維生素C生產(chǎn)工藝ppt課件

1、維維 生生 素素 概概 述述維生素維生素C C消費(fèi)工藝消費(fèi)工藝概概 述述 u 根本概念根本概念 u 維生素是生物體內(nèi)一類量微、化學(xué)構(gòu)造各異，具有特殊功能的小維生素是生物體內(nèi)一類量微、化學(xué)構(gòu)造各異，具有特殊功能的小分子有機(jī)化合物，它們大多需從外界攝取。維生素有以下特點(diǎn)：分子有機(jī)化合物，它們大多需從外界攝取。維生素有以下特點(diǎn)：u 1維生素是天然食物中的一種成分，是一種活性物質(zhì)，對(duì)機(jī)體代維生素是天然食物中的一種成分，是一種活性物質(zhì)，對(duì)機(jī)體代謝起調(diào)理和整協(xié)作用。謝起調(diào)理和整協(xié)作用。u 2維生素需求量很小。維生素需求量很小。u 3大多數(shù)維生素在體內(nèi)不能合成，要從外界攝取。大多數(shù)維生素在體內(nèi)不能合成，要從

2、外界攝取。u 4絕大多數(shù)維生素是經(jīng)過(guò)輔酶或輔基的的方式參與體內(nèi)酶促反響絕大多數(shù)維生素是經(jīng)過(guò)輔酶或輔基的的方式參與體內(nèi)酶促反響體系。體系。u 5人體內(nèi)維生素缺乏時(shí)，會(huì)發(fā)生一類特殊的疾病，稱人體內(nèi)維生素缺乏時(shí)，會(huì)發(fā)生一類特殊的疾病，稱“維生素缺維生素缺乏癥。維生素并不是補(bǔ)品，人體每日需求量是一定的，多攝入并不乏癥。維生素并不是補(bǔ)品，人體每日需求量是一定的，多攝入并不一定好，運(yùn)用不當(dāng)，反而會(huì)導(dǎo)致疾病。一定好，運(yùn)用不當(dāng)，反而會(huì)導(dǎo)致疾病。 維生素分為脂溶性和水溶性兩大類。 脂溶性：維生素A，D，E，K，Q和硫辛酸等。 水溶性：維生素B1、B2、B6、B12、煙酸、泛 酸、葉酸、生物素和維生素C等。 概概

3、 述述 u 維生素與輔酶、輔基的關(guān)系維生素與輔酶、輔基的關(guān)系 u 長(zhǎng)期以來(lái)，人們就認(rèn)識(shí)到食物中缺乏某種維長(zhǎng)期以來(lái)，人們就認(rèn)識(shí)到食物中缺乏某種維生素，會(huì)導(dǎo)致某種疾病，維生素在機(jī)體的代謝中生素，會(huì)導(dǎo)致某種疾病，維生素在機(jī)體的代謝中起著非常重要的作用，后來(lái)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)大部分維生起著非常重要的作用，后來(lái)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)大部分維生素或者其本身就是輔酶、輔基，或者是輔酶、輔素或者其本身就是輔酶、輔基，或者是輔酶、輔基的組成部分。例如維生素基的組成部分。例如維生素B1B1硫胺素，它在硫胺素，它在體內(nèi)的輔酶方式是硫胺素焦磷酸體內(nèi)的輔酶方式是硫胺素焦磷酸TPPTPP，是，是酮酸氧化脫羧酶的輔酶，又如泛酸，其輔酶酮酸氧化脫羧

4、酶的輔酶，又如泛酸，其輔酶方式是方式是COACOA，是轉(zhuǎn)乙?；傅妮o酶。，是轉(zhuǎn)乙?；傅妮o酶。 概概 述述 u 消費(fèi)方法 u1化學(xué)合成法u 煙酸、煙酰胺、葉酸、維生素B1、B6、D、E、K等。u2發(fā)酵法u B12、B2，維生素C和生物素，維生素原等。u3生物提取法u 從豬心中提取輔酶Q10，從槐花米中提取蘆丁，從提取鏈霉素后的廢液中提取B12等。 概概 述述 維生素維生素C C消費(fèi)工藝消費(fèi)工藝u 維生素維生素C C u 又名抗壞血酸又名抗壞血酸Ascorbic acidAscorbic acid是細(xì)是細(xì)胞氧化胞氧化- -復(fù)原反響中的催化劑，它釋放兩個(gè)氫原復(fù)原反響中的催化劑，它釋放兩個(gè)氫原子后變

5、成氧化型維生素子后變成氧化型維生素C C，有供氫體存在時(shí)，脫，有供氫體存在時(shí)，脫氫抗壞血酸可以接受兩個(gè)氫原子變成抗壞血酸，氫抗壞血酸可以接受兩個(gè)氫原子變成抗壞血酸，參與機(jī)體新陳代謝，添加機(jī)體對(duì)感染的抵抗力。參與機(jī)體新陳代謝，添加機(jī)體對(duì)感染的抵抗力。用于防止壞血酸和抵抗傳染性疾病，促進(jìn)創(chuàng)傷用于防止壞血酸和抵抗傳染性疾病，促進(jìn)創(chuàng)傷和骨折愈合，以及用作輔助藥物治療。和骨折愈合，以及用作輔助藥物治療。 維生素維生素C消費(fèi)工藝消費(fèi)工藝 1、化學(xué)構(gòu)造和性質(zhì) 維生素C(多羥基不飽和內(nèi)酯衍生物)分子中有兩個(gè)手性碳原子，故有4種光學(xué)異構(gòu)體，其中L+抗壞血酸效果最好，其他三種臨床效果很低或無(wú)效。OCCCCCH2C

6、OHHOHHOHOOHOCCCCCH2COHHOHHOHOOHOCCCCCH2COHHOHHOHOOHOCCCCCH2COHHOHHOOHOHL-抗壞血酸D-抗壞血酸L-異 抗壞血酸D-異抗壞血酸 1、化學(xué)構(gòu)造和性質(zhì) 白色粉末，無(wú)臭、味酸、熔點(diǎn)190-192，易溶于水，略溶于乙醇，不溶于乙醚，氯仿及石油醚等。它是一種復(fù)原劑，易受光、熱、氧等破壞，尤其在堿液中或有微量金屬離子存在時(shí)，分解更快，但枯燥結(jié)晶較穩(wěn)定。 維生素維生素C消費(fèi)工藝消費(fèi)工藝維生素維生素C消費(fèi)工藝消費(fèi)工藝2 2、萊氏法、萊氏法化學(xué)合成工藝化學(xué)合成工藝(CH3)2COCH2OHCCCCCHOHOHOHHOHHHOHCH2OHCCC

7、CCH2OHHHOH3CH3CCH3CH3OH2CH2OHCCCCCH2OHHOHOHHOHHHOHO2COOHCCCCCH2OHHOHHOHOHOHH2SO4KMnO4NaOHO2OCCCCCH2CHOOHHHOHOOHCH2OHCCCCCH2OHHOHHOHOHOHCOOHCCCCCH2OHHHOH3CH3CCH3CH3O內(nèi)酯化烯醇化D-葡萄糖D-山梨醇L-山梨醇雙丙酮-L-山梨糖雙丙酮-L-古龍酸2-酮基-L-古龍酸維生素-CH2O1 1工藝道路工藝道路轉(zhuǎn)化 酸化 HCl 氧 化 N a O H , O 2 , KMnO4 酮化 H2SO4丙酮加氫 H2D-葡萄糖D-山梨醇雙丙酮-L-山

8、梨糖維生素CL-山梨糖酶菌氧化 O2雙丙酮-L-古龍酸2-酮-L-古龍酸維生素維生素C消費(fèi)工藝消費(fèi)工藝2工藝過(guò)程工藝過(guò)程 山梨醇發(fā)酵菌種山梨醇發(fā)酵菌種 醋酸菌屬可使山梨醇氧化成醋酸菌屬可使山梨醇氧化成山梨糖，普通用山梨糖，普通用A. Suboxyclans和和A. Melangenum。 發(fā)酵條件發(fā)酵條件 溫度為溫度為26-30，最適，最適pH為為4.4-6.8。pH4.0以下菌的活性受影響。以下菌的活性受影響。 用用0.5%酵母浸膏為主要營(yíng)養(yǎng)源，山梨醇濃酵母浸膏為主要營(yíng)養(yǎng)源，山梨醇濃度為度為19.8%，通氣量，通氣量1800ml/min，30培育培育33h，山梨糖收率可達(dá)山梨糖收率可達(dá)97.

9、6%。 氮源：無(wú)機(jī)氮源不能利用，運(yùn)用有機(jī)氮源。氮源：無(wú)機(jī)氮源不能利用，運(yùn)用有機(jī)氮源。 金屬離子的影響：金屬離子的影響：Ni2+、Cu2+能阻止菌的發(fā)育，能阻止菌的發(fā)育，鐵能妨礙發(fā)酵，為了使發(fā)酵順利進(jìn)展，需用陽(yáng)離鐵能妨礙發(fā)酵，為了使發(fā)酵順利進(jìn)展，需用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂將山梨醇中的金屬離子去掉。子交換樹(shù)脂將山梨醇中的金屬離子去掉。 整個(gè)合成過(guò)程中必需堅(jiān)持第4位碳原子的構(gòu)型不變；維生素C的總收率約60%。 C-4內(nèi)酯化、C-2烯醇化： 酸轉(zhuǎn)化：配料比2-酮基-L-古龍酸：38%鹽酸：丙酮=1：0.4：0.3 質(zhì)量/體積 堿轉(zhuǎn)化：先構(gòu)成2-酮基-L-古龍酸甲酯，加NaHCO3 轉(zhuǎn)化生成維生素C鈉鹽，經(jīng)氫型

10、離子交換樹(shù)脂酸化，在50-55下減壓烘干，得粗品維生素C。 3、兩步發(fā)酵工藝CH2OHCCCCCHOHOHOHHOHHHOHH2CH2OHCCCCCH2OHHOHOHHOHHHOHO2CH2OHCCCCCH2OHHOHHOHOHOHCOOHCCCCCH2OHHOHHOHOHOHOCCCCCH2CHOOHHHOHOOH內(nèi)酯化烯醇化D-葡萄糖D-山梨醇L-山梨醇2-酮基-L-古龍酸維生素-C氫化AcetobacterPseudomonas 3、兩步發(fā)酵工藝2-酮-L-古龍酸內(nèi)酯化，烯醇化 生物轉(zhuǎn)化 假單孢菌D-山梨醇維生素CL-抗壞血酸L-山梨糖氧化 醋酸桿菌 3、兩步發(fā)酵工藝1D-山梨醇的化學(xué)合

11、成山梨醇的化學(xué)合成 50%葡萄糖溶液在葡萄糖溶液在75下參與活性炭，用石灰乳液調(diào)理下參與活性炭，用石灰乳液調(diào)理pH8.4，加鎳催化劑，通氫氣，壓力，加鎳催化劑，通氫氣，壓力3.43MPa ，反響溫度，反響溫度140。反響終了后，靜置沉降出去催化劑，反響液經(jīng)離子交。反響終了后，靜置沉降出去催化劑，反響液經(jīng)離子交換樹(shù)脂、活性炭處置后，減壓濃縮，得到含量換樹(shù)脂、活性炭處置后，減壓濃縮，得到含量60-70%的的D-山山梨醇，無(wú)色透明或微黃色透明粘稠液體，收率約梨醇，無(wú)色透明或微黃色透明粘稠液體，收率約97%。 3、兩步發(fā)酵工藝2 2-酮酮-L-古龍酸的微生物發(fā)酵古龍酸的微生物發(fā)酵 第一步發(fā)酵：黑醋酸桿

12、菌從第一步發(fā)酵：黑醋酸桿菌從D-山梨醇到山梨醇到L-山梨糖山梨糖 第二步發(fā)酵：葡萄糖酸桿菌和宏大芽孢桿菌混合培育第二步發(fā)酵：葡萄糖酸桿菌和宏大芽孢桿菌混合培育發(fā)酵罐：氣升式反響器，發(fā)酵罐：氣升式反響器，100立方米。立方米。3 2-酮酮-L-古龍酸的分別純化古龍酸的分別純化 發(fā)酵液中：發(fā)酵液中：2-酮酮-L-古龍酸古龍酸8%，雜質(zhì)有菌絲體、蛋白質(zhì)，雜質(zhì)有菌絲體、蛋白質(zhì)和懸浮的固體顆粒等。除雜操作：加熱、離心。和懸浮的固體顆粒等。除雜操作：加熱、離心。 萊氏法是最早消費(fèi)維生素C的方法,其以葡萄糖為原料,先經(jīng)黑醋菌發(fā)酵生成L-山梨糖,再經(jīng)丙酮化及NaClO 氧化、水解得到2-酮-L古龍酸鈉,然后進(jìn)

13、展化學(xué)合成得到維生素C。 此法存在著很多缺陷,如消費(fèi)工藝復(fù)雜、勞動(dòng)強(qiáng)度大、消費(fèi)環(huán)境惡劣、易對(duì)人體呵斥損傷,因此人們不斷對(duì)此工藝進(jìn)展改良。兩步發(fā)酵工藝兩步發(fā)酵工藝發(fā)酵：此法省略了酮化和發(fā)酵：此法省略了酮化和NaClO 氧化過(guò)程氧化過(guò)程,簡(jiǎn)化了工藝，極大地改善了操作環(huán)境。除主耗山梨醇耗簡(jiǎn)化了工藝，極大地改善了操作環(huán)境。除主耗山梨醇耗費(fèi)較高外，其他輔料耗費(fèi)較低。且多為液體反響，物料保送方便，更有利于消費(fèi)延續(xù)化和操作自費(fèi)較高外，其他輔料耗費(fèi)較低。且多為液體反響，物料保送方便，更有利于消費(fèi)延續(xù)化和操作自動(dòng)化。但此法仍存在很多缺陷，如占地面積大、發(fā)酵基質(zhì)濃度低、在高濕高溫條件下染菌機(jī)率高、動(dòng)化。但此法仍存

14、在很多缺陷，如占地面積大、發(fā)酵基質(zhì)濃度低、在高濕高溫條件下染菌機(jī)率高、設(shè)備利用率低、后續(xù)處置能耗高等問(wèn)題。在未來(lái)的工藝優(yōu)化過(guò)程中，除了進(jìn)展發(fā)酵工藝改良外設(shè)備利用率低、后續(xù)處置能耗高等問(wèn)題。在未來(lái)的工藝優(yōu)化過(guò)程中，除了進(jìn)展發(fā)酵工藝改良外,更更應(yīng)注重優(yōu)良菌種的選育。發(fā)酵液的提取工藝是維生素應(yīng)注重優(yōu)良菌種的選育。發(fā)酵液的提取工藝是維生素C 消費(fèi)行業(yè)中較為注重的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)兩次發(fā)消費(fèi)行業(yè)中較為注重的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)兩次發(fā)酵后酵后,發(fā)酵液的含量?jī)H為發(fā)酵液的含量?jī)H為6 %9 % ，且殘留有菌絲體、蛋白質(zhì)和懸浮微粒等，分別提純較為困難。，且殘留有菌絲體、蛋白質(zhì)和懸浮微粒等，分別提純較為困難。傳統(tǒng)的處置方法有加熱沉淀

15、法和化學(xué)凝聚法。針對(duì)以上兩種方法中存在的缺陷和缺乏，一種新的傳統(tǒng)的處置方法有加熱沉淀法和化學(xué)凝聚法。針對(duì)以上兩種方法中存在的缺陷和缺乏，一種新的處置方法處置方法超濾法在維生素消費(fèi)中得以運(yùn)用。此法具有操作方便、節(jié)能、不呵斥新的環(huán)境污超濾法在維生素消費(fèi)中得以運(yùn)用。此法具有操作方便、節(jié)能、不呵斥新的環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。此法與加熱沉淀法相比，可在常溫下操作，減少了有效成分的損失染等優(yōu)點(diǎn)。此法與加熱沉淀法相比，可在常溫下操作，減少了有效成分的損失;且為后步樹(shù)脂交換且為后步樹(shù)脂交換提供了有利的條件提供了有利的條件,減少了樹(shù)脂的污染，從而有利于提高樹(shù)脂的運(yùn)用率。與化學(xué)凝聚法相比減少了樹(shù)脂的污染，從而有利于提高樹(shù)

16、脂的運(yùn)用率。與化學(xué)凝聚法相比,在處置在處置染菌的發(fā)酵液時(shí)仍可到達(dá)較好的處置效果。隨著新型膜資料技術(shù)的開(kāi)發(fā)染菌的發(fā)酵液時(shí)仍可到達(dá)較好的處置效果。隨著新型膜資料技術(shù)的開(kāi)發(fā),如陶瓷膜、不銹鋼膜等的如陶瓷膜、不銹鋼膜等的運(yùn)用運(yùn)用,超濾法的運(yùn)用效果會(huì)有進(jìn)一步的提高。同時(shí)超濾法的運(yùn)用效果會(huì)有進(jìn)一步的提高。同時(shí),國(guó)內(nèi)外正在探求反浸透、納濾等后序處置新工藝國(guó)內(nèi)外正在探求反浸透、納濾等后序處置新工藝的應(yīng)的應(yīng),用完善工藝結(jié)合。用完善工藝結(jié)合。兩步發(fā)酵工藝兩步發(fā)酵工藝 轉(zhuǎn)化工藝 (1) 酸轉(zhuǎn)化法。傳統(tǒng)的酸轉(zhuǎn)化法是采用濃HCl 將古龍酸直接轉(zhuǎn)化為Vc ，但酸轉(zhuǎn)化對(duì)設(shè)備的腐蝕嚴(yán)重,污染環(huán)境，影響產(chǎn)質(zhì)量量,現(xiàn)已逐漸被堿轉(zhuǎn)

17、化法所取代。(2) 堿轉(zhuǎn)化法。堿轉(zhuǎn)化法是先將古龍酸與甲醇在濃硫酸催化作用下生成古龍酸甲酯,再運(yùn)用NaHCO3 進(jìn)展堿轉(zhuǎn)化，使古龍酸甲酯轉(zhuǎn)化為Vc-Na。采用此法可防止酸轉(zhuǎn)化的缺陷,且操作簡(jiǎn)單,適用于Vc 的規(guī)?；M(fèi),但是堿轉(zhuǎn)化存在著反響周期較長(zhǎng),甲醇單耗高。目前有些單位及消費(fèi)廠家研討采用CH3ONa 替代NaHCO3 進(jìn)展堿轉(zhuǎn)化,此法轉(zhuǎn)化率高,可達(dá)9216 % ,但質(zhì)量較差,且甲醇鈉價(jià)錢(qián)貴,造本錢(qián)錢(qián)較高。 酸化酸化是將維生素C-Na 轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素C 的過(guò)程。目前采用的普遍方法是硫酸酸化法和樹(shù)脂交換法。采用硫酸酸化操作簡(jiǎn)單,但要控制好甲醇的濃度和pH 值,才干使硫酸鈉與維生素C 分別出來(lái),從而

18、提高Vc 的質(zhì)量。采用氫型離子樹(shù)脂交換設(shè)備龐大,操作復(fù)雜,且需經(jīng)常再生樹(shù)脂,添加了酸耗,酸液大量排放污染環(huán)境。目前有些單位及個(gè)人正在探求運(yùn)用電滲析法替代傳統(tǒng)的酸化方法,此法過(guò)程簡(jiǎn)單,能耗低,投資少,轉(zhuǎn)化率高,可望運(yùn)用到實(shí)踐消費(fèi)中。 綜上所述，我們?cè)谝院蟮木S生素C 工藝開(kāi)展過(guò)程中，要以兩步發(fā)酵法為根底,不斷優(yōu)化工藝，同時(shí)自創(chuàng)國(guó)外的新技術(shù)、新信息,防止低程度反復(fù),提高Vc 的產(chǎn)量和質(zhì)量,同時(shí)注重Vc 系列產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和運(yùn)用,發(fā)明出更大的經(jīng)濟(jì)效益。思思 考考 題題1 1、簡(jiǎn)述維生素的特點(diǎn)及區(qū)分脂溶性維生、簡(jiǎn)述維生素的特點(diǎn)及區(qū)分脂溶性維生素和水溶性維生素。素和水溶性維生素。2 2、簡(jiǎn)述維生素、簡(jiǎn)述維生素

19、C C的消費(fèi)工藝。的消費(fèi)工藝?？偪?復(fù)復(fù) 習(xí)習(xí) 思思 考考 題題1 1、生物制藥工藝學(xué)研討的內(nèi)容或?qū)ο?。、生物制藥工藝學(xué)研討的內(nèi)容或?qū)ο蟆? 2、生物藥物的分類方法及分類。、生物藥物的分類方法及分類。3 3、簡(jiǎn)述生物制藥的普經(jīng)過(guò)程。、簡(jiǎn)述生物制藥的普經(jīng)過(guò)程。4 4、對(duì)比生化藥物的各種沉析、對(duì)比生化藥物的各種沉析( (濃縮濃縮) )方法的異同。方法的異同。5 5、詳細(xì)論述超濾、離子交換法、凝膠層析和親合層析的異、詳細(xì)論述超濾、離子交換法、凝膠層析和親合層析的異 同包括根本原理、所用的介質(zhì)、分別的對(duì)象以及主要同包括根本原理、所用的介質(zhì)、分別的對(duì)象以及主要運(yùn)用等。運(yùn)用等。 總總 復(fù)復(fù) 習(xí)習(xí) 思思 考考 題題6 6、表達(dá)酸解法消費(fèi)胱氨酸的消費(fèi)工藝包括工藝道路和過(guò)、表達(dá)酸解法消費(fèi)胱氨酸的消費(fèi)工藝包括工藝道路和過(guò)程以及對(duì)工藝過(guò)程的評(píng)價(jià)。程以及對(duì)工藝過(guò)程的評(píng)價(jià)