发酵工程——维生素C的生产工艺.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,单击此处编辑母版标题样式,维生素的工艺原理,王桐,潘明阳,郁鲲,一、维生素,C(Vitamin C VC),维生素,C,又名抗坏血酸，呈白色粉末，无臭，味酸，熔点,190,192,，易溶于水和甲醇，略溶于乙醇，不溶于乙醚、氯仿及石油醚等具有较强的还原性，易受光、热、氧等破坏，在碱液中或有微量金属离子存在时，分解更快，但干燥结晶后较稳定VC,是一种人体必需的水溶性维生素，也是一种抗氧化剂，广泛应用于医药、食品、饲料等领域获得维生素的方法,提取法：,从富含维生素的天然食物和药用 植物中浓缩、提取目前只有极少数维生素采用提取法，例如维生素A、E生物合成法：,微生物发酵法和微藻类的生物转化法，目前发展很快,化学合成法：,目前生产维生素的主要方法维c合成方法,莱氏化学合成法,微生物发酵合成法,二、目前合成方法,1、莱氏法,1933年瑞士化学家莱齐特因等用化学合成方法合成维生素C，也称莱氏法该法主要以D-山梨醇作为原料，是最早生产维生素C的方法，也是国外采用的方法工艺路线主要如下：,D-山梨醇,L-山梨糖,黑,醋菌,的发酵氧化,二丙酮-L-山梨糖,丙酮,硫酸,双丙酮-2-酮基,-L-古龙酸钠,次氯酸纳,氧化,双丙酮-2-酮基-,L-古龙酸,酸化,维生素C,HCl,化学转化,优点：该法生产的维生素C产品质量好、收率高，达60，而且生产原料易获得，中间产物化学性质稳定，一直是国外生产维生素C的重要方法,缺点：生产工序繁多、劳动强度大、大量有机溶剂的使用易造成环境污染等,莱氏法的优缺点,2,、微生物发酵合成法,D-,山梨醇途径,L-,山梨糖途径,L-,艾杜糖酸途径,2-,酮,-D-,葡糖糖酸途径,2,5-,二酮,-D-,葡糖糖酸途径,2-,酮,-L-,古龙酸途径,三、二步发酵法生产工艺,六条不同的途径最终都是以2-酮-L-古龙酸为最终产物，在经过化学转化合成维生素C。

其中只有第二条实现了工业化生产，此即为我国自行开发的二步发酵法二步发酵工艺是中国科学院微生物研究所和北京制药厂于1975年合作发明的，此法进一步发展了维生素C的生产，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,制备工艺简单，生产周期短和三废污染少等有什么优点呢,1985年转让给世界上生产维生素最大的企业瑞士霍夫曼罗氏制药公司一）二步发酵法生产维生素,C,的工艺流程,主要分为发酵、提取、转化、精制四个过程总的工艺路线：,第一步：,D-,葡萄糖,D-,山梨醇,H,2,催化,L-,山梨糖,黑醋酸菌,第二步：,L-,山梨糖,2-,酮基,-L-,古龙酸,（,2KGA),小菌氧化葡萄糖酸杆菌和大菌巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌等伴生菌混合发酵,维生素,C,内脂化,烯醇化,（二）、具体步骤,1、发酵,：在氢气、黑醋酸菌的作用下通过一步和二步发酵得到古龙酸钠,发酵液发酵液,2、提取:,上清液,离子交换,加热凝聚,离心过滤,滤液,二次离子交换,浓缩,结晶,干燥,古龙酸去转化,3、转化,：,甲酯化、类酯化,离心分离,维c钠,酸化脱色,离心分离,浓缩,结晶,离心分离,粗维c,粗维c,溶解脱色,活性炭、热的去离子水,过滤,结晶,离心过滤,母液回收,真空干燥,过筛、包装,维c成品,4.精制,四、菌种的制备及种子的扩大培养,（,1,）、第一步发酵,1,、菌种：,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,R30,，其主要特征是：细胞椭圆至短杆状，革兰氏染色阳性，无芽孢大小为,(0.5,一,0.8)um x(1.0-2.2)um,端生草根鞭毛运动，菌落边缘整介，微显浅褐色生长最适温度为,34l,，氧化,D-,山梨醇的发酵收率可达,98,以上2,、一级种子扩大培养：,种子培养基成分为：山梨醇,20,，酵母膏,0.7,，碳酸钙,0.15%,，无机盐溶液,0.4,其中，无机盐溶液的组成为：,MgSO,4,7H,2,O,1.25g,100 mL,(NH,4,)H,2,PO,4,7,.,5g,/,100mL,KH,2,PO,4,5g,/,100mI,K2SO,4,1.25g,/,100ml.PH6.7,121,30min,灭菌3,、第一步发酵培养：,发酵液培养基成分为：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，该氧化反应的耗氧量较大，所以通气比要求,1:1VVM,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，成水平直线时，表示该反应已达终点。

D-,山梨醇转化为,L-,山梨糖的生物转化率达,98%,以上发酵液经低温,60,灭菌,20min,冷却至,30,，作为第二步发酵的原料2,）、第二步发酵法,1,、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,大菌可采用巨大芽孢杆菌,称,2980,菌；或蜡状芽孢杆菌,称,152,菌，或浸麻芽孢杆菌,称,169,菌也可采用其他一些杆菌与小菌混合培养但工业上使用最多的是,2980,及,152,菌混合菌2,、二级种子的扩大培养：,种子培养基成分为：酵母膏,0.3%,牛肉膏,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PH6.7,121,30min,灭菌3,、第二步发酵培养：,发酵液培养成分为：玉米浆,0.5%,，尿素,0.1%,，无机盐及山梨糖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,80g/L,，会对产物产生抑制所以要取得最高浓度,2KGA,，需采用高浓度山梨糖流加发酵的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%,五、发酵工艺中的部分设备,1,、机械搅拌罐：,第一步发酵采用机械搅拌发酵罐机械搅拌通风发酵罐是利用机械搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合促使氧在醪液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、代谢所需要的氧气2,、气升式发酵罐：,第二步发酵采用气升式发酵罐在反应器内没有搅拌器，其中央有一个导流筒，将发酵液分为上升区（导流筒内）和下降区（导流筒外），在上升区的下部安装了空气喷嘴，或环型空气分布管，空气分布管的下方有许多喷孔反应溶液分布均匀，基质和溶氧均匀分散，使基质在发酵罐内各处的浓度均匀，溶解氧恒定六,无菌空气的制备,微生物在生产过程中需要氧气，因此需要通入空气然而空气是氧气、二氧化碳、氮气等的混合物，其中还有水汽及悬浮的尘埃，包括各种微粒、灰尘及微生物这就需要对空气严格灭菌，达到无菌状态，才能使用1,、空气的预处理和设备：,（,1,）采风塔 在工厂的上风头，高度一般在,10m,左右，设计流速,8m/s,。

可建在高压机房的屋顶上2,）粗过滤器 安装在空压机吸入口前，前置过滤器作用是截留空气中较大的灰尘，保护压缩机，减轻总过滤器的负担，也能起到一定的除菌作用介质为泡沫塑料（平板式）或无纺布（折叠式），流速,0.1-0.5m/s,要求是阻力小，灰容量大3,）空气压缩机 作用是提供空气流动的动力常用往复式、螺杆式、涡轮式空压机4,）空气储罐 消除压缩空气的脉动，用于往复式空压机螺杆式和涡轮式空压机提供均匀连续空气可省去设置在空压站附近5,）冷却器 空气压缩机出口气温一般在,120,，必须冷却在潮湿季节，除湿空气冷却器的传热系数为,105W/(m2),采用双程或四程结构，两级串联使用第一级循环水冷却，第二级低温水（,9,）冷却设置在发酵车间外压缩空气每经过,1m,管道，温度下降,0.5-1.0,2,、空气的净化,A,、两级冷却、加热除菌流程,尤其适合用于潮湿地区,B,、冷热空气直接混合式空气除菌流程,适用于中等湿含量地区，不适合于空气湿含量高的地区,C,、高效前置过滤空气除菌流程,可获得无菌程度很高的空气,VC工艺流程图,VC生产工厂设计,简,图,维c的益处,：,1、治疗坏血病2、预防牙龈萎缩、出血。

3、预防动脉硬化：可促进胆固醇的排泄，防止胆固醇在动脉内壁沉积，甚至可以使沉积的粥样斑块溶解4、抗氧化剂：可以保护其它抗氧化剂，如维生素A、维生素E、不饱和脂肪酸，防止自由基对人体的伤害5、治疗贫血：使难以吸收利用的三价铁还原成二价铁，促进肠道对铁的吸收，提高肝脏对铁的利用率，有助于治疗缺铁性贫血6、提高人体的免疫力：白细胞含有丰富的VC，当机体感染时白细胞内的VC急剧减少VC可增强中性粒细胞的趋化性和变形能力，提高杀菌能力天然维生素,C,：,真正纯天然维生素,C,，源于新鲜水果、蔬菜浓缩物，不含防腐剂，不含合成色素，不含人造香精处于自然状态，含有人工合成维生素中所没有的活性物质，就算大量摄取也无害，但不能一下子摄取过多，因为大量摄取后不见得人会全部被吸收，最后的结果还是被排出体外最佳方法就是将时间间隔开来，分段使用，这样才能提升维生素,C,的体内吸收率合成维生素,C,：更方便更快捷的补充,VC,谢谢！,。