维生素发酵生产
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＋ ＋
提取法 细菌 ＋
生物合成法 真菌 ＋ 藻类
世界产量 /（吨/年） 2000 2000 8500
（＋）
＋
维生素B6
维生素B8 维生素B9 维生素B12 维生素B13 维生素C
＋
＋ ＋
1600
（＋） ＋ ＋ 3 300 10 100 70000
＋
＋
三、维生素C生产工艺
1. 维生素C的合成方法
维生素C的合成方法主要有莱氏化学合成法和微生物发酵合成法两种。
度山梨糖流加发酵方式。若采用建立在数学模型基础上的流加控制策略，
可获得高浓度的2KGA，二步收率可达83％。
四、 生物合成法生产维生素的前景
1. 对自然界中微生物及藻类进行广泛和深入的筛选和 分离，以获得优良的生产菌株。
2. 对现有生产菌株用突变等方法进行改造，以提高其
生产能力。 3. 利用基因重组技术，获得高产基因工程菌株。
（1）第一步发酵 B. 培养基
种子培养基 山梨醇 20％ 酵母膏 0.7％ 碳酸钙 0.15％ 无机盐溶液 0.4％ 无机盐溶液的组成：MgSO4•7H2O 1.25 g/100mL，(NH4)H2PO4 7.5 g/100mL，KH2PO4 5 g/100mL，K2SO4 1.25 g/100mL。 发酵培养基 酵母膏 0.035％ 碳酸钙 0.1％ 玉米浆 0.1％ 复合维生素B 0.001％ 山梨醇浓度视需要而定
（1）莱氏化学合成法
1933年德国Reichstein等人首先用化学合成法制取维生素C获得成功。
至今许多国家仍采用此方法或采用改进的莱氏法进行工业生产。
该方法以D－山梨醇作原料，需经四大步反应，才能得到维生素C产品。
（1）莱氏化学合成法 a. D-山梨醇经黑醋菌（Gluconobacter melagenus）发酵得L-山梨糖； b. L-山梨糖和丙酮反应制得二丙酮-L-山梨醇； c. 二丙酮-L-山梨醇氧化得二丙酮-2-酮-L-古龙酸钠， 再经酸化得二丙酮-2-酮-L-古龙酸； d. 二丙酮-2-酮-L-古龙酸经转化得维生素C。
二、维生素的生产方法
生产维生素的方法有三种：提取法，化学合成法，生物合成法。 提取法是从富含维生素的天然食物或药用植物中浓缩、提取而得。 目前只有极少数得维生素采用提取法。如维生素A原、维生素E等。
化学合成法是目前生产维生素得主要方法。
微生物发酵法和微藻类的生物转化法（统称生物合成法）发展非常 快。
改进莱氏法（碱转化）
（2）微生物发酵合成法
从葡萄糖出发，采用微生物发酵合成维生素C，有 以下六种合成途径：
① D-山梨醇途径 ② L-山梨糖途径 ③ L-艾杜糖酸途径 ④ 2-酮-D-葡萄糖酸途径 ⑤ 2,5-二酮-D-葡萄糖酸途径 ⑥ 2-酮-L-古龙酸途径
六种合成途径之间既有联系又有区别。
（1）莱氏化学合成法 a. D-山梨醇经黑醋菌（Gluconobacter melagenus）发酵得L-山梨糖； b. L-山梨糖和丙酮反应制得二丙酮-L-山梨醇； c. 二丙酮-L-山梨醇氧化得二丙酮-2-酮-L-古龙酸钠， 再经酸化得二丙酮-2-酮-L-古龙酸； d. 二丙酮-2-酮-L-古龙酸经转化得维生素C。
（1） 发酵
黑醋菌种液 一步一级种子 一步二级种子 一步发酵
L-山梨糖 灭菌
混合菌种液
二步一级种子
二步二级种子 二步发酵
古龙酸钠发酵Βιβλιοθήκη Baidu至提取
发酵液预处理
（2） 提取
上清液 一次离子交换 加热凝聚（去蛋白）
滤渣
离心过滤
滤液 二次离子交换 浓缩
洗涤
结晶 干燥
母液回收 古龙酸去转化
古龙酸 无水甲醇，浓硫酸 甲酯化 含水甲醇 去回收塔
工业生产过程中使用最多的为2980及152混合菌。
氧化葡萄糖酸杆菌的主要特征为：细胞椭圆至短杆状，G-，无芽孢。 30℃培养2d后大小为（0.5～0.7）μm ×（0.6～1.2）μm ，单个或成 对排列。在葡萄糖培养基上生长极微弱，甘露醇培养基上生长良好。
（2） 第二步发酵 B. 培养基
种子培养基 酵母膏 0.3％ 牛肉胶 0.3％ 玉米浆 0.3％ 蛋白胨 1.0％ 尿素 0.1％ 山梨糖 2.0％ 另加某些无机盐 发酵培养基 玉米浆 0.5％ 尿素 0.1％ 无机盐 山梨糖
（1）莱氏化学合成法 a. D-山梨醇经黑醋菌（Gluconobacter melagenus）发酵得L-山梨糖； b. L-山梨糖和丙酮反应制得二丙酮-L-山梨醇； c. 二丙酮-L-山梨醇氧化得二丙酮-2-酮-L-古龙酸钠， 再经酸化得二丙酮-2-酮-L-古龙酸； d. 二丙酮-2-酮-L-古龙酸经转化得维生素C。
维生素发酵生产
维生素是一类性质各异的低分子有机化合物，是维持人体正常生理生 化功能不可缺少的营养物质。
一、维生素的分类
维生素可分为脂溶性维生素和水溶性维生素两大类。
脂溶性维生素 名称 维生素A族 视黄醇 学名及俗名 生物作用 抗干眼病
维生素D2
维生素D3 维生素E族 维生素F族 维生素K族
麦角钙化醇
胆钙化醇 生育酚 亚油酸，亚麻酸，花生四烯酸 叶绿醌，合欢醌，α －甲基萘醌
抗软骨病
抗软骨病 抗不育 降胆固醇及防血栓 抗出血
水溶性维生素
名称 维生素B1 维生素B2 维生素B3族 （维生素PP） 维生素B5 维生素B6族 维生素B9族 维生素B12 维生素B13 维生素BT 维生素C 维生素H （维生素B8） 硫胺素 核黄素 烟酸，烟酰胺 泛酸 吡哆醇，吡哆醛，吡哆胺 叶酸，黄嘌呤，赤嘌呤，蝶酸等 钴胺素，氰钴氨素，羟钴胺素等 乳清酸 L－肉碱 抗坏血酸 生物素 学名及俗名 生物作用 抗神经类 抗口角溃疡，唇炎 抗糙皮病 抗癞皮病 抗皮炎 抗恶性贫血 抗恶性贫血 抗早衰 营养强化剂 抗坏血病 抗毛发脱落及脂肪 代谢混乱
脂溶性维生素工业生产状况 维生素类别 维生素A 化学合成法 ＋ 提取法 生物合成法 细菌 真菌 藻类 世界产量 /（吨/年） 2500
维生素D2
维生素D3 维生素E 维生素F 维生素K2
＋ ＋
＋
＋ ＋ ＋ ＋ 25 6800 1000 2 ＋
水溶性维生素工业生产状况 维生素类别 维生素B1 维生素B2 维生素B3 维生素B5 化学合成法 ＋
（2）第二步发酵 A. 菌种
第二步发酵采用的菌种为由大、小两株细菌组成的混合菌种。 小菌为氧化葡萄糖酸杆菌（Gluconobacter oxydans）， 大菌可采用 巨大芽孢杆菌（Bacillus megateriam），称2980菌， 或蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus），称152菌， 或浸麻芽孢杆菌（Bacillus macerans），称169菌。 也可采用其他一些杆菌与小菌混合培养。
一步发酵中所用菌种为生黑葡萄糖酸杆菌（Gluconobacter melagenus），简称黑醋菌。 最常用的生产菌株为R-30，其主要特征是：细胞椭圆至短杆状， G+，无芽孢，大小为（0.5～0.8）μm×（1.0～2.2）μm。端 生草根鞭毛运动，菌落边缘整齐，微显浅褐色。生长最适温度 为34℃，氧化D-山梨醇的发酵收率可达98％以上。
六条不同的微生物发酵合成途径最终都是以2-酮基-L-古龙酸 （简称2KGA）为最终产物，再经化学转化合成维生素C。 在这六条合成途径中，只有第二条途径已实现了工业化生产。— —此即为我国自行开发的二步发酵法。
2. 二步发酵法生产工艺
优点：制备工艺简单，生产周期短和“三废”污染少等。 1985年转让给世界上生产维生素最大企业－瑞士霍夫曼 •罗氏制药公司。——我国医药工业史上首次出口技术。
内酯化
（3） 转化
离心分离
维 C钠
50％硫酸，活性炭
酸化脱色 离心分离 浓缩 结晶 离心分离 粗维C
硫酸钠及废炭
回收甲醇
母液回收 去精制
（4） 精制
活性炭
粗维C 溶解脱色 过滤 结晶 离心过滤 真空干燥 过筛及包装 维C成品 母液回收 热的去离子水 废炭
（三）二步发酵菌种及发酵工艺
（1）第一步发酵 A. 菌种
（3） 第二步发酵 C. 发酵过程特征
第二步发酵为混合菌种发酵。由于大、小菌两者的最适培养条件是不同的， 所以其操作适宜条件是兼顾大、小菌两者的条件。通常操作温度为30℃； 初始pH控制在6.8左右。该反应虽属氧化反应，但对氧的消耗并不很大。 气升式发酵罐非常适合该发酵过程。溶氧浓度控制在20％即可。 山梨糖的初始浓度对产物的生成影响较大。间歇发酵时初始山梨糖浓度超 过80 g/L，会对产物生成产生抑制。所以要取得高浓度2KGA，需采用高浓
（1）莱氏化学合成法 a. D-山梨醇经黑醋菌（Gluconobacter melagenus）发酵得L-山梨糖； b. L-山梨糖和丙酮反应制得二丙酮-L-山梨醇； c. 二丙酮-L-山梨醇氧化得二丙酮-2-酮-L-古龙酸钠， 再经酸化得二丙酮-2-酮-L-古龙酸； d. 二丙酮-2-酮-L-古龙酸经转化得维生素C。
二步发酵法生产工艺有酸转化工艺和碱转化工艺两种。 酸转化设备简单、流程短，但制得的维生素C破坏严重、质量 差，设备腐蚀严重，三废多，因此逐渐淘汰。 碱转化虽然流程较长、投资大，但产品质量好，故目前绝大部
分工厂均采用碱转化工艺。
（一）二步发酵法反应步骤
（二）二步发酵法生产维生素C的工艺流程
二步发酵法的整个工艺流程可分为发酵、提取、转化和精制四部分。
（1）第一步发酵 C. 发酵过程特征
在发酵过程中，控制发酵温度34℃，初始pH5.1～5.3。该氧化反应的耗氧 量较大，所以通气比要求1:1 VVM以上。即使在通气量较大，且搅拌转速较 高的条件下，发酵至4h后溶解氧浓度急剧下降，甚至接近于零。直到10h左 右才逐渐回升。当溶解氧浓度回复至最高点，呈水平直线时，表示该反应 已达终点。 该发酵过程受山梨醇底物浓度的影响，当其浓度超过250 g/L时，底物对产 物形成有抑制作用。故要获得高浓度山梨糖时，必须采用流加发酵方式。 为了配合第二步的高浓度山梨糖流加发酵工艺，尽可能提供一步发酵的最 终山梨糖浓度是至关重要的。目前山梨糖浓度可达450 g/L。
提取法 细菌 ＋
生物合成法 真菌 ＋ 藻类
世界产量 /（吨/年） 2000 2000 8500
（＋）
＋
维生素B6
维生素B8 维生素B9 维生素B12 维生素B13 维生素C
＋
＋ ＋
1600
（＋） ＋ ＋ 3 300 10 100 70000
＋
＋
三、维生素C生产工艺
1. 维生素C的合成方法
维生素C的合成方法主要有莱氏化学合成法和微生物发酵合成法两种。
度山梨糖流加发酵方式。若采用建立在数学模型基础上的流加控制策略，
可获得高浓度的2KGA，二步收率可达83％。
四、 生物合成法生产维生素的前景
1. 对自然界中微生物及藻类进行广泛和深入的筛选和 分离，以获得优良的生产菌株。
2. 对现有生产菌株用突变等方法进行改造，以提高其
生产能力。 3. 利用基因重组技术，获得高产基因工程菌株。
（1）第一步发酵 B. 培养基
种子培养基 山梨醇 20％ 酵母膏 0.7％ 碳酸钙 0.15％ 无机盐溶液 0.4％ 无机盐溶液的组成：MgSO4•7H2O 1.25 g/100mL，(NH4)H2PO4 7.5 g/100mL，KH2PO4 5 g/100mL，K2SO4 1.25 g/100mL。 发酵培养基 酵母膏 0.035％ 碳酸钙 0.1％ 玉米浆 0.1％ 复合维生素B 0.001％ 山梨醇浓度视需要而定
（1）莱氏化学合成法
1933年德国Reichstein等人首先用化学合成法制取维生素C获得成功。
至今许多国家仍采用此方法或采用改进的莱氏法进行工业生产。
该方法以D－山梨醇作原料，需经四大步反应，才能得到维生素C产品。
（1）莱氏化学合成法 a. D-山梨醇经黑醋菌（Gluconobacter melagenus）发酵得L-山梨糖； b. L-山梨糖和丙酮反应制得二丙酮-L-山梨醇； c. 二丙酮-L-山梨醇氧化得二丙酮-2-酮-L-古龙酸钠， 再经酸化得二丙酮-2-酮-L-古龙酸； d. 二丙酮-2-酮-L-古龙酸经转化得维生素C。
二、维生素的生产方法
生产维生素的方法有三种：提取法，化学合成法，生物合成法。 提取法是从富含维生素的天然食物或药用植物中浓缩、提取而得。 目前只有极少数得维生素采用提取法。如维生素A原、维生素E等。
化学合成法是目前生产维生素得主要方法。
微生物发酵法和微藻类的生物转化法（统称生物合成法）发展非常 快。
改进莱氏法（碱转化）
（2）微生物发酵合成法
从葡萄糖出发，采用微生物发酵合成维生素C，有 以下六种合成途径：
① D-山梨醇途径 ② L-山梨糖途径 ③ L-艾杜糖酸途径 ④ 2-酮-D-葡萄糖酸途径 ⑤ 2,5-二酮-D-葡萄糖酸途径 ⑥ 2-酮-L-古龙酸途径
六种合成途径之间既有联系又有区别。
（1）莱氏化学合成法 a. D-山梨醇经黑醋菌（Gluconobacter melagenus）发酵得L-山梨糖； b. L-山梨糖和丙酮反应制得二丙酮-L-山梨醇； c. 二丙酮-L-山梨醇氧化得二丙酮-2-酮-L-古龙酸钠， 再经酸化得二丙酮-2-酮-L-古龙酸； d. 二丙酮-2-酮-L-古龙酸经转化得维生素C。
（1） 发酵
黑醋菌种液 一步一级种子 一步二级种子 一步发酵
L-山梨糖 灭菌
混合菌种液
二步一级种子
二步二级种子 二步发酵
古龙酸钠发酵Βιβλιοθήκη Baidu至提取
发酵液预处理
（2） 提取
上清液 一次离子交换 加热凝聚（去蛋白）
滤渣
离心过滤
滤液 二次离子交换 浓缩
洗涤
结晶 干燥
母液回收 古龙酸去转化
古龙酸 无水甲醇，浓硫酸 甲酯化 含水甲醇 去回收塔
工业生产过程中使用最多的为2980及152混合菌。
氧化葡萄糖酸杆菌的主要特征为：细胞椭圆至短杆状，G-，无芽孢。 30℃培养2d后大小为（0.5～0.7）μm ×（0.6～1.2）μm ，单个或成 对排列。在葡萄糖培养基上生长极微弱，甘露醇培养基上生长良好。
（2） 第二步发酵 B. 培养基
种子培养基 酵母膏 0.3％ 牛肉胶 0.3％ 玉米浆 0.3％ 蛋白胨 1.0％ 尿素 0.1％ 山梨糖 2.0％ 另加某些无机盐 发酵培养基 玉米浆 0.5％ 尿素 0.1％ 无机盐 山梨糖
（1）莱氏化学合成法 a. D-山梨醇经黑醋菌（Gluconobacter melagenus）发酵得L-山梨糖； b. L-山梨糖和丙酮反应制得二丙酮-L-山梨醇； c. 二丙酮-L-山梨醇氧化得二丙酮-2-酮-L-古龙酸钠， 再经酸化得二丙酮-2-酮-L-古龙酸； d. 二丙酮-2-酮-L-古龙酸经转化得维生素C。
维生素发酵生产
维生素是一类性质各异的低分子有机化合物，是维持人体正常生理生 化功能不可缺少的营养物质。
一、维生素的分类
维生素可分为脂溶性维生素和水溶性维生素两大类。
脂溶性维生素 名称 维生素A族 视黄醇 学名及俗名 生物作用 抗干眼病
维生素D2
维生素D3 维生素E族 维生素F族 维生素K族
麦角钙化醇
胆钙化醇 生育酚 亚油酸，亚麻酸，花生四烯酸 叶绿醌，合欢醌，α －甲基萘醌
抗软骨病
抗软骨病 抗不育 降胆固醇及防血栓 抗出血
水溶性维生素
名称 维生素B1 维生素B2 维生素B3族 （维生素PP） 维生素B5 维生素B6族 维生素B9族 维生素B12 维生素B13 维生素BT 维生素C 维生素H （维生素B8） 硫胺素 核黄素 烟酸，烟酰胺 泛酸 吡哆醇，吡哆醛，吡哆胺 叶酸，黄嘌呤，赤嘌呤，蝶酸等 钴胺素，氰钴氨素，羟钴胺素等 乳清酸 L－肉碱 抗坏血酸 生物素 学名及俗名 生物作用 抗神经类 抗口角溃疡，唇炎 抗糙皮病 抗癞皮病 抗皮炎 抗恶性贫血 抗恶性贫血 抗早衰 营养强化剂 抗坏血病 抗毛发脱落及脂肪 代谢混乱
脂溶性维生素工业生产状况 维生素类别 维生素A 化学合成法 ＋ 提取法 生物合成法 细菌 真菌 藻类 世界产量 /（吨/年） 2500
维生素D2
维生素D3 维生素E 维生素F 维生素K2
＋ ＋
＋
＋ ＋ ＋ ＋ 25 6800 1000 2 ＋
水溶性维生素工业生产状况 维生素类别 维生素B1 维生素B2 维生素B3 维生素B5 化学合成法 ＋
（2）第二步发酵 A. 菌种
第二步发酵采用的菌种为由大、小两株细菌组成的混合菌种。 小菌为氧化葡萄糖酸杆菌（Gluconobacter oxydans）， 大菌可采用 巨大芽孢杆菌（Bacillus megateriam），称2980菌， 或蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus），称152菌， 或浸麻芽孢杆菌（Bacillus macerans），称169菌。 也可采用其他一些杆菌与小菌混合培养。
一步发酵中所用菌种为生黑葡萄糖酸杆菌（Gluconobacter melagenus），简称黑醋菌。 最常用的生产菌株为R-30，其主要特征是：细胞椭圆至短杆状， G+，无芽孢，大小为（0.5～0.8）μm×（1.0～2.2）μm。端 生草根鞭毛运动，菌落边缘整齐，微显浅褐色。生长最适温度 为34℃，氧化D-山梨醇的发酵收率可达98％以上。
六条不同的微生物发酵合成途径最终都是以2-酮基-L-古龙酸 （简称2KGA）为最终产物，再经化学转化合成维生素C。 在这六条合成途径中，只有第二条途径已实现了工业化生产。— —此即为我国自行开发的二步发酵法。
2. 二步发酵法生产工艺
优点：制备工艺简单，生产周期短和“三废”污染少等。 1985年转让给世界上生产维生素最大企业－瑞士霍夫曼 •罗氏制药公司。——我国医药工业史上首次出口技术。
内酯化
（3） 转化
离心分离
维 C钠
50％硫酸，活性炭
酸化脱色 离心分离 浓缩 结晶 离心分离 粗维C
硫酸钠及废炭
回收甲醇
母液回收 去精制
（4） 精制
活性炭
粗维C 溶解脱色 过滤 结晶 离心过滤 真空干燥 过筛及包装 维C成品 母液回收 热的去离子水 废炭
（三）二步发酵菌种及发酵工艺
（1）第一步发酵 A. 菌种
（3） 第二步发酵 C. 发酵过程特征
第二步发酵为混合菌种发酵。由于大、小菌两者的最适培养条件是不同的， 所以其操作适宜条件是兼顾大、小菌两者的条件。通常操作温度为30℃； 初始pH控制在6.8左右。该反应虽属氧化反应，但对氧的消耗并不很大。 气升式发酵罐非常适合该发酵过程。溶氧浓度控制在20％即可。 山梨糖的初始浓度对产物的生成影响较大。间歇发酵时初始山梨糖浓度超 过80 g/L，会对产物生成产生抑制。所以要取得高浓度2KGA，需采用高浓
（1）莱氏化学合成法 a. D-山梨醇经黑醋菌（Gluconobacter melagenus）发酵得L-山梨糖； b. L-山梨糖和丙酮反应制得二丙酮-L-山梨醇； c. 二丙酮-L-山梨醇氧化得二丙酮-2-酮-L-古龙酸钠， 再经酸化得二丙酮-2-酮-L-古龙酸； d. 二丙酮-2-酮-L-古龙酸经转化得维生素C。
二步发酵法生产工艺有酸转化工艺和碱转化工艺两种。 酸转化设备简单、流程短，但制得的维生素C破坏严重、质量 差，设备腐蚀严重，三废多，因此逐渐淘汰。 碱转化虽然流程较长、投资大，但产品质量好，故目前绝大部
分工厂均采用碱转化工艺。
（一）二步发酵法反应步骤
（二）二步发酵法生产维生素C的工艺流程
二步发酵法的整个工艺流程可分为发酵、提取、转化和精制四部分。
（1）第一步发酵 C. 发酵过程特征
在发酵过程中，控制发酵温度34℃，初始pH5.1～5.3。该氧化反应的耗氧 量较大，所以通气比要求1:1 VVM以上。即使在通气量较大，且搅拌转速较 高的条件下，发酵至4h后溶解氧浓度急剧下降，甚至接近于零。直到10h左 右才逐渐回升。当溶解氧浓度回复至最高点，呈水平直线时，表示该反应 已达终点。 该发酵过程受山梨醇底物浓度的影响，当其浓度超过250 g/L时，底物对产 物形成有抑制作用。故要获得高浓度山梨糖时，必须采用流加发酵方式。 为了配合第二步的高浓度山梨糖流加发酵工艺，尽可能提供一步发酵的最 终山梨糖浓度是至关重要的。目前山梨糖浓度可达450 g/L。