第十三章 维生素C的生产

素，维生素C是细胞氧化-还原反应中的催化剂，参与机体新
陈代谢，增加机体对感染的抵抗力。其结构式为： 性质：维生素C是一种白色或略带淡黄色的 结晶或粉末，无臭、味酸、遇光色渐变深， 水溶液显酸性。易溶于水，略溶于乙醇，不 溶于乙醚、氯仿和石油醚等有机溶剂。水溶 液在pH为5~6之间稳定，若pH值过高或过 低，并在空气，光线和温度的影响下，可促 使内酯环水解，并可进一步发生脱羧反应而 成糠醛，聚合易变色。
供发酵罐用的培养基经灭菌冷却后，加入至山梨糖的发 酵液内，接入第二步发酵菌种的二级种子培养液，在温度 30℃，通入无菌空气下进行发酵，为保证产酸正常进行，往 往定期滴加灭菌的碳酸钠溶液调pH值，使保持7.0左右。当 温度略高（31~33℃），pH 在7.2左右、二次检测酸量不再 增加，残糖量0.5mg/ml以下，即为发酵终点，得含古龙酸钠 的发酵液。 整个发酵过程可分为产酸前期、产酸中期和产酸后期。 影响发酵产率的因素主要有山梨糖初始浓度、溶氧浓度、 pH 值等。
3．2-酮基-L-古龙酸的制备
（1）菌种部分 将保存于冷冻管的假单孢杆菌和氧化葡萄糖酸 杆菌菌种活化，分离及混合培养后移入三角瓶种液培养基中， 在29~33℃振荡培养24h，产酸量在6~9mg/ml，pH值降至7以 下，菌形正常无杂菌，再移入血清瓶中，即可接入生产。 （2）发酵液制备部分 先在一级种子培养罐内加入经过灭菌后 的辅料（玉米浆、尿素及无机盐）和醪液（折纯含山梨糖 1%），控制温度为29~30℃，发酵初期温度较低，通入无菌空 气维持罐压为0.05MPa，pH6.7~7.0，至产酸量达合格浓度， 且不再增加时，接入二级种子罐培养，条件控制同前。作为伴 生菌的芽孢杆菌开始形成芽孢时，产酸菌株开始产生2-酮基-L古龙酸，直到完全形成芽孢和出现游离芽孢时，产酸量达高峰 （5mg/ml以上）为二级种子培养终点。
3．2,3,4,6-双丙酮基-L-山梨糖（双丙酮糖）的制备 山梨糖（酮式）经过互变异构转变成环式山梨糖，再 与两分子丙酮反应，将其结构中2,3-位羟基及4,6-位羟基保 护起来，生成2,3,4,6-双丙酮基-L-山梨糖。
工艺过程 生产中的配料比为L-山梨糖：丙酮：发烟 硫酸：氢氧化钠：苯=1:9:0.4:0.6:6（摩尔比）。将 丙酮、发烟硫酸在5℃以下压至溶糖罐内，加入山梨 糖，在15~20℃下溶糖6h后再降温至-8℃，保持 6~7h得酮化液。然后在温度不超过25℃时酮化液中 加入18%~22%氢氧化钠溶液中，调节pH至8.0~8.5。 下层硫酸钠用丙酮洗涤，回收单丙酮糖；上层清液 蒸馏至100℃后，减压蒸馏至约90℃为终点，再用 苯提取蒸馏后的剩余溶液，然后减压蒸馏苯液得丙 酮糖。
第三节 生-山梨醇的制备 山梨醇是葡萄糖在氢作还原剂，镍作催化剂的条件 下，将葡萄糖醛基还原成醇羟基而制得的。
工艺过程 将水加热至70~75℃，在不断搅拌下逐渐加 入葡萄糖至全溶，制成50%葡萄糖水溶液，再加入活性炭 于75℃，搅拌10min，滤去炭渣，然后用石灰乳液调节滤 液pH8.4，备用。当氢化釜内氢气纯度≥99.3%，压强 >0.04Mpa时可加入葡萄糖滤液，同时在触媒槽中添加活性 镍，利用糖液冲入釜内，以碱液调节pH为8.2~8.4，然后 通蒸汽并搅拌。当温度达到120~135℃时关蒸汽，并控制 釜温在150~155℃，压强在3.8~4.0MPa。取样化验合格后， 在0.2~0.3MPa压强下压料至沉淀缸静置沉淀，过滤除去催 化剂，滤液经离子交换树脂交换，活性炭处理，即得D-山 梨醇。
4．粗品维生素C的分离
分离得到的2-酮基-L-古龙酸，采取适当的方法可转化 （酸转化和碱转化）为维生素C，将维生素C的溶液进行减 压蒸发浓缩，然后冷却进行结晶，离心分离，得粗品维生素 C。
（3）2-酮基-L-古龙酸的分离 发酵液中除了含有一定量的2-酮基-L-古龙酸钠及2-酮基 -L-古龙酸外，还含有大量的菌体蛋白。要将2-酮基-L-古龙 酸钠从发酵液中分离提取出来，必须先除去菌体蛋白。除 去菌体蛋白的发酵液中含2-酮基-L-古龙酸钠及2-酮基-L-古 龙酸，由于2-酮基-L-古龙酸钠（能解离为阴、阳离子）， 用732阳离子交换树脂进行交换可去掉其中Na+而得2-酮基L-古龙酸稀液。高温下2-酮基-L-古龙酸不稳定，所以为了 浓缩古龙酸溶液使其达到一定浓度，可采用减压浓缩的方 法。由于低温下2-酮基-L-古龙酸溶解度较小，所以可经冷 却结晶得2-酮基-L-古龙酸晶体，从而实现了从发酵液中提 取分离2-酮基-L-古龙酸的操作过程。
体——2-酮基-L古龙酸（2-Keto-L-gulonic acid，简称2-KGA）。为了保护
山梨糖C6位伯醇基不被氧化，就须在酸性条件下先用丙酮处理L-山梨糖， 形成双丙酮衍生物后再进行氧化；氧化后还必须水解生成2-酮基-L-古龙酸 （不稳定，难分离出），再经转化而得维C。
两步发酵法
以氧化葡萄糖酸杆 (Glnanobacter oxydans) 为主要产酸菌，以条纹 假 单 孢 杆 菌 （Pseudomonas striata） 为伴生菌的自然组合菌 株，将 L- 山梨糖继续氧 化成维C的前体——2-酮 基 -L- 古龙酸，最后经化 学转化制备成维C。
6．粗品Vc的精制
配料比为粗Vc（析纯）：蒸馏水：活性炭：乙醇=1： 1.1：0.06：0.6（质量比）。将粗品Vc真空干燥（0.9MPa， 45℃，20~30min），除去挥发性杂质（盐酸、丙酮），加 蒸馏水搅拌，待Vc溶解后，加入活性炭，搅拌5~10min， 压滤，滤液至结晶罐，加入50L乙醇，降温后加晶种使结 晶。将晶体离心甩滤，再加乙醇洗涤，甩滤，将甩干品真 空干燥（0.9MPa，43~45℃，1.5h）即得精制Vc。
4．2,3,4,6-双丙酮基-L-2-酮基-古龙酸（双丙酮古 龙酸）的制备
用次氯酸钠将2,3,4,6-双丙酮基-L-山梨糖氧化成 2,3,4,6-双丙酮基-L-2-酮基古龙酸钠，再用浓盐酸酸化即得 2,3,4,6-双丙酮基-L-2-酮基-古龙酸。
工艺过程 ①次氯酸钠的制造 次氯酸钠性质不稳定，久置易分解失去 氧化性，所以需新鲜配制。在35℃下将14.5%~15.5%氢氧 化溶液搅拌通入液氯，以有效氯浓度9.5%~9.7%，余碱浓 度2.8~3.2%为终点。 ②双丙酮糖的氧化 配料比为双丙酮糖：次氯酸钠：硫酸镍 =1：10：0.04(摩尔比)。将次氯酸钠、双丙酮糖及硫酸镍 在温度40℃保温搅拌30min，然后静止片刻，抽滤。滤液 冷至0~5℃时，用盐酸中和，分三段进行：pH7，pH3， pH1.5。甩滤，冷水洗，再甩滤1h，即得2，3，4，6-双丙 酮基-L-2-酮基-古龙酸结晶。
② 将经过一次交换后的流出液和洗液合并，在加热罐内调pH至 蛋白质等电点，然后加热至70℃左右，加0.3%左右的活性炭，升温至 90℃～95℃后再保温(10～15)min，使菌体蛋白凝结。停搅拌，快速冷 却，高速离心过滤得清液。 ③将酸性上清液打入二次交换柱进行离子交换，至流出液的pH1.5 时，开始收集交换液，控制流出液pH1.5～1.7，交换完毕，洗柱至流 出液古龙酸含量在1mg/ml以下为止。若pH>1.7时，需更换交换柱。 （2）减压浓缩结晶 先将二次交换液进行一级真空浓缩，温度 45℃，至浓缩液的相对密度达1.2左右，即可出料。接着，又在同样条 件下进行二级浓缩，然后加入少量乙醇，冷却结晶，甩滤并用冰乙醇 洗涤，得2-酮基-L-古龙酸。 如果以后工序使用碱转化，则需将2-酮基-L-古龙酸进行真空干燥， 以除去部分水分。
两步发酵法维生素C生产工艺
1．D-山梨醇的制备（见莱氏法） 2．L-山梨糖的制备
（1）菌种部分 黑醋菌部分同莱氏法 （2）发酵液制备部分 基本同莱氏法，只是D-山梨醇的 投料浓度适当低些，10%左右。 （3）发酵液处理部分 发酵终点后对生成的L-山梨糖 （醪液）应立即于80℃加热10min，杀死第一步发酵液 微生物后，冷却至30℃，再开始进行第二步的混合菌株 发酵。
2-酮基-L-古龙酸的分离工艺及操作
（1）离子交换 ①将发酵液冷却后用盐酸酸化，调至菌体蛋白 等电点，使菌体蛋白沉淀。静置数小时后去掉菌体蛋白，将酸化上清 液以(2～3)m3/h的流速压入一次阳离子交换柱进行离子交换。或将发 酵液加入至循环槽，经冷却调节pH值后，用泵打入微滤膜、超滤膜过 滤器内除去菌体及蛋白类物质后，将滤液压入阳离子交换柱内进行离 子交换。当回流到pH3.5时，开始收集交换液，控制流出液的pH值， 以防树脂饱和，发酵液交换完后，用纯水洗柱，至流出液古龙酸含量 低于1mg/ml以下为止。当流出液达到一定pH值时，则更换树脂进行交 换，原树脂进行再生处理。
5．粗品Vc的制备
先将双丙酮古龙酸水解脱去保护基丙酮，再进行内酯 化，最后进行烯醇化即得粗Vc。
工艺过程 配料比为双丙酮古龙酸（折纯）：精制盐酸 （38%）：乙醇=1：0.27：0.31。 生产中先将部分双丙酮古龙酸加入转化罐，搅拌加入盐酸， 再加入余下的双丙酮古龙酸，盖好罐盖。等反应罐夹层满 水后，打开蒸汽阀门，缓慢升温至37℃左右关蒸汽，自然 升温至52~54℃，保温5~7h。反应到达高潮时，结晶析出， 要严格控制温度低于60℃，高潮期过后，维持50~52℃至 总保温时间20h。接着开冷却水降温1h，加入适当体积的 乙醇，冷却至-2℃，放料，甩滤0.5h，再用乙醇洗涤，甩 滤3~3.5h，经干燥得粗Vc。
2．L-山梨糖的制备 经过黑醋菌的生物氧化，可选择性地使D-山梨醇的2位 羟基氧化成酮基，即得L-山梨糖。
工艺过程：
①菌种部分 将黑醋菌保存于斜面培养基中，每月传代一次， 保存于0~5℃冰箱内。以后菌种从斜面培养基移入三角瓶种 液培养基中，在30~33℃振荡培养48h，合并入血清瓶内，糖 量在100mg/ml以上，镜检菌体正常，无杂菌，可接入生产。 ②发酵部分 种子培养分为一、二级种子罐培养，都以质量浓 度为16%~20%的D-山梨醇投料，并以玉米浆、酵母膏、泡 敌、碳酸钙、复合维生素B、磷酸盐、硫酸盐等为培养基。 30~340C ，通入无菌空气（1VVM），并维持罐压 0.03~0.05MPa进行一、二级种子培养。当一级种子罐产糖 量大于50mg/ml（发酵率达40%以上），二级种子罐产糖量 大于70mg/ml（发酵率在50%以上），菌体正常，即可移种。