發(fā)酵工程維生素C的生產(chǎn)工藝演示文稿

發(fā)酵工程維生素C的生產(chǎn)工藝演示文稿目前一頁\總數(shù)二十二頁\編于五點一、維生素C(VitaminCVC)維生素C又名抗壞血酸，呈白色粉末，無臭，味酸，熔點190～192℃，易溶于水和甲醇，略溶于乙醇，不溶于乙醚、氯仿及石油醚等。具有較強(qiáng)的還原性，易受光、熱、氧等破壞，在堿液中或有微量金屬離子存在時，分解更快，但干燥結(jié)晶后較穩(wěn)定。VC是一種人體必需的水溶性維生素，也是一種抗氧化劑，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、飼料等領(lǐng)域。目前二頁\總數(shù)二十二頁\編于五點獲得維生素的方法提取法：從富含維生素的天然食物和藥用植物中濃縮、提取。目前只有極少數(shù)維生素采用提取法，例如維生素A、E。生物合成法：微生物發(fā)酵法和微藻類的生物轉(zhuǎn)化法，目前發(fā)展很快?；瘜W(xué)合成法：目前生產(chǎn)維生素的主要方法。目前三頁\總數(shù)二十二頁\編于五點維c合成方法萊氏化學(xué)合成法微生物發(fā)酵合成法二、目前合成方法目前四頁\總數(shù)二十二頁\編于五點1、萊氏法

1933年瑞士化學(xué)家萊齊特因等用化學(xué)合成方法合成維生素C，也稱萊氏法。該法主要以D-山梨醇作為原料，是最早生產(chǎn)維生素C的方法，也是國外采用的方法。工藝路線主要如下：D-山梨醇L-山梨糖黑醋菌的發(fā)酵氧化二丙酮-L-山梨糖丙酮

硫酸雙丙酮-2-酮基-L-古龍酸鈉次氯酸納氧化雙丙酮-2-酮基-L-古龍酸酸化維生素CHCl化學(xué)轉(zhuǎn)化目前五頁\總數(shù)二十二頁\編于五點優(yōu)點：該法生產(chǎn)的維生素C產(chǎn)品質(zhì)量好、收率高，達(dá)60％，而且生產(chǎn)原料易獲得，中間產(chǎn)物化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，一直是國外生產(chǎn)維生素C的重要方法缺點：生產(chǎn)工序繁多、勞動強(qiáng)度大、大量有機(jī)溶劑的使用易造成環(huán)境污染等萊氏法的優(yōu)缺點目前六頁\總數(shù)二十二頁\編于五點2、微生物發(fā)酵合成法D-山梨醇途徑L-山梨糖途徑L-艾杜糖酸途徑2-酮-D-葡糖糖酸途徑2,5-二酮-D-葡糖糖酸途徑2-酮-L-古龍酸途徑目前七頁\總數(shù)二十二頁\編于五點三、二步發(fā)酵法生產(chǎn)工藝

六條不同的途徑最終都是以2-酮-L-古龍酸為最終產(chǎn)物，在經(jīng)過化學(xué)轉(zhuǎn)化合成維生素C。其中只有第二條實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，此即為我國自行開發(fā)的二步發(fā)酵法。二步發(fā)酵工藝是中國科學(xué)院微生物研究所和北京制藥廠于1975年合作發(fā)明的，此法進(jìn)一步發(fā)展了維生素C的生產(chǎn)，是目前唯一成功應(yīng)用于維生素C工業(yè)生產(chǎn)的微生物轉(zhuǎn)化法。制備工藝簡單，生產(chǎn)周期短和三廢污染少等。有什么優(yōu)點呢1985年轉(zhuǎn)讓給世界上生產(chǎn)維生素最大的企業(yè)——瑞士霍夫曼·羅氏制藥公司。目前八頁\總數(shù)二十二頁\編于五點（一）二步發(fā)酵法生產(chǎn)維生素C的工藝流程主要分為發(fā)酵、提取、轉(zhuǎn)化、精制四個過程。總的工藝路線：第一步：D-葡萄糖D-山梨醇H2催化L-山梨糖黑醋酸菌第二步：L-山梨糖2-酮基-L-古龍酸（2KGA)小菌氧化葡萄糖酸桿菌和大菌巨大芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌等伴生菌混合發(fā)酵維生素C內(nèi)脂化烯醇化目前九頁\總數(shù)二十二頁\編于五點（二）、具體步驟1、發(fā)酵：在氫氣、黑醋酸菌的作用下通過一步和二步發(fā)酵得到古龍酸鈉發(fā)酵液。發(fā)酵液2、提取:上清液離子交換加熱凝聚離心過濾濾液二次離子交換濃縮結(jié)晶干燥古龍酸去轉(zhuǎn)化3、轉(zhuǎn)化：甲酯化、類酯化離心分離維c鈉酸化脫色離心分離濃縮結(jié)晶離心分離粗維c目前十頁\總數(shù)二十二頁\編于五點粗維c溶解脫色活性炭、熱的去離子水過濾結(jié)晶離心過濾母液回收真空干燥過篩、包裝維c成品4.精制目前十一頁\總數(shù)二十二頁\編于五點四、菌種的制備及種子的擴(kuò)大培養(yǎng)（1）、第一步發(fā)酵1、菌種：一步發(fā)酵中所用菌種為生黑葡萄糖酸桿菌(Gluconobactermelagenus)，簡稱黑醋菌。最常用的生產(chǎn)菌株為R—30，其主要特征是：細(xì)胞橢圓至短桿狀，革蘭氏染色陽性，無芽孢大小為(0.5一0.8)umx(1.0-2.2)um。端生草根鞭毛運動，菌落邊緣整介，微顯淺褐色。生長最適溫度為34℃±l℃，氧化D-山梨醇的發(fā)酵收率可達(dá)98％以上。2、一級種子擴(kuò)大培養(yǎng)：種子培養(yǎng)基成分為：山梨醇20％，酵母膏0.7％，碳酸鈣0.15%，無機(jī)鹽溶液0.4％。其中，無機(jī)鹽溶液的組成為：MgSO4·7H2O

1.25g／100mL,(NH4)H2PO47.5g/100mL,KH2PO45g/100mI,K2SO41.25g/100ml.PH6.7,121℃,30min滅菌。3、第一步發(fā)酵培養(yǎng)：發(fā)酵液培養(yǎng)基成分為：酵母膏0.035％，碳酸鈣0.1％，玉米漿0.1％，復(fù)合維生素B0.001％，山梨醇濃度視需要而定，該氧化反應(yīng)的耗氧量較大，所以通氣比要求1:1VVM以上。即使在通氣量較大，且攪拌轉(zhuǎn)速較高的條件下，發(fā)酵至4h后溶解氧濃度急劇下降，甚至接近于零。直到10h左右才逐漸回升。當(dāng)溶解氧濃度回復(fù)至最高點，成水平直線時，表示該反應(yīng)已達(dá)終點。D-山梨醇轉(zhuǎn)化為L-山梨糖的生物轉(zhuǎn)化率達(dá)98%以上。發(fā)酵液經(jīng)低溫60℃滅菌20min,冷卻至30℃，作為第二步發(fā)酵的原料。目前十二頁\總數(shù)二十二頁\編于五點（2）、第二步發(fā)酵法1、菌種：第二步發(fā)酵采用的菌種為由大、小兩株細(xì)菌組成的混合菌種。小菌為氧化葡萄糖酸桿菌,大菌可采用巨大芽孢桿菌,稱2980菌；或蠟狀芽孢桿菌,稱152菌，或浸麻芽孢桿菌,稱169菌。也可采用其他一些桿菌與小菌混合培養(yǎng)。但工業(yè)上使用最多的是2980及152菌混合菌。2、二級種子的擴(kuò)大培養(yǎng)：種子培養(yǎng)基成分為：酵母膏0.3%,牛肉膏0.3%，玉米漿0.3%，蛋白胨1.0%，尿素0.1%，山梨糖2.0%，另加某些無機(jī)鹽。PH6.7,121℃,30min滅菌。3、第二步發(fā)酵培養(yǎng)：發(fā)酵液培養(yǎng)成分為：玉米漿0.5%，尿素0.1%，無機(jī)鹽及山梨糖。第二步發(fā)酵為混合菌種發(fā)酵。由于大、小菌兩者的最適培養(yǎng)條件是不同的，所以操作適宜條件是兼顧大、小菌兩者的條件。通常操作溫度為30℃；初始pH控制在6.8左右。該反應(yīng)雖屬氧化反應(yīng)，但對氧的消耗并不很大。氣升式發(fā)酵罐非常適合該發(fā)酵過程。溶氧濃度在20%即可。山梨糖的初始濃度對產(chǎn)物的生成影響較大。間歇發(fā)酵時初始山梨糖濃度超過80g/L，會對產(chǎn)物產(chǎn)生抑制。所以要取得最高濃度2KGA，需采用高濃度山梨糖流加發(fā)酵的方式。若采用建立在數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的流加控制策略，可獲得高濃度的2KGA，二步收率可達(dá)83%。目前十三頁\總數(shù)二十二頁\編于五點五、發(fā)酵工藝中的部分設(shè)備1、機(jī)械攪拌罐：第一步發(fā)酵采用機(jī)械攪拌發(fā)酵罐。機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐是利用機(jī)械攪拌器的作用，使空氣和醪液充分混合促使氧在醪液中溶解，以保證供給微生物生長繁殖、代謝所需要的氧氣。2、氣升式發(fā)酵罐：第二步發(fā)酵采用氣升式發(fā)酵罐。在反應(yīng)器內(nèi)沒有攪拌器，其中央有一個導(dǎo)流筒，將發(fā)酵液分為上升區(qū)（導(dǎo)流筒內(nèi)）和下降區(qū)（導(dǎo)流筒外），在上升區(qū)的下部安裝了空氣噴嘴，或環(huán)型空氣分布管，空氣分布管的下方有許多噴孔。反應(yīng)溶液分布均勻，基質(zhì)和溶氧均勻分散，使基質(zhì)在發(fā)酵罐內(nèi)各處的濃度均勻，溶解氧恒定。目前十四頁\總數(shù)二十二頁\編于五點六·無菌空氣的制備微生物在生產(chǎn)過程中需要氧氣，因此需要通入空氣。然而空氣是氧氣、二氧化碳、氮氣等的混合物，其中還有水汽及懸浮的塵埃，包括各種微粒、灰塵及微生物。這就需要對空氣嚴(yán)格滅菌，達(dá)到無菌狀態(tài)，才能使用。1、空氣的預(yù)處理和設(shè)備：（1）采風(fēng)塔在工廠的上風(fēng)頭，高度一般在10m左右，設(shè)計流速8m/s?？山ㄔ诟邏簷C(jī)房的屋頂上。（2）粗過濾器安裝在空壓機(jī)吸入口前，前置過濾器。作用是截留空氣中較大的灰塵，保護(hù)壓縮機(jī)，減輕總過濾器的負(fù)擔(dān)，也能起到一定的除菌作用。介質(zhì)為泡沫塑料（平板式）或無紡布（折疊式），流速。要求是阻力小，灰容量大。（3）空氣壓縮機(jī)作用是提供空氣流動的動力。常用往復(fù)式、螺桿式、渦輪式空壓機(jī)。（4）空氣儲罐消除壓縮空氣的脈動，用于往復(fù)式空壓機(jī)。螺桿式和渦輪式空壓機(jī)提供均勻連續(xù)空氣可省去。設(shè)置在空壓站附近。（5）冷卻器空氣壓縮機(jī)出口氣溫一般在120℃，必須冷卻。在潮濕季節(jié)，除濕。空氣冷卻器的傳熱系數(shù)為105W/(m2·℃)。采用雙程或四程結(jié)構(gòu)，兩級串聯(lián)使用。第一級循環(huán)水冷卻，第二級低溫水（9℃）冷卻。設(shè)置在發(fā)酵車間外。壓縮空氣每經(jīng)過1m管道，溫度下降0.5-1.0℃。目前十五頁\總數(shù)二十二頁\編于五點2、空氣的凈化A、兩級冷卻、加熱除菌流程尤其適合用于潮濕地區(qū)目前十六頁\總數(shù)二十二頁\編于五點B、冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程適用于中等濕含量地區(qū)，不適合于空氣濕含量高的地區(qū)目前十七頁\總數(shù)二十二頁\編于五點C、高效前置過濾空氣除菌流程可獲得無菌程度很高的空氣目前十八頁\總數(shù)二十二頁\編于五點VC工藝流程圖目前十九頁\總數(shù)二十二頁\編于五點VC生產(chǎn)工廠設(shè)計簡圖目前二十頁\總數(shù)二十二頁\編于五點維c的益處：1、治療壞血病。2、預(yù)防牙齦萎縮、出血。3、預(yù)防動脈硬化：可促進(jìn)膽固醇的排泄，防止膽固醇在動脈內(nèi)壁沉積，甚至可以使沉積的粥樣斑塊溶解。4、抗氧化劑：可以保護(hù)其它抗氧化劑，如維生素A、維生素E、不飽和脂肪酸，防止自由基對人體的傷害。5、治療貧血：使難以吸收利用的三價鐵還原成二價鐵，促進(jìn)腸道對鐵的吸收，提高肝臟對鐵的利用率，有助于治療缺鐵性貧血。6、提高人體的免疫力：白細(xì)胞含有豐富的VC，當(dāng)機(jī)體感染時白細(xì)胞內(nèi)的VC急劇減少。VC可增強(qiáng)中性粒細(xì)胞的趨化性和變形能力，提高殺菌能力。

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