维生素制作过程及流程.doc

维生素

维生素类生产工艺
维生素是一类生物生长和代谢所必需、 含有特殊功效小分子有机化合物, 其既不是细胞组成物质, 也不是能量物质。通常分为脂溶性和水溶性两大类, 脂溶性维生素在体内可直接参与代谢调整作用, 而水溶性维生素是经过转变成辅酶对代谢起调整作用。不一样维生素对物质代谢调整作用是不一样。机体缺乏某种维生素时, 可使物质代谢过程发生障碍, 从而使机体不能正常生长, 以至发生不一样“维生素缺乏症”。比如, 缺乏VBl可引发脚气病, 缺乏VA会引发夜盲症, 缺乏维生素VC会引发坏血病等, 总而言之, 维生素在维持机体代谢中起着十分关键作用。
一、 维生素C ( Vitamin C, VC)
维生素C又名抗坏血酸(Ascorbic acid), 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。含有较强还原性, 易受光、 热、 氧等破坏, 在碱液中或有微量金属离子存在时, 分解愈加快, 但干燥结晶后较稳定。VC是一个人体必需水溶性维生素, 也是一个抗氧化剂, 广泛应用于医药、 食品、 饲料等领域。
维生素C合成常经过化学或微生物方法取得, 下面介绍关键维生素C合成法。
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取得成功, 也称莱氏法。该法是最早生产维生素C方法, 也是国外采取方法。工艺路线如图8-1所表示。
D-葡萄糖
D-山梨醇
L-山梨糖
双丙酮-L-山梨糖
双丙酮-2-酮基-L-古洛糖酸
2-KGA
维生素C
H2/催化剂
发酵氧化
丙酮/硫酸
次氯酸钠 硫酸镍
H3O+
化学转化
图8-1 莱氏法合成维生素C工艺路线
工艺步骤以下:
（1）菌种取得 以D-葡萄糖为原料, 加氢催化生成D-山梨醇, 再加入醋酸菌如Acetobacter suboxyclans、 A．raucons、 A．aceti、 A．Xylinoides等将山梨醇氧化成山梨糖, 常使用是A．suboxyclan和A．melangenum, 这是该工艺过程中关键一步。
（2） 第一步发酵
a. 在进行发酵时采取条件是温度为26～30℃, 最适pH值为4.4～6.8。
b．培养基成份:
0.5％酵母浸膏为关键营养源, 山梨醇浓度为19.8％, 通气量比1:1.8, 30℃培养30～40h, 收率可达97.6％。可采取流加山梨醇方法发酵; 有机氮提供氮源。
发酵结束后经低温灭菌, 得到无菌发酵液用于第二步发酵。
（3） 第二步发酵
将氧化葡萄杆菌或假单胞杆菌经过二级种子扩大培养转移至含有上述发酵液培养基中, 于发酵罐28～34℃培养60～72h, 发酵液转化, 精制, 取得维生素C。
注意在发酵过程需采取阳离子交换树脂将山梨醇中金属离子去掉, 因为Ni2+, Cu2+阻止菌发育, Fe抑制发酵。
该法生产维生素C产品质量好、 收率高, 达60％, 而且生产原料易取得, 中间产物化学性质稳定, 一直是国外生产维生素C关键方法。此法也存在着很多缺点, 如生产工序繁多、 劳动强度大、 大量有机溶剂使用易造成环境污染等。
２. 二步发酵法
图8-2 二步发酵法合成维生素C工艺路线
D-葡萄糖
D-山梨醇
L-山梨糖
维生素C
H2/催化
黑醋酸菌
内脂化、 烯醇化
大菌、 小菌
混合发酵
第一步:
第二步:
L-山梨糖
2-KGA
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, 此法深入发展了维生素C生产, 是现在唯一成功应用于维生素C工业生产微生物转化法。工艺路线如图8-2所表示。
生产过程以下:
（1）第一步发酵 以D-葡萄糖为原料, 加氢催化生成D-山梨醇, 再加入假单孢杆菌氧化取得L-山梨糖。
（2）第二步发酵 L-山梨糖经过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得维生素C前体2-酮基-L-古龙酸。
（3）提取 采取弱碱性离子交换树脂从发酵液中直接提取2-酮基-L-古龙酸, 用甲醇-硫酸溶液洗脱,将洗脱液直接内酯化、 烯醇化为维生素C。
（4）精制 将上述维生素C经过活性炭脱色, 于结晶罐内加入晶种结晶, 冷乙醇洗涤, 低温干燥, 即可取得精品维生素C。
在生产中, 第一步要严格控制反应过程pH为8.0～8.5, 避免葡萄糖C-2位差向异构物被还原成甘露醇。整个发菌期间, 要保持葡萄糖酸杆菌数量一定, 小菌将L-山梨糖转化为2-KLG, 而大菌本身不产酸, 是搭配菌, 其作用仅是经过刺激小菌生长而促进小菌产酸。2-酮基-L-古龙酸首先在甲酯中用浓硫酸催化酯化成2-酮基-L-古龙酸甲酯, 再加入碳酸氢钠转化成维生素C盐, 经离子交换树脂酸化, 在50～55℃下减压烘干即得粗品。
现在中国采取二步发酵法生产维生素C。
3. 新二步发酵法
该法在工艺程序, 原料方面都有所简化, 收率高, 应用前途广, 但存在中间产物不稳定, 生产效率较低、 成本高等问题。实现工业化生产还需深入完善。工艺路线如图8-3。
D-葡萄糖
2, 5-二酮-D-葡萄糖酸
2-酮-L-古龙酸
维生素C
欧文菌
棒杆菌
图8-3 新二步发酵法生产维生素C工艺路线

4. 一步发酵法
该法发展了新二步发酵法。经过一个基因工程菌将葡萄糖直接氧化生成维生素C前体2-酮基-L-古龙酸, 技术路线简单。现在大家已经分离了棒状杆菌2, 5-DKG还原酶基因并将该基因重组到欧文氏菌, 从而使生产工艺简化为一步。伴随重组技术发展, 一步发酵法将成为工业化生产VC一条新路径。工艺路线如图8-4。
2-KGA
维生素C
工程菌
D-葡萄糖
图8-4 一步发酵法生产维生素C工艺路线

在上述多个方法中, 现在二步发酵法是中国生产维生素C关键工艺方法。伴随分子生物学技术手段发展, 新二步发酵法和一步发酵法将是生产维生素C关键工艺方法。
思索题:
1． 什么是维生素? 依据溶解性质不一样, 维生素分为哪两大类? 各包含哪些?
2． 简述“莱氏法”发酵生产维生素C工艺步骤及两步发酵法生产维生素C优点。
参 考 文 献
5． 陈来相同. 生物化学产品制备技术.北京: 科学技术文件出版社, .1
6. 宋文新, 邵庆均.维生素C二步发酵合成法研究进展[J], 中国饲料, , 19
7. 燕方龙. 维生素C生产工艺研究进展[J], 医药综述, , 10