维生素C概述及工业生产方法.ppt

维维生素生素C5/27/20241.维维 生生 素素 概概 述述维维生素生素C生生产产工工艺艺5/27/20242.概概 述述 u 基本概念基本概念 维维生素是生物体内一生素是生物体内一类类量微、化学量微、化学结结构各异，具有特殊功能的小分子有机化构各异，具有特殊功能的小分子有机化合物，它合物，它们们大多需从外界大多需从外界摄摄取。取。维维生素有以下特点：生素有以下特点：（1 1）维维生生素素是是天天然然食食物物中中的的一一种种成成分分，是是一一种种活活性性物物质质，对对机机体体代代谢谢起起调调节节和和整合作用。整合作用。（2 2）维维生素需求量很小。生素需求量很小。（3 3）大多数）大多数维维生素在体内不能合成，要从外界生素在体内不能合成，要从外界摄摄取。取。（4 4）绝绝大多数大多数维维生素是通生素是通过辅过辅酶酶或或辅辅基的的形式参与体内基的的形式参与体内酶酶促反促反应应体系。体系。（5 5）人体内）人体内维维生素缺乏生素缺乏时时，会，会发发生一生一类类特殊的疾病，称特殊的疾病，称“维维生素缺乏症生素缺乏症”。维维生素并不是生素并不是补补品，人体每日需要量是一定的，多品，人体每日需要量是一定的，多摄摄入并不一定好，使用不当，入并不一定好，使用不当，反而会反而会导导致疾病。致疾病。5/27/20243.维维生素分生素分为为脂溶性和水溶性两大脂溶性和水溶性两大类类。脂溶性：脂溶性：维维生素生素A A，D D，E E，K K，Q Q和硫辛酸等。和硫辛酸等。水溶性：水溶性：维维生素生素B B1 1、B B2 2、B B6 6、B B1212、烟酸、泛、烟酸、泛 酸、叶酸、生物素和酸、叶酸、生物素和维维生素生素C C等。等。概概 述述 5/27/20244.u 维维生素与生素与辅辅酶酶、辅辅基的关系基的关系 长长期以来，人期以来，人们们就就认识认识到食物中缺乏某种到食物中缺乏某种维维生素，会生素，会导导致某种疾病，致某种疾病，维维生素在机体的代生素在机体的代谢谢中起着十分重要的作中起着十分重要的作用，后来用，后来陆续发现陆续发现大部分大部分维维生素或者其本身就是生素或者其本身就是辅辅酶酶、辅辅基，或者是基，或者是辅辅酶酶、辅辅基的基的组组成部分。例如成部分。例如维维生素生素B B1 1（硫胺硫胺素），它在体内的素），它在体内的辅辅酶酶形式是硫胺素焦磷酸（形式是硫胺素焦磷酸（TPPTPP），是），是酮酮酸氧化脱酸氧化脱羧羧酶酶的的辅辅酶酶，又如泛酸，其，又如泛酸，其辅辅酶酶形式是形式是C CO OA A，是是转转乙乙酰酰基基酶酶的的辅辅酶酶。概概 述述 5/27/20245.u 生生产产方法方法（1 1）化学合成法）化学合成法 烟酸、烟烟酸、烟酰酰胺、叶酸、胺、叶酸、维维生素生素B B1 1、B B6 6、D D、E E、K K等。等。（2 2）发发酵法酵法 B B1212、B B2 2，维维生素生素C C和生物素，和生物素，维维生素原等。生素原等。（3 3）生物提取法）生物提取法 从猪心中提取从猪心中提取辅辅酶酶Q Q1010，从槐花米中提取芦丁，从提取从槐花米中提取芦丁，从提取链链霉素后的霉素后的废废液中提取液中提取B B1212等。等。概概 述述 5/27/20246.维维生素生素C C生生产产工工艺艺u 维维生素生素C C 又名抗坏血酸（又名抗坏血酸（Ascorbic acidAscorbic acid）是是细细胞氧化胞氧化-还还原反原反应应中的催化中的催化剂剂，它，它释释放两个放两个氢氢原子后原子后变变成氧化型成氧化型维维生素生素C C，有供有供氢氢体存在体存在时时，脱，脱氢氢抗坏血酸可以接受两个抗坏血酸可以接受两个氢氢原子原子变变成抗坏血酸，参与机体新成抗坏血酸，参与机体新陈陈代代谢谢，增加机体，增加机体对对感染的感染的抵抗力。用于防止坏血酸和抵抗抵抗力。用于防止坏血酸和抵抗传传染性疾病，促染性疾病，促进创伤进创伤和骨折愈合，以及用作和骨折愈合，以及用作辅辅助助药药物治物治疗疗。5/27/20247.维维生素生素C生生产产工工艺艺 1 1、化学、化学结结构和性构和性质质 维维生生素素C(C(多多羟羟基基不不饱饱和和内内酯酯衍衍生生物物)分分子子中中有有两两个个手手性性碳碳原原子子，故故有有4 4种种光光学学异异构构体体，其其中中L L（+）抗抗坏坏血酸效果最好，其他三种血酸效果最好，其他三种临临床效果很低或无效。床效果很低或无效。5/27/20248.1 1、化学、化学结结构和性构和性质质 白白色色粉粉末末，无无臭臭、味味酸酸、熔熔点点190-192190-192，易易溶溶于于水水，略略溶溶于于乙乙醇醇，不不溶溶于于乙乙醚醚，氯氯仿仿及及石石油油醚醚等等。它它是是一一种种还还原原剂剂，易易受受光光、热热、氧氧等等破破坏坏，尤尤其其在在碱碱液液中中或或有有微微量量金金属属离离子子存存在在时时，分分解解更更快快，但但干干燥燥结结晶晶较稳较稳定定。维维生素生素C生生产产工工艺艺5/27/20249.维维生素生素C生生产产工工艺艺2 2、莱氏法、莱氏法化学合成工化学合成工艺艺5/27/202410.（1 1）工）工艺艺路路线线转化 酸化 HCl氧化 NaOH,O2,KMnO4 酮化 H2SO4丙酮加氢 H2D-葡萄糖D-山梨醇双丙酮-L-山梨糖维生素CL-山梨糖酶菌氧化 O2双丙酮-L-古龙酸2-酮-L-古龙酸维维生素生素C生生产产工工艺艺5/27/202411.（2）工）工艺过艺过程程 山山梨梨醇醇发发酵酵菌菌种种 醋醋酸酸菌菌属属可可使使山山梨梨醇醇氧氧化化成成山山梨梨糖糖，一一般般用用A.Suboxyclans和和A.Melangenum。发发酵酵条条件件 温温度度为为26-30，最最适适pH为为4.4-6.8。pH4.0以以下下菌菌的的活性受影响。活性受影响。用用0.5%酵酵母母浸浸膏膏为为主主要要营营养养源源，山山梨梨醇醇浓浓度度为为19.8%，通通气气量量1800ml/min，30培养培养33h，山梨糖收率可达，山梨糖收率可达97.6%。氮源：氮源：无机氮源不能利用，使用有机氮源。无机氮源不能利用，使用有机氮源。金金属属离离子子的的影影响响：Ni2+、Cu2+能能阻阻止止菌菌的的发发育育，铁铁能能妨妨碍碍发发酵酵，为为了了使使发发酵酵顺顺利利进进行行，需需用用阳阳离离子子交交换换树树脂脂将将山山梨梨醇醇中中的的金金属属离离子子去去掉。掉。5/27/202412.整个合成整个合成过过程中必程中必须须保持第保持第4位碳原子的构型不位碳原子的构型不变变；维维生素生素C的的总总收率收率约约60%。C-4内内酯酯化、化、C-2烯烯醇化：醇化：酸酸转转化：配料比化：配料比2-酮酮基基-L-古古龙龙酸：酸：38%盐盐酸：丙酸：丙酮酮=1：0.4：0.3（质质量量/体体积积）碱碱转转化：先形成化：先形成2-酮酮基基-L-古古龙龙酸甲酸甲酯酯，加，加NaHCO3 转转化生成化生成维维生素生素C钠盐钠盐，经氢经氢型离子交型离子交换树换树脂酸化，脂酸化，在在50-55下减下减压压烘干，得粗品烘干，得粗品维维生素生素C。5/27/202413.3、两步发酵工艺5/27/202414.3、两步发酵工艺2-酮-L-古龙酸内酯化，烯醇化 生物转化 假单孢菌D-山梨醇维生素C（L-抗坏血酸）L-山梨糖氧化 醋酸杆菌5/27/202415.3、两步发酵工艺（1）D-山梨醇的化学合成山梨醇的化学合成 50%葡萄糖溶液在葡萄糖溶液在75下加入活性炭，用石灰乳液下加入活性炭，用石灰乳液调节调节pH8.4，加，加镍镍催化催化剂剂，通，通氢氢气，气，压压力力3.43MPa，反，反应应温度温度140。反。反应结应结束后，静置沉降出去催化束后，静置沉降出去催化剂剂，反，反应应液液经经离子交离子交换树换树脂、活性炭脂、活性炭处处理后，减理后，减压浓缩压浓缩，得到含量，得到含量60-70%的的D-山山梨醇，无色透明或微黄色透明粘稠液体，收率梨醇，无色透明或微黄色透明粘稠液体，收率约约97%。5/27/202416.3、两步发酵工艺（2）2-酮酮-L-古古龙龙酸的微生物酸的微生物发发酵酵 第一步第一步发发酵：黑醋酸杆菌（从酵：黑醋酸杆菌（从D-山梨醇到山梨醇到L-山梨糖）山梨糖）第二步第二步发发酵：葡萄糖酸杆菌和巨大芽酵：葡萄糖酸杆菌和巨大芽孢孢杆菌混合培养杆菌混合培养发发酵罐：气升式反酵罐：气升式反应应器，器，100立方米。立方米。（3）2-酮酮-L-古古龙龙酸的分离酸的分离纯纯化化 发发酵液中：酵液中：2-酮酮-L-古古龙龙酸酸8%，杂质杂质有菌有菌丝丝体、蛋白体、蛋白质质和和悬悬浮的固体浮的固体颗颗粒等。除粒等。除杂杂操作：加操作：加热热、离心。、离心。5/27/202417.莱氏法是最早生莱氏法是最早生产维产维生素生素C的方法的方法,其以葡萄糖其以葡萄糖为为原料原料,先先经经黑醋菌黑醋菌发发酵生成酵生成L-山梨糖山梨糖,再再经经丙丙酮酮化及化及NaClO 氧化、水氧化、水解得到解得到2-酮酮-L古古龙龙酸酸钠钠,然后然后进进行化学合成得到行化学合成得到维维生素生素C。此法存在着很多缺陷此法存在着很多缺陷,如生如生产产工工艺艺复复杂杂、劳动劳动强强度大、生度大、生产环产环境境恶恶劣、易劣、易对对人体造成人体造成伤伤害害,因此人因此人们们不断不断对对此工此工艺进艺进行改行改进进。5/27/202418.两步两步发发酵工酵工艺艺发发酵：此法省略了酵：此法省略了酮酮化和化和NaClO 氧化氧化过过程程,简简化了工化了工艺艺，极大地改善了操作，极大地改善了操作环环境。除主耗山梨醇消境。除主耗山梨醇消耗耗较较高外，其他高外，其他辅辅料消耗料消耗较较低。且多低。且多为为液体反液体反应应，物料，物料输输送方便，更有利于生送方便，更有利于生产连续产连续化和操作自化和操作自动动化。但此法仍存在很多缺点，如占地面化。但此法仍存在很多缺点，如占地面积积大、大、发发酵基酵基质浓质浓度低、在高湿高温条件下染菌机率高、度低、在高湿高温条件下染菌机率高、设设备备利用率低、后利用率低、后续处续处理能耗高等理能耗高等问题问题。在未来的工。在未来的工艺优艺优化化过过程中，除了程中，除了进进行行发发酵工酵工艺艺改改进进外外,更更应应注注重重优优良菌种的良菌种的选选育。育。发发酵液的提取工酵液的提取工艺艺是是维维生素生素C 生生产产行行业业中中较为较为重重视视的的问题问题。经过经过两次两次发发酵后酵后,发发酵液的含量酵液的含量仅为仅为6%9%，且残留有菌，且残留有菌丝丝体、蛋白体、蛋白质质和和悬悬浮微粒等，分离提浮微粒等，分离提纯较为纯较为困困难难。传统传统的的处处理方法有加理方法有加热热沉淀法和化学凝聚法。沉淀法和化学凝聚法。针对针对以上两种方法中存在的缺点和不足，一种新的以上两种方法中存在的缺点和不足，一种新的处处理方法理方法超超滤滤法在法在维维生素生生素生产产中得以中得以应应用。此法具有操作方便、用。此法具有操作方便、节节能、不造成新的能、不造成新的环环境境污污染等染等优优点。点。此法与加此法与加热热沉淀法相比，可在常温下操作，减少了有效成分的沉淀法相比，可在常温下操作，减少了有效成分的损损失失;且且为为后步后步树树脂交脂交换换提供了有利提供了有利的条件的条件,减少了减少了树树脂的脂的污污染，从而有利于提高染，从而有利于提高树树脂的使用率。与化学凝聚法相比脂的使用率。与化学凝聚法相比,在在处处理染菌的理染菌的发发酵酵液液时时仍可达到仍可达到较较好的好的处处理效果。随着新型膜材料技理效果。随着新型膜材料技术术的开的开发发,如陶瓷膜、不如陶瓷膜、不锈钢锈钢膜等的膜等的应应用用,超超滤滤法法的的应应用效果会有用效果会有进进一步的提高。同一步的提高。同时时,国内外正在探索反渗透、国内外正在探索反渗透、纳滤纳滤等后序等后序处处理新工理新工艺艺的的应应,用完善用完善工工艺联结艺联结。5/27/202419.两步两步发发酵工酵工艺艺 转转化工化工艺艺(1)酸酸转转化法。化法。传统传统的酸的酸转转化法是采用化法是采用浓浓HCl 将古将古龙龙酸直接酸直接转转化化为为Vc，但酸，但酸转转化化对对设备设备的腐的腐蚀严蚀严重重,污污染染环环境，影响境，影响产产品品质质量量,现现已逐已逐渐渐被碱被碱转转化法所取代。化法所取代。(2)碱碱转转化法。碱化法。碱转转化法是化法是先将古先将古龙龙酸与甲醇在酸与甲醇在浓浓硫酸催化作用下生成古硫酸催化作用下生成古龙龙酸甲酸甲酯酯,再使用再使用NaHCO3 进进行碱行碱转转化，使古化，使古龙龙酸甲酸甲酯转酯转化化为为Vc-Na。采用此法可避免酸。采用此法可避免酸转转化的缺点化的缺点,且操作且操作简单简单,适用于适用于Vc 的的规规模化生模化生产产,但是碱但是碱转转化存化存在着反在着反应应周期周期较长较长,甲醇甲醇单单耗高。目前有些耗高。目前有些单单位及生位及生产产厂家研究采用厂家研究采用CH3ONa 代替代替NaHCO3 进进行碱行碱转转化化,此法此法转转化率高化率高,可达可达9216%,但但质质量量较较差差,且甲醇且甲醇钠钠价格价格贵贵,造成成本造成成本较较高。高。酸化酸化是将酸化酸化是将维维生素生素C-Na 转变为维转变为维生素生素C 的的过过程。目前采用的普遍方法是硫酸酸化法和程。目前采用的普遍方法是硫酸酸化法和树树脂交脂交换换法。采用硫酸酸化操作法。采用硫酸酸化操作简单简单,但要控制好甲醇的但要控制好甲醇的浓浓度和度和pH 值值,才能使硫酸才能使硫酸钠钠与与维维生素生素C 分离出分离出来来,从而提高从而提高Vc 的的质质量。采用量。采用氢氢型离子型离子树树脂交脂交换设备庞换设备庞大大,操作复操作复杂杂,且需且需经经常再生常再生树树脂脂,增加了酸耗增加了酸耗,酸液大量排放酸液大量排放污污染染环环境。目前有些境。目前有些单单位及个人正在探索使用位及个人正在探索使用电电渗析法代替渗析法代替传统传统的酸化方法的酸化方法,此法此法过过程程简单简单,能耗低能耗低,投投资资少少,转转化率高化率高,可望可望应应用到用到实际实际生生产产中。中。综综上所述，我上所述，我们们在以后的在以后的维维生素生素C 工工艺发艺发展展过过程中，要以两步程中，要以两步发发酵法酵法为为基基础础,不断不断优优化工化工艺艺，同同时时借借鉴鉴国外的新技国外的新技术术、新信息、新信息,避免低水平重复避免低水平重复,提高提高Vc 的的产产量和量和质质量量,同同时时注重注重Vc 系列系列产产品的开品的开发发和和应应用用,创创造出更大的造出更大的经济经济效益。效益。5/27/202420.思思 考考 题题1 1、简简述述维维生素的特点及区分脂溶性生素的特点及区分脂溶性维维生生素和水溶性素和水溶性维维生素。生素。2 2、简简述述维维生素生素C C的生的生产产工工艺艺。5/27/202421.总总 复复 习习 思思 考考 题题1 1、生物制、生物制药药工工艺艺学研究的内容或学研究的内容或对对象。象。2 2、生物、生物药药物的分物的分类类方法及分方法及分类类。3 3、简简述生物制述生物制药药的一般的一般过过程。程。4 4、对对比生化比生化药药物的各种沉析物的各种沉析(浓缩浓缩)方法的异同。方法的异同。5 5、详细阐详细阐述超述超滤滤、离子交、离子交换换法、凝胶法、凝胶层层析和析和亲亲合合层层析的异析的异 同（包括基本原理、所用的介同（包括基本原理、所用的介质质、分离的、分离的对对象以及主要象以及主要应应用等）。用等）。5/27/202422.总总 复复 习习 思思 考考 题题6 6、叙述酸解法生、叙述酸解法生产产胱氨酸的生胱氨酸的生产产工工艺艺（包括工（包括工艺艺路路线线和和过过程）以及程）以及对对工工艺过艺过程的程的评评价。价。7 7、叙述、叙述发发酵法生酵法生产产L-L-异亮氨酸的生异亮氨酸的生产产工工艺艺（包括工（包括工艺艺路路线线和和过过程）以及程）以及对对工工艺过艺过程的程的评评价。价。8 8、多、多肽肽及蛋白及蛋白质类药质类药物的分物的分类类。9 9、简简述述CMCCMC精制法制精制法制备备促皮促皮质质腺素的生腺素的生产产工工艺艺。1010、阐阐述胰述胰岛岛素的酸沉提取和素的酸沉提取和锌盐锌盐直接沉淀法的工直接沉淀法的工艺过艺过程以程以及工及工艺艺工程的工程的评评价。价。5/27/202423.总总 复复 习习 思思 考考 题题1111、了解核酸及核苷酸的、了解核酸及核苷酸的结结构。构。1212、阐阐述以兔肌肉述以兔肌肉为为原料制原料制备备三磷酸腺苷的工三磷酸腺苷的工艺艺路路线线。1313、简简述述酶酶类药类药物的分物的分类类。1414、阐阐述溶菌述溶菌酶酶的生的生产产工工艺艺及及对对工工艺过艺过程的程的评评价。价。1515、了解糖、了解糖类药类药物的分物的分类类1616、阐阐述述盐盐解（或解（或酶酶解）解）离子交离子交换换法制法制备备肝素的工肝素的工艺艺路路线线。1717、简简述甘露醇的生述甘露醇的生产产工工艺艺。5/27/202424.总总 复复 习习 思思 考考 题题1818、了解脂、了解脂类药类药物的特性。物的特性。1919、简简述胆固醇的生述胆固醇的生产产工工艺艺。2020、了解水溶性和脂溶性的、了解水溶性和脂溶性的维维生素。生素。2121、简简述述维维生素生素C C的生的生产产工工艺艺。5/27/202425.