维生素C的生产工艺

�
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%
�
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
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 � 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
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
�
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 ℃
� 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
20h， � 冷却过滤、冷乙醇洗涤， � 得维生素C粗品，收率88%
第七章 维生素C的生产工艺
第一节 概述
一、化学结构式
H HO OH O O
二、理化性质
� � � �
OH O H
水溶性 酸性 还原性 水解性
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%）
� �
交换完，纯水冲柱
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。
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
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
�
�
（2）工艺过程
�
�
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
�
�
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 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
�
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%
（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
（2）工艺过程
在70-75℃下加水溶解葡萄糖， 50%溶液 � 氢气纯度≥ 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
率降低 � 析出温度的影响
5、粗品维生素C的制备
�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 �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， 55 56 56.5 57 58 59 严重时会引起烧料 1 2 2.5 3 4 5 74.8 82.3 82.7 82 81 80.5
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
� 配料比
�
2-酮基-L-古龙酸：38%盐酸：丙酮 = 1:0.4:0.3
�
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 取，其标准为进出酸差在1%以下，无Cl�
� �
交换完毕，洗柱
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
�
（3）反应条件及影响因素
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
�
� � � � �
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）
�
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 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
�
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
� �
投料，40℃保温搅拌30min
静止片刻，抽滤 � 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%。
�
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、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
（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。 溶解氧浓度影响好氧菌的活性
�
溶解氧浓度的影响
（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
（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
�
缺点
� � �
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
�
�
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
（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
步骤
℃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 pH8.08.5
�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
（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
�
（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
� 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 ）
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
析出温Biblioteka Baidu 析出温差 收率%
�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 �来电后，先开搅拌，后开蒸汽，缓慢升温
6、粗品维生素C的精制
�
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 粗品（85%）真空干燥（ 50-55℃，20-30min）
�
步骤
� �
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 ℃
�
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）
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
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1、 D-山梨醇的制备
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（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