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1、发酵工程维生素C的生产工艺一、维生素C(Vitamin C VC)维维生生素素C C又又名名抗抗坏坏血血酸酸，呈呈白白色色粉粉末末，无无臭臭，味味酸酸，熔熔点点190190192192，易易溶溶于于水水和和甲甲醇醇，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。具具有有较较强强的的还还原原性性，易易受受光光、热热、氧氧等等破破坏坏，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后后较较稳稳定定。VCVC是是一一种种人人体体必必需需的的水水溶溶性性维维生生素素，也也是是一一种种抗抗氧氧化化剂剂，广广泛泛应应用用于于
2、医医药药、食食品品、饲饲料料等等领领域。域。优点：该法生产的维生素优点：该法生产的维生素C产品质量好、收率高，达产品质量好、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生产维生素C的重要方法的重要方法缺点：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造成环境污染等莱氏法的优缺点莱氏法的优缺点2、微生物发酵合成法、微生物发酵合成法D-D-山梨醇途径山梨醇途径L-L-山梨糖途径山梨糖途径L-L-艾杜糖酸途径艾杜糖酸途径2-2-酮酮-D-D-葡糖糖
3、酸途径葡糖糖酸途径2,5-2,5-二酮二酮-D-D-葡糖糖酸途径葡糖糖酸途径2-2-酮酮-L-L-古龙酸途径古龙酸途径三、二步发酵法生产工艺三、二步发酵法生产工艺 六条不同的途径最终都是以六条不同的途径最终都是以2-酮酮-L-古龙酸为最终古龙酸为最终产物，在经过化学转化合成维生素产物，在经过化学转化合成维生素C。其中只有第二条。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制药厂于1975年合作发明的，此法进一步发展了维生年合作发明的，
4、此法进一步发展了维生素素C的生产，是目前唯一成功应用于维生素的生产，是目前唯一成功应用于维生素C工业生产工业生产的微生物转化法的微生物转化法。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（一）二步发酵法生产维生素C的工艺流程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H2 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
5、（二）、具体步骤1、发酵、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、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、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.精制精制四、菌种的制备及种子的扩大培养（1 1）、第一步发酵）、第一步发酵1 1、菌菌种种：一一步步发发酵酵中中所所用用菌菌种种为为生生黑黑葡葡萄萄糖糖酸酸杆杆菌菌(Gluconobacter(Gluconobacter melagenus)m
6、elagenus)，简简称称黑黑醋醋菌菌。最最常常用用的的生生产产菌菌株株为为R30R30，其其主主要要特特征征是是：细细胞胞椭椭圆圆至至短短杆杆状状，革革兰兰氏氏染染色色阳阳性性，无无芽芽孢孢大大小小为为(0.5(0.5一一0.8)um 0.8)um x(1.0-2.2)umx(1.0-2.2)um。端端生生草草根根鞭鞭毛毛运运动动，菌菌落落边边缘缘整整介介，微微显显浅浅褐褐色色。生生长长最最适适温温度度为为34l34l，氧氧化化D-D-山山梨梨醇醇的的发发酵酵收收率率可可达达9898以上。以上。2 2、一一级级种种子子扩扩大大培培养养：种种子子培培养养基基成成分分为为：山山梨梨醇醇2020
7、，酵酵母母膏膏0.70.7，碳碳酸酸钙钙0.15%0.15%，无无机机盐盐溶溶液液0.40.4。其其中中，无无机机盐盐溶溶液液的的组组成成为为：MgSOMgSO4 47H7H2 2O O 1.25g1.25g100 100 mLmL,(NH(NH4 4)H)H2 2POPO4 47 7.5g5g/100mL100mL,KHKH2 2POPO4 45g5g/100mI,K2SO100mI,K2SO4 41.25g1.25g/100ml.PH6.7,121,30min100ml.PH6.7,121,30min灭菌。灭菌。3 3、第第一一步步发发酵酵培培养养：发发酵酵液液培培养养基基成成分分为为：酵
8、酵母母膏膏0.0350.035，碳碳酸酸钙钙0.10.1，玉玉米米浆浆0.10.1，复复合合维维生生素素B B 0.0010.001，山山梨梨醇醇浓浓度度视视需需要要而而定定，该该氧氧化化反反应应的的耗耗氧氧量量较较大大，所所以以通通气气比比要要求求1:1VVM1:1VVM以以上上。即即使使在在通通气气量量较较大大，且且搅搅拌拌转转速速较较高高的的条条件件下下，发发酵酵至至4h4h后后溶溶解解氧氧浓浓度度急急剧剧下下降降，甚甚至至接接近近于于零零。直直到到10h10h左左右右才才逐逐渐渐回回升升。当当溶溶解解氧氧浓浓度度回回复复至至最最高高点点，成成水水平平直直线线时时，表表示示该该反反应应已
9、已达达终终点点。D-D-山山梨梨醇醇转转化化为为L-L-山山梨梨糖糖的的生生物物转转化化率率达达98%98%以以上上。发发酵酵液液经经低低温温6060灭灭菌菌20min,20min,冷冷却却至至3030，作作为为第第二二步步发发酵的原料。酵的原料。（2）、第二步发酵法）、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.
10、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
11、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五、发酵工艺中的部分设备1、机械搅拌罐：、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：、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
12、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。六六无无菌菌空空气气的的制制备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、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。能使用。1、空气的预处理和设备：、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
13、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
14、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、空气的净化A、两级冷却、加热除菌流程、两级冷却、加热除菌流程尤其适合用于潮湿地区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、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适用于中等湿含量地区，不适合于空气湿含量高的地区区C、高效前置过滤空气除菌流程、高效前置过滤空气除菌流程可获得无菌程度很高的空气可获得无菌程度很高的空气VC工艺流程图工艺流程图VC生产工厂设计生产工厂设计简简图图维维c的益处的益处：1、治疗坏血病。、治疗坏血病。2、预防牙龈萎缩
15、、出血。、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，、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。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、抗氧化剂：可以保护其它抗氧化剂，如维生素A、维生素、维生素E、不饱和、不饱和脂肪酸，防止自由基对人体的伤害。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、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。的吸收，提高肝脏对铁的利
16、用率，有助于治疗缺铁性贫血。6、提高人体的免疫力、提高人体的免疫力：白细胞含有丰富的：白细胞含有丰富的VC，当机体感染时白细胞，当机体感染时白细胞内的内的VC急剧减少。急剧减少。VC可增强中性粒细胞的趋化性和变形能力，提高杀可增强中性粒细胞的趋化性和变形能力，提高杀菌能力。菌能力。天然维生素天然维生素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。合成维生素合成维生素C：更方便更快捷的补充VC。谢谢！谢谢！