维生素C的生产工艺发展

两步发酵法生产维生素C过程监控方法浅谈

高淑华,刘　影

(东药集团设计院,沈阳　110026)

[内容摘要]两步发酵法生产维生素C的重要一步化学反应是22酮基2L2古龙酸的酯化转化。此过程对VC产品的收率质量至关重要,由于没有准确快速的分析检测终点的手段,使生产中的异常情况不能及时得到解决,对此步的收率计算也很不准确。为实现对此过程的监控以判断酯化转化终点,保证产品质量,需要对酯化终点的酯化液和转化终点的转化液的物料分布情况进行分析。在此基础上就可以对酯化转化的时间进行控制,并且可以对酯化转化的收率进行计算,从而指导生产。本文在大量实验的基础上,探讨研究了几种快速简单的常规分析方法,p H 测定、水分测定、组分含量测定等,可以实现对整个酯化转化过程的监控,满足生产需要。

维生素C的生产工艺发展

谢占武,周海霞,曹爱国

(东北制药总厂,沈阳　110026)

[摘　要]　介绍了维生素C的理化性质及用途,主要探讨了两步发酵法的工艺发展过程,从发酵、提取、转化、酸化不同方面进行了论述。

[关键词]　维生素C;两步发酵;提取;转化;酸化

维生素C又名抗坏血酸,是一种水溶性维生素C,广泛存在于人体以及动植物体内,人体自身不能合成,需从外界摄取。

1　维生素C的理化性质及用途

维生素C又名L2抗坏血酸,为白色结晶或结晶性粉末,无臭,味酸;久置易变黄,在水中易溶,在乙醇中略溶,在氯仿或乙醚中不溶。维生素C具有较强的还原性,其结构中的烯二醇基不稳定,易氧化为二酮基。维生素C的用途非常广泛,常被用作食品添加剂或抗氧剂,在医药和临床上亦有广泛应用,在治疗坏血病、感冒、心血管缺陷、高胆固醇、糖尿病、精神抑郁症等疾病均有重要的用途。目前国内外生产维生素C的厂家主要有瑞士罗士公司、日本武田公司、德国BASF公司、东北制药总厂、河北维生、江苏江山等药厂,现在年产量已达到几十万吨。

2　维生素C的工艺发展进程及发展趋势

在几十年的工艺发展中,维生素C的工艺发生了较大的变化,目前维生素C主要的生产方法是莱氏法和两步发酵法。

211　莱氏法生产维生素C　莱氏法是最早生产维生素C 的方法,其以葡萄糖为原料,先经黑醋菌发酵生成L2山梨糖,再经丙酮化及NaClO氧化、水解得到22酮2L2古龙酸钠,然后进行化学合成得到维生素C。此法存在着很多缺陷,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,因此人们不断对此工艺进行改进。

212　两步发酵法生产维生素C　70年代初,我国首先研究出两步发酵法,其先进性得到世界公认,它是以生物氧化过程代替莱氏路线的部分化学合成过程,进而合成维生素C。21211　发酵工艺　两步发酵法是以D2山梨醇为原料,经黑醋菌及假单孢菌得到古龙酸钠发酵液。与莱氏法相比,此法省略了酮化和NaClO氧化过程,简化了工艺,避免使用丙酮、NaClO、发烟硫酸等化学物质,极大地改善了操作环境。采用此法得到的发酵液收率高,目前收率可达到90%以上,除主耗山梨醇消耗较高外,其他辅料消耗较低。且在此法中,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,更应注重优良菌种的选育。(1)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,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。传统的处理方法有加热沉淀法。和化学凝聚法。

(2)加热沉淀法此法是传统工艺,分离手段较为落后。此工艺通用氢型树脂,调p H至蛋白质的等电点后加热除蛋白。采用此工艺既要耗能,又会造成有效成分在高温下降解损失,且发酵液直接通过树脂柱,会使树脂表面污染,降低树脂的交换容量和收率。两次通过树脂柱,带进大量水分,增大浓缩耗能。(3)化学凝聚法。此法采用化学絮凝剂沉淀各种杂质,避免了加热沉淀时有效成分的损失。但经此法处理后的发酵液离心后所得的上清液中仍然存在有一定量的蛋白,如发酵液染菌则处理的效果更不明显,上清液浑浊,严重影响产品的质量和收率。针对以上两种方法中存在的缺点和不足,一种新的处理方法———超滤法在维生素生产中得以应用。(4)超滤法。超滤是一种新兴的膜处理技术,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;且为后步树脂交换提供了有利的条件,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,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,如陶瓷膜、不锈钢膜等的应用,超滤法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,用完善工艺联结。

21212　转化工艺　转化的方法主要有酸转化和碱转化两种方法。(1)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Vc,但酸转化对设备的腐蚀严重,污染环境,影响产品质量,现已逐渐被碱转化法所取代。(2)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,再使用NaHCO3进行碱转化,使古龙酸甲酯转化为Vc2Na。采用此法可避免酸转化的缺点,且操作简单,适用于Vc的规模化生产,但是碱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CH3ONa代替NaHCO3进行碱转化,此法转化率高,可达9216%,但质量较差,且甲醇钠价格贵,造成成本较高。

213　酸化　酸化是将维生素C2Na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p H值,才能使硫酸钠与维生素C分离出来,从而提高Vc的质量。采用氢型离子树脂交换设备庞大,操作复杂,且需经常再生树脂,增加了酸耗,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,此法过程简单,能耗低,投资少,转化率高,可望应用到实际生产中。

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,不断优化工艺,同时借鉴国外的新技术、新信息,避免低水平重复,提高Vc的产量和质量,同时注重Vc系列产品的开发和应用,创造出更大的经济效益。

陶瓷膜应用VC生产的研究

谢占武,叶扬红,刘宇浩

(东北制药总厂七公司,沈阳　110026)

[摘　要]　陶瓷膜有使用寿命长,分离效果好等多种特点,本文是通过对陶瓷膜在处理古龙酸发酵醪液时的除蛋白能力、浓缩能力等方面进行考察,探索陶瓷膜应用于VC生产的可行性。

[关键词]　古龙酸醪液;超滤;陶瓷膜

陶瓷膜是一种新兴的膜处理技术,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,且为后步树脂交换提供了有利的条件,减少了树脂的污染,从而有利于提高树脂的使用率。膜分离法因其耗能小、效率高、能在低温下操作、生物活性物质不易失活等特点,近几年在分离、浓缩和纯化生物活性物质方面得到了广泛的应用,国内已有超滤法用于古龙酸提取的报道,本文是陶瓷膜应用于VC超滤生产的研究,提高生产质量,减轻后部处理量,节约能源来给生产带来更大的效益。

1　实验部分

111　主要的实验设备和物料　某公司提供的膜分离设备;陶瓷膜及附属设备;古龙酸醪液。

112　实验步骤

11211　取发酵结束后的古龙酸醪液,用陶瓷膜中试设备对其进行处理,考察醪液的过滤速度和滤液的透光情况,与同批古龙酸醪液在生产实际中应用有机膜处理的效果相对比,考察陶瓷膜对古龙酸醪液中蛋白的去除能力。11212　取用有机膜处理后的高浓缩倍数的残渣液,用陶瓷膜中试设备继续对其进行超滤处理,考察对浓缩倍数以及过滤速度和滤液的透光情况的影响,并考察其对收率及后步工序的影响。

11213　膜的清洗　每批实验结束后都要进行膜的清洗,基本步骤如下:排净残渣,用纯水清洗系统,用低浓度碱液进行预洗后,再视污染情况对陶瓷膜进行清洗,然后用纯水清洗陶瓷膜至中性。

11214　膜通量恢复　每次洗膜计算膜恢复率应大于90%才可以有效进行下一批过滤。

2　结果与讨论

211　用陶瓷膜处理古龙酸发酵醪液对过滤速度和滤液的透光情况的影响　用陶瓷膜中试设备对古龙酸醪液进行超滤处理,记录处理每批醪液所用的时间,计算单位面积的过滤速度,测量滤液的透光,并与同批醪液用有机膜处理时的数据相对比,结果见表1。

表1　与有机膜对比,陶瓷膜处理相同发

酵醪液时过滤速度和滤液透光的比值批号

陶瓷膜平均走料流速与

有机膜的比值(%)

陶瓷膜滤液透光与

有机膜的比值(%) 176********

39213110111

49019110415

平均8617110415

从表1可以看出,在处理相同发酵醪液时,陶瓷膜处理的醪液透光较好,为有机膜的10415%,说明其除蛋白能力较有机膜好;但其走料流速较低,通量较小,仅为有机膜的86171%,影响生产进度。考虑其在生产上应用的实际情况,接下来考察了其对高浓缩倍数残渣液继续浓缩时各