维生素C的生产工艺

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发酵部分
一级种子罐加料
2-酮基-L-古龙酸的制备
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 两步发酵收率78.5%
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
(3)注意事项
加料的先后次序 先加双丙酮古龙酸与盐酸,易结块,搅拌困难 先加丙酮,使之与双丙酮古龙酸形成悬浮液,易搅拌
盐酸浓度不能过低(>38%),否则催化效果降低,收 率降低
析出温度的影响
5、粗品维生素C的制备
析出温度 析出温差
收率%
析出期为转化反应的剧烈期
析出期温差太小,为1℃,说明反应不剧烈,放 热小,不完全
3、2,3,4,6-双酮基-L-山梨糖的制备
(1)工艺原理
保护2,3,4,6位羟基
3、2,3,4,6-双酮基-L-山梨糖的制备
(2)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
步骤
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-
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 ℃,
(三)粗维生素C的制备
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
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
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 ℃
1、 D-山梨醇的制备
(3)反应条件及影响因素
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
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
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
1、 D-山梨醇的制备
缺点
工序多,耗用原料多 有易燃易爆有机溶剂 对劳动保护和安全生产要求高
第二节 合成路线
二、两步发酵法
简化缩短的莱氏法 优点
缩短工序 降低了原料成本 节约了大量有机溶剂,减少了“三废” 多数是液体物料,有利于机械化和自动化生产
缺点
总收率较低(45-48%) 发酵单位体积产率低(60mg/100mL) 设备体积大,能耗大
L-山梨糖的制备(第一步发酵) 2-酮基-L-古龙酸的制备(第二步发酵)
粗维生素的制备 维生素C的精制
2-酮基-L-古龙酸的制备
(1)工艺原理
微生物氧化法
(2)工艺过程
菌种部分
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
8.5 下层硫酸钠用丙酮洗涤,回收单丙酮糖
3、2,3,4,6-双酮基-L-山梨糖的制备
上层清液常压蒸馏至100 ℃,减压蒸馏至90 ℃为终点 苯提取蒸馏后剩余溶液,减压蒸馏得双丙酮糖 收率88%
(3)反应条件及影响因素
缩酮化反应有多种副产物 温度高、水分多、时间过长、硫酸过多则副反应增 多,双酮糖收率降低
第二节 合成路线
三、全化学合成方法
三步法:将葡萄糖或葡萄糖醛酸内酯丙酮化、 催化、氧化、水解还原成维生素
葡萄糖为原料的缺点:丙酮用量大、须用昂贵的铂 金属催化剂、收率低(25-28%)
四、其他方法
GLC技术
DNA重组菌种
第三节 生产工艺原理和过程
一、莱氏法生产维生素C的工艺原理和过程
山梨醇的纯度影响收率 山梨醇浓度影响氧化速率 金属离子会抑制细菌的脱氢活性 生物催化剂能促进细菌生长,提高发酵率
2、L-山梨糖的制备
空气流量影响深层发酵。一般为0.7-1VVM 细菌接种量影响氧化速率
(4)注意事项
尽量减少染菌途径 其途径有
种子或发酵罐带菌 接种时罐压低于大气压 培养基消毒不彻底 操作中染菌 阀门泄露
2、L-山梨糖的制备
一级种子罐发酵率40%以上,二级种子罐发酵率50%以 上
发酵培养的山梨醇的投料浓度为25% 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)反应条件及影响因素
(三)粗维生素C的制备
2、碱转化
(1)工艺原理
(三)粗维生素C的制备
(4)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 母液回收
维生素C的生产工艺
主讲人:胡世文
第一节 概述
一、化学结构式
H
HO
OH
O
O
二、理化性质
水溶性 酸性 还原性 水解性
OH OH
第二节 合成路线
一、莱氏法
D-山梨醇为原料,经醋酸菌一步发酵得L-山梨 糖,丙酮酮醇缩合、次氯酸钠氧化剂盐酸转化 等5步
第二节 合成路线
优点
工艺成熟、产品质量好 生产周期短,总收率高(66%)
20h, 冷却过滤、冷乙醇洗涤, 得维生素C粗品,收率88%
(3)反应条件及影响因素
盐酸浓度的影响 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
(三)粗维生素C的制备
丙酮的影响 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
(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
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)工艺原理
选择性地使C2位的羟基氧化成羰基 生物氧化 黑醋菌
2-酮基-L-古龙酸的制备
产酸前期应处于高溶氧浓度 产酸中期,溶氧浓度为3.5-6.0mg/mL 产酸后期,耗氧量减少。
pH的影响
pH过低(<6.4)不利于发酵 控制pH6.7-7.9
(4)注意事项及“三废”处理
调好等电点是凝聚菌体蛋白的重要因素 树脂再生的好坏直接影响2-酮基-L-古龙酸的提
2-酮基-L-古龙酸的制备
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 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(m.p.158-162℃) 收率80%
2-酮基-L-古龙酸的制备
温差太大,为5℃,则反应放热太多,反应太剧
烈,热量不能很快传递出去,加速副反应发生,
5严5 重时会5引6起烧料56.5
57
58
59
1
2
2.5
3
4
5
74.8 82.3 82.7
82
81 80.5
最佳温差2.5 ℃,析出温度不能高于59 ℃ 如遇突然停电,应选关蒸汽,后关搅拌
6、粗品维生素C的精制
2、L-山梨糖的制备
(2)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。
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 在发酵罐中培养(温度30-32 ℃ ;压力0.03-0.05MPa)
(3)反应条件及影响因素
山梨糖的影响
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 较适宜为80mg/mL 可以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。
溶解氧浓度的影响
溶解氧浓度影响好氧菌的活性
投料,40℃保温搅拌30min 静止片刻,抽滤 Байду номын сангаас滤液冷至0-5℃,用盐酸中和(pH7、3、1.5) 过滤、水洗、过滤。得结晶,收率86%。
5、粗品维生素C的制备
(1)工艺原理
5、粗品维生素C的制备
(2)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
2-酮基-L-古龙酸的制备
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 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
D-山梨醇的制备 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
1、 D-山梨醇的制备
(1)工艺原理
控制压力、氢做还原剂、镍作催化剂
1、 D-山梨醇的制备
6、粗品维生素C的精制
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(m.p.190-192 ℃)收率91% 总收率60%(对D-山梨醇计)
二、两步发酵法生产维生素C的工艺原理及过程
D-山梨醇的制备 2-酮基-L-古龙酸的制备(两步发酵)
(1)工艺原理
4、2,3,4,6-双酮基-L-古龙酸(双丙酮古龙酸)的制备
(2)工艺过程
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, 以有效氯浓度9.5-9.7%,余碱浓度2.8-3.2%为终点
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
(2)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,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%
酮化反应温度 低于20 ℃ 高于20 ℃将有利于单酮糖的生产,收率降低
3、2,3,4,6-双酮基-L-山梨糖的制备
(4)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
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 ℃,保温5-7h。 50-52 ℃保温20h,然后通水降温1h 加适量乙醇,冷却至-2 ℃
5、粗品维生素C的制备
放料,甩滤0.5h 乙醇洗涤,甩滤3-3.5h 干燥得粗品维生素C,收率88%
取,其标准为进出酸差在1%以下,无Cl-
2-酮基-L-古龙酸的制备
浓缩时,温度控制在45℃左右较好,以防止跑 料和炭化
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
(三)粗维生素C的制备
酸转化、碱转化、酶转化 1、酸转化
(1)工艺原理 (2)工艺过程
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