《维生素C生产工艺》PPT课件.ppt

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1、维维 生生 素素 概概 述述维生素维生素C生产工艺生产工艺10/27/20221概概 述述 u 基本概念基本概念 维生素是生物体内一类量微、化学结构各异，具有特殊功能的小分子有机化维生素是生物体内一类量微、化学结构各异，具有特殊功能的小分子有机化合物，它们大多需从外界摄取。维生素有以下特点：合物，它们大多需从外界摄取。维生素有以下特点：（1 1）维维生生素素是是天天然然食食物物中中的的一一种种成成分分，是是一一种种活活性性物物质质，对对机机体体代代谢谢起起调调节节和和整合作用。整合作用。（2 2）维生素需求量很小。）维生素需求量很小。（3 3）大多数维生素在体内不能合成，要从外界摄取。）大多数

2、维生素在体内不能合成，要从外界摄取。（4 4）绝大多数维生素是通过辅酶或辅基的的形式参与体内酶促反应体系。）绝大多数维生素是通过辅酶或辅基的的形式参与体内酶促反应体系。（5 5）人体内维生素缺乏时，会发生一类特殊的疾病，称）人体内维生素缺乏时，会发生一类特殊的疾病，称“维生素缺乏症维生素缺乏症”。维。维生素并不是补品，人体每日需要量是一定的，多摄入并不一定好，使用不当，生素并不是补品，人体每日需要量是一定的，多摄入并不一定好，使用不当，反而会导致疾病。反而会导致疾病。10/27/20222 维生素分为脂溶性和水溶性两大类。维生素分为脂溶性和水溶性两大类。脂溶性：脂溶性：维生素维生素A A，D

3、D，E E，K K，Q Q和硫辛酸等。和硫辛酸等。水溶性：水溶性：维生素维生素B B1 1、B B2 2、B B6 6、B B1212、烟酸、泛、烟酸、泛 酸、叶酸、生物素和维生素酸、叶酸、生物素和维生素C C等。等。概概 述述 10/27/20223u 维生素与辅酶、辅基的关系维生素与辅酶、辅基的关系 长期以来，人们就认识到食物中缺乏某种维生素，会长期以来，人们就认识到食物中缺乏某种维生素，会导致某种疾病，维生素在机体的代谢中起着十分重要的作导致某种疾病，维生素在机体的代谢中起着十分重要的作用，后来陆续发现大部分维生素或者其本身就是辅酶、辅用，后来陆续发现大部分维生素或者其本身就是辅酶、辅基

4、，或者是辅酶、辅基的组成部分。例如维生素基，或者是辅酶、辅基的组成部分。例如维生素B B1 1（硫胺硫胺素），它在体内的辅酶形式是硫胺素焦磷酸（素），它在体内的辅酶形式是硫胺素焦磷酸（TPPTPP），是），是酮酸氧化脱羧酶的辅酶，又如泛酸，其辅酶形式是酮酸氧化脱羧酶的辅酶，又如泛酸，其辅酶形式是C CO OA A，是转乙酰基酶的辅酶。是转乙酰基酶的辅酶。概概 述述 10/27/20224u 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 K等。等。（2 2）发酵法）发酵法 B B1212、B

5、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 从猪心中提取辅酶从猪心中提取辅酶Q Q1010，从槐花米中提取芦丁，从提取链从槐花米中提取芦丁，从提取链霉素后的废液中提取霉素后的废液中提取B B1212等。等。概概 述述 10/27/20225维生素维生素C C生产工艺生产工艺u 维生素维生素C C 又名抗坏血酸（又名抗坏血酸（Ascorbic acidAscorbic acid）是细胞氧化是细胞氧化-还原还原反应中的催化剂，它释放两个氢原子后变成氧化型维生反应中的催化剂，它释放两个氢原子后变成氧化型维生素素C C，有供氢体存在时，脱氢

6、抗坏血酸可以接受两个氢原有供氢体存在时，脱氢抗坏血酸可以接受两个氢原子变成抗坏血酸，参与机体新陈代谢，增加机体对感染子变成抗坏血酸，参与机体新陈代谢，增加机体对感染的抵抗力。用于防止坏血酸和抵抗传染性疾病，促进创的抵抗力。用于防止坏血酸和抵抗传染性疾病，促进创伤和骨折愈合，以及用作辅助药物治疗。伤和骨折愈合，以及用作辅助药物治疗。10/27/20226维生素维生素C生产工艺生产工艺 1 1、化学结构和性质、化学结构和性质 维维生生素素C(C(多多羟羟基基不不饱饱和和内内酯酯衍衍生生物物)分分子子中中有有两两个个手手性性碳碳原原子子，故故有有4 4种种光光学学异异构构体体，其其中中L L（+）抗

7、抗坏血酸效果最好，其他三种临床效果很低或无效。坏血酸效果最好，其他三种临床效果很低或无效。10/27/20227 1 1、化学结构和性质、化学结构和性质 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，但但干干燥结晶较稳定燥结晶较稳定。维生素维生素C生产工艺生产工艺10/27/20228维生素维生素C生产工艺生产工艺2 2

8、、莱氏法、莱氏法化学合成工艺化学合成工艺10/27/20229（1 1）工艺路线）工艺路线转化 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-古龙酸维生素维生素C生产工艺生产工艺10/27/202210（2）工艺过程）工艺过程 山山梨梨醇醇发发酵酵菌菌种种 醋醋酸酸菌菌属属可可使使山山梨梨醇醇氧氧化化成成山山梨梨糖糖，一一般般用用A.Suboxyclans和和A.Melangenum。发酵条件发酵条件 温度为温度为26-30，最适，最适pH为。以下菌的活性受影响。

9、为。以下菌的活性受影响。用用0.5%酵酵母母浸浸膏膏为为主主要要营营养养源源，山山梨梨醇醇浓浓度度为为19.8%，通通气气量量1800ml/min，30培养培养33h，山梨糖收率可达，山梨糖收率可达97.6%。氮源：氮源：无机氮源不能利用，使用有机氮源。无机氮源不能利用，使用有机氮源。金金属属离离子子的的影影响响：Ni2+、Cu2+能能阻阻止止菌菌的的发发育育，铁铁能能妨妨碍碍发发酵酵，为为了了使使发发酵酵顺顺利利进进行行，需需用用阳阳离离子子交交换换树树脂脂将将山山梨梨醇醇中中的的金金属属离离子子去去掉。掉。10/27/202211 整个合成过程中必须保持第整个合成过程中必须保持第4位碳原子

10、的构型不变；位碳原子的构型不变；维生素维生素C的总收率约的总收率约60%。C-4内酯化、内酯化、C-2烯醇化：烯醇化：酸转化：配料比酸转化：配料比2-酮基酮基-L-古龙酸：古龙酸：38%盐酸：丙盐酸：丙酮酮=1：0.3（质量（质量/体积）体积）碱转化：先形成碱转化：先形成2-酮基酮基-L-古龙酸甲酯，加古龙酸甲酯，加NaHCO3 转化生成维生素转化生成维生素C钠盐，经氢型离子交换树脂酸化，钠盐，经氢型离子交换树脂酸化，在在50-55下减压烘干，得粗品维生素下减压烘干，得粗品维生素C。10/27/202212 3、两步发酵工艺10/27/202213 3、两步发酵工艺2-酮-L-古龙酸内酯化，烯

11、醇化 生物转化 假单孢菌D-山梨醇维生素C（L-抗坏血酸）L-山梨糖氧化 醋酸杆菌10/27/202214 3、两步发酵工艺（1）D-山梨醇的化学合成山梨醇的化学合成 50%葡萄糖溶液在葡萄糖溶液在75下加入活性炭，用石灰乳液调节，下加入活性炭，用石灰乳液调节，加镍催化剂，通氢气，压力加镍催化剂，通氢气，压力3.43MPa，反应温度，反应温度140。反应。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，得到含量性炭处理后，减压浓缩，得到含量60-70%的的D-山梨醇，无色山梨醇，无色透明或微黄色透明粘稠液体，收率

12、约透明或微黄色透明粘稠液体，收率约97%。10/27/202215 3、两步发酵工艺（2）2-酮酮-L-古龙酸的微生物发酵古龙酸的微生物发酵 第一步发酵：黑醋酸杆菌（从第一步发酵：黑醋酸杆菌（从D-山梨醇到山梨醇到L-山梨糖）山梨糖）第二步发酵：葡萄糖酸杆菌和巨大芽孢杆菌混合培养第二步发酵：葡萄糖酸杆菌和巨大芽孢杆菌混合培养发酵罐：气升式反应器，发酵罐：气升式反应器，100立方米。立方米。（3）2-酮酮-L-古龙酸的分离纯化古龙酸的分离纯化 发酵液中：发酵液中：2-酮酮-L-古龙酸古龙酸8%，杂质有菌丝体、蛋白质，杂质有菌丝体、蛋白质和悬浮的固体颗粒等。除杂操作：加热、离心。和悬浮的固体颗粒等

13、。除杂操作：加热、离心。10/27/202216 莱氏法是最早生产维生素莱氏法是最早生产维生素C的方法的方法,其以葡萄糖为原料其以葡萄糖为原料,先经黑醋菌发酵生成先经黑醋菌发酵生成L-山梨糖山梨糖,再经丙酮化及再经丙酮化及NaClO 氧化、氧化、水解得到水解得到2-酮酮-L古龙酸钠古龙酸钠,然后进行化学合成得到维生素然后进行化学合成得到维生素C。此法存在着很多缺陷此法存在着很多缺陷,如生产工艺复杂、劳动强度大、如生产工艺复杂、劳动强度大、生产环境恶劣、易对人体造成伤害生产环境恶劣、易对人体造成伤害,因此人们不断对此工艺因此人们不断对此工艺进行改进。进行改进。10/27/202217两步发酵工艺

14、两步发酵工艺发酵：此法省略了酮化和发酵：此法省略了酮化和NaClO 氧化过程氧化过程,简化了工艺，极大地改善了操作环境。除主耗山梨醇消简化了工艺，极大地改善了操作环境。除主耗山梨醇消耗较高外，其他辅料消耗较低。且多为液体反应，物料输送方便，更有利于生产连续化和操作自动耗较高外，其他辅料消耗较低。且多为液体反应，物料输送方便，更有利于生产连续化和操作自动化。但此法仍存在很多缺点，如占地面积大、发酵基质浓度低、在高湿高温条件下染菌机率高、设化。但此法仍存在很多缺点，如占地面积大、发酵基质浓度低、在高湿高温条件下染菌机率高、设备利用率低、后续处理能耗高等问题。在未来的工艺优化过程中，除了进行发酵工艺

15、改进外备利用率低、后续处理能耗高等问题。在未来的工艺优化过程中，除了进行发酵工艺改进外,更应更应注重优良菌种的选育。发酵液的提取工艺是维生素注重优良菌种的选育。发酵液的提取工艺是维生素C 生产行业中较为重视的问题。经过两次发酵后生产行业中较为重视的问题。经过两次发酵后,发酵液的含量仅为发酵液的含量仅为6%9%，且残留有菌丝体、蛋白质和悬浮微粒等，分离提纯较为困难。传统，且残留有菌丝体、蛋白质和悬浮微粒等，分离提纯较为困难。传统的处理方法有加热沉淀法和化学凝聚法。针对以上两种方法中存在的缺点和不足，一种新的处理方的处理方法有加热沉淀法和化学凝聚法。针对以上两种方法中存在的缺点和不足，一种新的处理

16、方法法超滤法在维生素生产中得以应用。此法具有操作方便、节能、不造成新的环境污染等优点。超滤法在维生素生产中得以应用。此法具有操作方便、节能、不造成新的环境污染等优点。此法与加热沉淀法相比，可在常温下操作，减少了有效成分的损失此法与加热沉淀法相比，可在常温下操作，减少了有效成分的损失;且为后步树脂交换提供了有利且为后步树脂交换提供了有利的条件的条件,减少了树脂的污染，从而有利于提高树脂的使用率。与化学凝聚法相比减少了树脂的污染，从而有利于提高树脂的使用率。与化学凝聚法相比,在处理染菌的发酵在处理染菌的发酵液时仍可达到较好的处理效果。随着新型膜材料技术的开发液时仍可达到较好的处理效果。随着新型膜材

17、料技术的开发,如陶瓷膜、不锈钢膜等的应用如陶瓷膜、不锈钢膜等的应用,超滤法超滤法的应用效果会有进一步的提高。同时的应用效果会有进一步的提高。同时,国内外正在探索反渗透、纳滤等后序处理新工艺的应国内外正在探索反渗透、纳滤等后序处理新工艺的应,用完善用完善工艺联结。工艺联结。10/27/202218两步发酵工艺两步发酵工艺 转化工艺转化工艺(1)酸转化法。传统的酸转化法是采用浓酸转化法。传统的酸转化法是采用浓HCl 将古龙酸直接转化为将古龙酸直接转化为Vc，但酸转化，但酸转化对设备的腐蚀严重对设备的腐蚀严重,污染环境，影响产品质量污染环境，影响产品质量,现已逐渐被碱转化法所取代。现已逐渐被碱转化法

18、所取代。(2)碱转化法。碱转化碱转化法。碱转化法是先将古龙酸与甲醇在浓硫酸催化作用下生成古龙酸甲酯法是先将古龙酸与甲醇在浓硫酸催化作用下生成古龙酸甲酯,再使用再使用NaHCO3 进行碱转化，使古龙进行碱转化，使古龙酸甲酯转化为酸甲酯转化为Vc-Na。采用此法可避免酸转化的缺点。采用此法可避免酸转化的缺点,且操作简单且操作简单,适用于适用于Vc 的规模化生产的规模化生产,但是碱但是碱转化存在着反应周期较长转化存在着反应周期较长,甲醇单耗高。目前有些单位及生产厂家研究采用甲醇单耗高。目前有些单位及生产厂家研究采用CH3ONa 代替代替NaHCO3 进行碱转化进行碱转化,此法转化率高此法转化率高,可

19、达可达9216%,但质量较差但质量较差,且甲醇钠价格贵且甲醇钠价格贵,造成成本较高。造成成本较高。酸化酸化是将维生素酸化酸化是将维生素C-Na 转变为维生素转变为维生素C 的过程。目前采用的普遍方法是硫酸酸化法和树的过程。目前采用的普遍方法是硫酸酸化法和树脂交换法。采用硫酸酸化操作简单脂交换法。采用硫酸酸化操作简单,但要控制好甲醇的浓度和但要控制好甲醇的浓度和pH 值值,才能使硫酸钠与维生素才能使硫酸钠与维生素C 分离分离出来出来,从而提高从而提高Vc 的质量。采用氢型离子树脂交换设备庞大的质量。采用氢型离子树脂交换设备庞大,操作复杂操作复杂,且需经常再生树脂且需经常再生树脂,增加了增加了酸耗

20、酸耗,酸液大量排放污染环境。目前有些单位及个人正在探索使用电渗析法代替传统的酸化方法酸液大量排放污染环境。目前有些单位及个人正在探索使用电渗析法代替传统的酸化方法,此此法过程简单法过程简单,能耗低能耗低,投资少投资少,转化率高转化率高,可望应用到实际生产中。可望应用到实际生产中。综上所述，我们在以后的维生素综上所述，我们在以后的维生素C 工艺发展过程中，要以两步发酵法为基础工艺发展过程中，要以两步发酵法为基础,不断优化工艺，不断优化工艺，同时借鉴国外的新技术、新信息同时借鉴国外的新技术、新信息,避免低水平重复避免低水平重复,提高提高Vc 的产量和质量的产量和质量,同时注重同时注重Vc 系列产品

21、的系列产品的开发和应用开发和应用,创造出更大的经济效益。创造出更大的经济效益。10/27/202219思思 考考 题题1 1、简述维生素的特点及区分脂溶性维生、简述维生素的特点及区分脂溶性维生素和水溶性维生素。素和水溶性维生素。2 2、简述维生素、简述维生素C C的生产工艺。的生产工艺。10/27/202220总总 复复 习习 思思 考考 题题1 1、生物制药工艺学研究的内容或对象。、生物制药工艺学研究的内容或对象。2 2、生物药物的分类方法及分类。、生物药物的分类方法及分类。3 3、简述生物制药的一般过程。、简述生物制药的一般过程。4 4、对比生化药物的各种沉析、对比生化药物的各种沉析(浓缩

22、浓缩)方法的异同。方法的异同。5 5、详细阐述超滤、离子交换法、凝胶层析和亲合层析的异、详细阐述超滤、离子交换法、凝胶层析和亲合层析的异 同（包括基本原理、所用的介质、分离的对象以及主要同（包括基本原理、所用的介质、分离的对象以及主要应用等）。应用等）。10/27/202221总总 复复 习习 思思 考考 题题6 6、叙述酸解法生产胱氨酸的生产工艺（包括工艺路线和过、叙述酸解法生产胱氨酸的生产工艺（包括工艺路线和过程）以及对工艺过程的评价。程）以及对工艺过程的评价。7 7、叙述发酵法生产、叙述发酵法生产L-L-异亮氨酸的生产工艺（包括工艺路线异亮氨酸的生产工艺（包括工艺路线和过程）以及对工艺过

23、程的评价。和过程）以及对工艺过程的评价。8 8、多肽及蛋白质类药物的分类。、多肽及蛋白质类药物的分类。9 9、简述、简述CMCCMC精制法制备促皮质腺素的生产工艺。精制法制备促皮质腺素的生产工艺。1010、阐述胰岛素的酸沉提取和锌盐直接沉淀法的工艺过程以、阐述胰岛素的酸沉提取和锌盐直接沉淀法的工艺过程以及工艺工程的评价。及工艺工程的评价。10/27/202222总总 复复 习习 思思 考考 题题1111、了解核酸及核苷酸的结构。、了解核酸及核苷酸的结构。1212、阐述以兔肌肉为原料制备三磷酸腺苷的工艺路线。、阐述以兔肌肉为原料制备三磷酸腺苷的工艺路线。1313、简述酶类药物的分类。、简述酶类药

24、物的分类。1414、阐述溶菌酶的生产工艺及对工艺过程的评价。、阐述溶菌酶的生产工艺及对工艺过程的评价。1515、了解糖类药物的分类、了解糖类药物的分类1616、阐述盐解（或酶解）、阐述盐解（或酶解）离子交换法制备肝素的工艺路线。离子交换法制备肝素的工艺路线。1717、简述甘露醇的生产工艺。、简述甘露醇的生产工艺。10/27/202223总总 复复 习习 思思 考考 题题1818、了解脂类药物的特性。、了解脂类药物的特性。1919、简述胆固醇的生产工艺。、简述胆固醇的生产工艺。2020、了解水溶性和脂溶性的维生素。、了解水溶性和脂溶性的维生素。2121、简述维生素、简述维生素C C的生产工艺。的生产工艺。10/27/202224