两步发酵法制维c说课讲解

两步发酵法制维c

维生素C的制备

--浅析两步发酵法生产维生素C技术

㈠维生素C简介

中文名称：维生素C

英文名称：vitamin C

其他名称：抗坏血酸(ascorbic acid)

定义：

显示抗坏血酸生物活性的化合物的通称，是一种水溶性维生素，水果和蔬菜中含量丰富。在氧化还原代谢反应中起调节作用，缺乏它可引起坏血病。结构式：

物理性质

外观：无色晶体

熔点：190 - 192℃

沸点：（无）

紫外吸收最大值：245nm

荧光光谱：激发波长－无nm，荧光波长－无nm

溶解性：水溶性维生素

比旋度：+20.5°至+21.5°

化学性质

分子式：C6H8O6

分子量：176.13

IUPAC名：2,3,4,5,6-五羟基-2-己烯酸-4-内酯

酸性，具有较强的还原性，加热或在溶液中易氧化分解，在碱性条件下更易被氧化，为己糖衍生物。［1］

㈡两步发酵法制备维生素C：

历史：我国从1969年开始在微生物发酵-化学合成法的基础上进行维生素C 二步发酵生产工艺的研究，在1974年取得很大成功，是目前唯一成功应用于维生素C 工业生产的微生物转化法。

意义：两步发酵法生产维生素C ，实质上是通过微生物发酵法代替莱氏法中的化学合成阶段，避免了丙酮，酸，碱或苯等有机溶剂的大量使用。其工艺是D-葡萄糖以为原料，经催化氧化得D-山梨醇，然后经两步发酵（微生物氧化）得2-酮基-古龙酸，再经转化得葡萄糖。目前在我国已应用于生产，因其简化和缩

短了莱氏法，加快了维生素C 的生产速度，具有一定的优越性。［2］

制备流程：

（1）D-山梨醇的制备

原理：D-山梨醇是己六醇化合物，含有4个手性碳原子，具有D-葡萄糖的构型，故将D-葡萄糖C-1上的醛基还原成醇基而制得［3］

［4］

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75，搅拌10min,滤去碳渣，然后用石灰乳液调节PH 至8.4。料液压到氢化釜！，加入骨架镍催化剂（葡萄糖量的20%），通入氢气，于3.43MPa ，140反应至不吸收氢气为反应终点，料液先静置沉降，除去催化剂，再经离子交换树脂,活性炭处理后，减压浓缩至浓度60%-70%的无色或淡黄色透明的黏稠液体。收率为97%左右。 （2）2-酮基-L-古龙酸的制备（两步发酵法）

原理：以D-山梨醇为原料，先经黑醋酸菌氧化得L-山梨醇，再以氧化葡萄糖杆菌和假单胞杆菌或芽孢菌组成的混合菌种氧化得2-酮-L-古龙酸

CH 2OH

C

C C C

CHO HO

HO H HO

H

H

H

OH H CH 2OH C

C C C

2OH HO

HO H HO

H

H

H OH O 2

CH 2OH C

C C C

CH 2OH HO H HO

H

O

H OH COOH C

C C C

CH 2OH

HO H HO

H

O H OH 内

烯

D-葡萄糖

D-山梨醇

L-山梨醇

2-酮基-L-古龙酸

Acetobacter Pseudomonas

工艺流程

第一步发酵：黑醋酸杆菌（从D-山梨醇到L-山梨糖）

［4］

第二步发酵：葡萄糖酸杆菌和巨大芽孢杆菌混合培养 发酵罐：气升式反应器。

［4］

（3） 2-酮-L-古龙酸的分离纯化 发酵液中：2-酮-L-古龙酸8%，杂质有菌丝体、蛋白质和悬浮的固体颗粒等。除杂操作：加热、离心。 （4）维生素C 粗品的制备

工艺原理： 因2-酮基-L--古龙酸的c-4位很易失水，发生内酯化作用，而C-2上的酮基易发生稀醇化作用，内酯化和烯醇化作用须在酸或碱的催化剂存在下才发生。由2-酮基-L-古龙酸经内酯化，

烯醇化作用转化成L-抗坏血酸，因使用催化剂的不同，而有酸转化和碱转化之分。

（5）维生素C 的精制

CH 2OH C C C C CHO HO HO H HO

H

H H

OH

H 2CH 2OH C C C C

CH 2OH HO HO H HO

H

H H OH O 2CH 2OH C C C C CH 2OH HO H HO H

O H OH COOH C C C C

CH 2OH HO H HO

H

O H OH 内酯化

烯醇化

D-葡萄糖

D-山梨醇L-山梨醇2-酮基-L-古龙酸

氢化Acetobacter Pseudomonas CH 2OH C C C C CH 2OH H H H OH O 2CH 2OH C C C C 2OH HO H HO H

O

H OH

COOH C C C C CH 2OH HO H HO H O H OH O C

C

C C C H 2C HO OH H HO H O

OH

内酯化烯醇化-山梨醇L-山梨醇2-酮基-L-古龙酸维生素-C Acetobacter

工艺原理:粗L-抗坏血酸须经过精制处理才能达到药用规格。一般在水溶液中，加入活性炭脱色，重结晶而得到精品。

(三)讨论与分析

优点：a:此法相较于莱氏制法省略了酮化和NaClO 氧化过程,简化了工艺，极大

地改善了操作环境。

b:除主耗山梨醇消耗较高外，其他辅料消耗较低,且多为液体反应;

c:物料输送方便，更有利于生产连续化和操作自动化。

缺点：气升式反应器占地面积大、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；与国外相比，尚有生产设备

陈旧，劳动生产率较低，“三废”较多等问题。

改进：应注重优良菌种的选育;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。

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。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。［5］

参考文献

【［1］百度百科维生素C 】

【［2］主编：郑建仙维生素生产关键技术和典型范例北京：科学技术文献出版社 2006.11】

【［3］主编：陈文华，郭丽梅制药技术化学工业出版社 2003.1】

【［4］图片摘自百度文献维生素C生产工艺进程】