。和生物素，维生素原等。（3 3）生物提取法）生物提取法 从从猪猪心心中中提提取取辅辅酶酶Q Q1010，从从槐槐花花米米中中提提取取芦芦丁丁，从从提提取取链链霉素后的废液中提取霉素后的废液中提取B B1212等。等。第18页，此课件共45页哦生产工艺生产工艺.1 1.莱氏法化学合成工艺莱氏法化学合成工艺 3 3.两步发酵工艺两步发酵工艺第19页，此课件共45页哦 莱莱氏氏法法是是最最早早生生产产维维生生素素C C的的方方法法,其其以以葡葡萄萄糖糖为为原原料料,先先经经黑黑醋醋菌菌发发酵

8、酵生生成成L-L-山山梨梨糖糖,再再经经丙丙酮酮化化及及NaClO NaClO 氧氧化化、水水解解得得到到2-2-酮酮-L-L古古龙龙酸酸钠钠,然然后后进进行行化化学学合合成成得得到到维生素维生素C C。第20页，此课件共45页哦莱氏法生产维生素C莱氏合成法的工艺原理和过程1.D-山梨醇的制备2.L-山梨糖的制备 2,3,4,6-双酮基-L-山梨糖（双丙酮糖）的制备 2,3,4,6-双酮基-L-古龙酸（双丙酮古龙酸）的制备粗品维生素C的制备粗品维生素C的精制第21页，此课件共45页哦、D-山梨醇的制备（1）工艺过程在70-75下加水溶解葡萄糖，50%溶液氢气纯度99.3%、压强0.04MPa时

9、，将糖液冲入釜内加入活性镍催化剂加碱液调pH8.2-8.4，通蒸汽，并搅拌温度升至120-135时关闭蒸汽控制温度在150-155，压强3.8-4.0MPa反应至不吸收氢气为反应终点0.2-0.3MPa压强下压料至沉淀缸、过滤、树脂交换处理收率95%第22页，此课件共45页哦（2）影响因素1.pH值 葡萄糖水pH8.0-8.5偏高或偏低会使甘露醇（副产物）含量增加2.设备材质山梨醇能溶解多种金属避免使用铁、铝或铜制设备，而用不锈钢3.副产物影响甘露醇影响产物比旋度残糖含量影响产物比旋度氢化反应的终点指标4.注意事项及三废处理车间进行还原反应时氢气自制，故配有氢气柜。应杜绝火源，以免氢气发生爆炸

10、第23页，此课件共45页哦废镍催化剂可压制成块，冶炼回收再生废液中的镍经沉淀后可回收废酸、废碱经中和后放入下水道2.L-山梨糖的制备（1）工艺过程菌种部分斜面培养基中菌种活化传代24h后，产糖量达到100mg/mL在30 培养48h，镜检菌体正常、无杂菌放0-5 冰箱保存备用（2）发酵部分投料。D-山梨醇浓度为16%-20%培养基控制pH5.4-5.6，120 灭菌0.5h第24页，此课件共45页哦在发酵罐中培养（温度30-32；压力0.03-0.05MPa）一级种子罐发酵率40%以上，二级种子罐发酵率50%以上当发酵率在95%以上时，温度略高（31-33）；pH7.2左右，即为发酵终点控制真

11、空度在0.05MPa以上，温度60 以下，减压浓缩结晶即得L-山梨糖（3）注意事项尽量减少染菌途径3.2,3,4,6-双酮基-L-山梨糖的制备1.工艺过程 配料比：L-山梨糖：丙酮：发烟硫酸：氢氧化钠=1:9:0.4:0.6 5 下压入丙酮、发烟硫酸，加入山梨糖 15-20 下溶糖6h 降温至-8，保持6-7h得酮化液 25，加入18%-22%的氢氧化钠溶液，中和至pH8.0-8.5 第25页，此课件共45页哦上层清液常压蒸馏至100，减压蒸馏至90 苯提取蒸馏后剩余溶液，减压蒸馏得双丙酮糖（3)注意事项双酮糖在酸性中不稳定，碱性中较温定。因此中和时，必须保持碱性和低温条件加料的先后顺序，先加

12、入丙酮古龙酸与盐酸，易于结块，造成搅拌困难4.2,3,4,6-双酮基-L-古龙酸（双丙酮古龙酸）的制备4.次氯酸钠的制造新鲜配制14.5%-15.5%的氢氧化钠溶液通入液氯双丙酮酸的氧化配料比：双丙酮糖：次氯酸钠：硫酸镍=1：10：0.04投料，40保温搅拌30min静止片刻，抽滤滤液冷至0-5，用盐酸中和（pH7、3、1.5）过滤、水洗、过滤。得结晶.第26页，此课件共45页哦5.粗品维生素C的制备（1）工艺过程配料比：双丙酮古龙酸（折纯）：精制盐酸（38%）：乙醇=1.0：0.27：0.31步骤加部分双丙酮古龙酸，搅拌加盐酸，再加余下的古龙酸蒸汽加温，升至37左右关蒸汽自然升温至52-54

13、，保温5-7h50-52 保温20h，然后通水降温1h加适量乙醇，冷却至-2 放料，甩滤0.5h乙醇洗涤，甩滤3-3.5h干燥得粗品维生素C6、粗品维生素C配料比：粗维生素C(折纯)：蒸馏水：活性炭：乙醇=1：1.1:0.06:0.6：的精制 第27页，此课件共45页哦步骤粗品（85%）真空干燥（50-55，20-30min）除去挥发性杂质（盐酸、丙酮）投入热水（68-70）中溶解加入活性炭搅拌5-10min保温压滤结晶罐中降温至45-50 加入晶种，缓慢冷却至-2，结晶晶体离心甩滤，冰乙醇洗涤甩滤，低温干燥（43-45，1.5h）得精制维生素C第28页，此课件共45页哦莱氏法合成工艺流程转化

14、 酸化 HCl氧 化 NaOH,O2,KMnO4 酮化 H2SO4丙酮加氢 H2D-葡萄糖D-山梨醇双丙酮-L-山梨糖维生素CL-山梨糖酶菌氧化 O2双丙酮-L-古龙酸2-酮-L-古龙酸第29页，此课件共45页哦两步发酵工艺第30页，此课件共45页哦两步发酵工艺两步发酵工艺 D-D-山梨醇的化学合成山梨醇的化学合成 50%葡萄糖溶液在75加入活性炭用石灰乳液调节pH8.4，加镍催化剂，通氢气压力3.43MPa，反应温度140.反应结束后，静置沉降出去催化剂，反应液经离子交换树脂、活性炭处理后，减压浓缩，得到含量60-70%的D-山梨醇，无色透明或微黄色透明粘稠液体，收率约97%。第31页，此课

15、件共45页哦2）2-酮-L-古龙酸的微生物发酵菌种菌种活化、分离、混合培养移入三角瓶种液培养基，29-33振荡培养24h产酸量在6-9mg/mL，pH降至7以下，镜检正常无杂菌发酵部分一级种子罐加料：控温29-30，压强0.05MPa，pH6.7-7.0二级种子罐培养：发酵终点：温度31-33，pH7.2，残糖量0.8mg/mL第32页，此课件共45页哦提取部分提取部分一次交换：盐酸酸化，调菌体蛋白等电点，沉降4h以上上清液以2-3m3/h的流速压入阳离子交换柱当流出液pH为3.5时，收集交换液，控制pH交换完，纯水冲柱加热过滤合并流出液和洗液调pH至蛋白等电点加热至70，加0.3%活性炭升温

16、至90-95，保温10-15min，使蛋白凝结停止搅拌，快速冷却，高速离心加热过滤加热过滤合并流出液和洗液，调pH至蛋白等电点第33页，此课件共45页哦加热至70，加0.3%活性炭升温至90-95，保温10-15min，使蛋白凝结停止搅拌，快速冷却，高速离心二次交换二次交换上清液打入二次交换柱洗脱，至流出液pH=1.5时，收集交换液控制pH1.5-1.7之间交换完毕，洗柱减压浓缩减压浓缩二次交换液进行一级浓缩，控制真空度、内温，至浓缩液的相对密度达1.2出料 第34页，此课件共45页哦同样条件二次浓缩，至尽量干加少量乙醇，冷却结晶甩滤，冰乙醇洗涤得2-酮基-L-古龙酸反应条件及影响因素反应条件

17、及影响因素反应条件及影响因素山梨糖初浓度过高，将抑制菌体生长，使发酵收率降低从生产角度考虑，保证尽可能高的酸度，需山梨糖初浓度越高越好产酸前期应处于高溶氧浓度控制pH6.7-7.9采用滴加或待菌体生长正常后一次性补加的方法，来提高产物的浓度第35页，此课件共45页哦注意事项及注意事项及“三废三废”处理处理调好等电点是凝聚菌体蛋白的重要因素浓缩时，温度控制在45左右较好，以防止跑料和炭化树脂再生直接影响2-酮基-L-古龙酸的提取，其标准为进出酸差在1%以下，无Cl-三废处理：母液回收、浓缩、结晶甩滤，提高收率废盐酸回收后可再用于第一次交换第36页，此课件共45页哦1.1.酸转化酸转化（1）反应原

18、理：（2）.工艺过程：配料比：2-酮基-L-古龙酸：38%盐酸：丙酮=1:0.4:0.3先将丙酮和一半古龙酸加入转化罐，搅拌再加入盐酸和余下的古龙酸蒸汽加热，升温至30-38 关闭蒸汽，自然升温至52-54，保温5h达到反应高潮，保持温度50-52，至总反应时间20h冷却过滤、冷乙醇洗涤得维生素C粗品反应条件及影响因素反应条件及影响因素若盐酸浓度偏低，则转化不完全，收率低若盐酸浓度偏高，则分解成许多杂质，使反应物颜色较深酸性条件下，产物容易分解为糠醛，进一步聚合成水和醇不溶的糠醛树脂，加入丙酮可以溶解糠醛，降低其活性而阻止其聚合=1:0.4:0.3（三）粗维生素C的制备第37页，此课件共45页

19、哦工艺过程酯化：加入甲醇、浓硫酸和干燥的古龙酸，搅拌加热，升温至66-68，反应4h左右即为酯化终点，冷却，加入碳酸氢钠。升温至66左右，回流10h后，即为转化终点，冷却至0，离心分离，得维生素C钠盐。酸化：将维C钠盐和一母干品、甲醇加入罐中，搅拌硫酸调反应液pH为2.2-2.4，在40左右保温1.5h，冷却，离心分离，弃去硫酸钠，加少量活性炭，冷却压滤，真空减压浓缩，蒸出甲醇。浓缩液冷却结晶，离心分离。第38页，此课件共45页哦碱转化碱转化第39页，此课件共45页哦第40页，此课件共45页哦第41页，此课件共45页哦四、维生素四、维生素C C的精制的精制工艺原理：L-抗坏血酸易遭破坏，如：温

20、度，空气，等等易氧化，易分解工艺过程：配料比：粗维生素C：蒸馏水：活性炭：晶种=1：1.1：0.58：0.00023 步骤：粗维生素C真空干燥加蒸馏水搅拌溶解加活性炭，搅拌5-10min，压滤滤液加入结晶罐，再加入50L左右的乙醇，搅拌降温、加晶种，结晶将晶体离心甩滤，冰乙醇洗涤甩滤、干燥器中干燥，得精制VC注意事项结晶时，最高温度不得高于45，最低不得低于-4，不能再高温下加晶种回旋干燥要严格控制循环水温和时间，夏天循环水温高，可用小冷凝器降温 第42页，此课件共45页哦两条转化路线的比较酸转化和碱转化各有优缺点，目前用于生产的各占50%。（1）酸转化的优点是设备简单，操作方便，中间过程少，有利于提高收率。缺点是维生素C破坏较严重，质量较差，设备腐蚀严重，三废问题没有很好解决。（2）碱转化的优点是产品质量较好，设备腐蚀少，中间体易分离。缺点是设备多，操作过程长，不利于提高收率，投资较大。第43页，此课件共45页哦改进后的转化工艺改进后的转化工艺碳酸氢钠转化有许多不足之处。由于使用碳酸氢钠后，带入第44页，此课件共45页哦第45页，此课件共45页哦