發(fā)酵法生產(chǎn)維生素c

1、發(fā)酵工藝學(xué)課程論文題目名稱：發(fā)酵法生產(chǎn)維生素C 姓名：張曉偉 所在學(xué)院：食品學(xué)院 電話導(dǎo)師：陳國剛 導(dǎo)師所在單位：石河子大學(xué)食品學(xué)院 專業(yè)：食品加工與安全 發(fā)酵法生產(chǎn)維生素C摘要：維生素C又稱L-抗壞血酸是高等靈長類動物與其他少數(shù)生物的必需營養(yǎng)素?？箟难嵩诖蠖嗟纳矬w可借由新陳代謝制造出來，但是人類是最顯著的例外。最廣為人知的是缺乏維生素C會造成壞血病。在生物體內(nèi)，維生素C是一種抗氧化劑，保護(hù)身體免于自由基的威脅，維生素C同時也是一種輔酶。其廣泛的食物來源為各類新鮮蔬果。維生素C為酸性己糖衍生物，是稀醇式己糖酸內(nèi)酯，Vc主要來源新鮮水果和蔬菜，是高等靈長類動物與其他

2、少數(shù)生物的必需營養(yǎng)素。Vc有L-型和D-型兩種異構(gòu)體，只有L-型的才具有生理功能，還原型和氧化型都有生理活性。 其結(jié)構(gòu)是一種含有6個碳原子的酸性多羥基化合物，分子式為C6H8O6，分子量為176.1。天然存在的抗壞血酸有L型和D型2種，后者無生物活性。維生素C是呈無色無臭的片狀晶體，易溶于水，不溶于有機(jī)溶劑。在酸性環(huán)境中穩(wěn)定，遇空氣中氧、熱、光、堿性物質(zhì)，特別是由氧化酶及痕量銅、鐵等金屬離子存在時，可促進(jìn)其氧化破壞。氧化酶一般在蔬菜中含量較多，故蔬菜儲存過程中都有不同程度流失。但在某些果實(shí)中含有的生物類黃酮，能保護(hù)其穩(wěn)定性。維生素 C 是生命的必需營養(yǎng)元素, 具有多種生理功能, 因而

3、改進(jìn)維生素 C 生產(chǎn)工藝、提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量成為目前維生素 C 研究的熱點(diǎn)。目前, 國內(nèi)維生素 C 最主要的生產(chǎn)方式是二步發(fā)酵法。本文對維生素 C 二步發(fā)酵法的生產(chǎn)過程及目前對這一生產(chǎn)工藝改進(jìn)的主要技術(shù)措施和研究方向作一介紹關(guān)鍵詞：維生素C 生產(chǎn)工藝 二步發(fā)酵法 主要技術(shù)前言 維生素 C 是簡單結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物,與單糖有密切關(guān)系。研究表明植物中含有抗壞血酸氧化酶，能催化維生素 C 氧化，維生素 C 廣泛分布在植物組織中,新鮮水果及蔬菜中含量尤多。多數(shù)哺乳類和禽類也都能由葡萄糖合成足夠數(shù)量的 L-抗壞血酸。但人、豚鼠、猴子、蝙蝠、某些爬行動物及大多數(shù)人工養(yǎng)殖的魚類甲殼類體內(nèi)缺乏古洛糖酸內(nèi)酯氧化酶

4、, 不能將古洛糖酸內(nèi)酯轉(zhuǎn)化成 L-抗壞血酸，不能生物合成維生素 C, 動物體內(nèi)貯藏維生素 C 量不大，它們必須經(jīng)常從環(huán)境或食物中攝取維生素 C 補(bǔ)充。維生素 C 廣泛存在于新鮮水果及綠葉蔬菜中，尤以獼猴桃、板栗（生）、草莓、橘子、刺梨及辣椒等含量豐富。中草藥如醋柳果、蒼耳子等也含有很多維生素 C。 維生素 C 純品為白色單斜晶系的結(jié)晶或結(jié)晶性粉末，無臭味酸，久置色微黃。易溶于水，略溶于乙醇，不溶于乙醚、氯仿。它是一種不飽和的多羥基六碳化合物，以內(nèi)酯形式存在，在 2，3 位碳原子之間烯醇式羥基上的氫可游離出來，故具有酸性。維生素 C 具有很強(qiáng)的還原性，故極不穩(wěn)定，容易為熱或氧化劑所氧化，在中性或

5、堿性溶液中尤甚；光、微量重金屬（特別是 Fe2+、Cu2+）或熒光物質(zhì)（如核黃素）更能促進(jìn)其被氧化。微量金屬元素對維生素 C 的氧化分解的催化作用，以銅離子為甚，其順序?yàn)?Cu2+Co2+Mn2+Zn2+Fe2+。在低于p H5.5 的溶液中，維生素 C 較為穩(wěn)定；所以提取維生素 C 時，草酸和偏磷酸是較好的穩(wěn)定劑 維生素C的發(fā)酵是指通過發(fā)酵作用將原料轉(zhuǎn)化為維生素C，再通過生物分離技術(shù)將其從發(fā)酵液中分離提純，獲取滿足要求的維生素C產(chǎn)品。維生素C的發(fā)酵過程中包含菌種的培育、菌種的保藏、種子的制備、發(fā)酵動力學(xué)、發(fā)酵環(huán)節(jié)的控制和染菌及防治六個方面。概括地說，在發(fā)酵的整個過程中要選育出優(yōu)秀的發(fā)酵菌種并

6、采取合理有效的方法予以保藏，保持其優(yōu)良性狀；在實(shí)際生產(chǎn)時要對菌種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，滿足生產(chǎn)上對發(fā)酵菌的數(shù)量要求；對于發(fā)酵還應(yīng)全面的考慮發(fā)酵的消耗、產(chǎn)率問題，并通過適當(dāng)?shù)目刂品椒ㄌ岣咝?；染菌和污染是發(fā)酵過程中的一個非常嚴(yán)重的問題，需要嚴(yán)格控制，頻繁檢測確保發(fā)酵罐安全，避免或較小損失。v C自四十年代開始工業(yè)化生產(chǎn),其生產(chǎn)技術(shù)是德國人R eichstdn于1933年發(fā)明的(簡稱 萊 氏珠),即以0 一山梨醇為原料,經(jīng)過醋酸菌發(fā)酵生成山梨糖,再經(jīng)過酮化、化學(xué)氧化 和水解得 到2一酮基一L一古龍酸,再經(jīng)化學(xué)轉(zhuǎn)化得到v C.其工藝比較復(fù)雜,而且消耗大量苯、丙硯和發(fā)煙硫酸等易燃易爆和有毒原料，此法至今仍被延

7、用。維生素 C 是生命的必需營養(yǎng)元素, 具有多種生理功能, 隨著維生素 C 實(shí)驗(yàn)應(yīng)用范圍的增加, 市場需求量日益增大, 人們對維生素 C 實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)技術(shù)不斷進(jìn)行研究改進(jìn)。維生素 C 實(shí)驗(yàn)的生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)歷了濃縮提取、化學(xué)合成和生物發(fā)酵三個階段。以前, 維生素 C 實(shí)驗(yàn)是從檸檬、辣椒等天然植物中提取的, 價(jià)格昂貴且生產(chǎn)量低, 遠(yuǎn)不能滿足市場需求, 現(xiàn)已退出工業(yè)生產(chǎn)。化學(xué)合成法主要是萊氏法, 該法工藝路線成熟,原料簡單易得, 產(chǎn)品質(zhì)量好收率高, 但此法工藝路線長, 難以連續(xù)化操作,且需耗費(fèi)大量有毒、易燃易爆的化學(xué)藥品, 既危險(xiǎn)又污染環(huán)境。微生物二步發(fā)酵法具有工藝路線短、“三廢”少、原料單耗低和對設(shè)備腐蝕

8、性小等優(yōu)點(diǎn)。本文就微生物二步發(fā)酵法合成維生素 C 實(shí)驗(yàn)的生產(chǎn)工藝改進(jìn)過程及新的研究方向作介紹。 1 Vc的性質(zhì)、功能和用途1.1性質(zhì)純Vc在常溫下為無色晶體,味酸,易溶于水。Vc在結(jié)晶狀態(tài)尚穩(wěn)定,而在水溶液中則很不穩(wěn)定,容易為加熱、氧化所破壞。L_抗壞血酸具有較強(qiáng)的還原性,在體內(nèi)經(jīng)抗壞血酸氧化酶的作用可脫氫氧化成L_脫氫抗壞血酸,該脫氫反應(yīng)是一個可逆反應(yīng)。還原型的L_抗壞血酸和氧化型的L_脫氫抗壞血酸均具有生理活性,它們構(gòu)成的一對氧化-還原系統(tǒng),在細(xì)胞代謝中起著重要的生理作用。1.2功能與用途Vc在人體中具有廣泛的生理作用:1參與體內(nèi)氧化還原反應(yīng);2對抗自由基損傷;3改善機(jī)體免疫功能;4參與膠

9、原蛋白和細(xì)胞間質(zhì)的合成;5參與神經(jīng)遞質(zhì)的合成;6參與氨基酸代謝與鐵代謝;7抑制血小板及白細(xì)胞活化;等等。因此,Vc在壞血病、感冒、心血管缺陷、高膽固醇、糖尿病、精神抑郁癥、危重型克山病等疾病的臨床治療中均具有重要的用途。此外,Vc還可以用作食品添加劑、飼料添加劑、某些農(nóng)作物的催熟劑、化妝品工業(yè)防銹劑,等等。2Vc的生產(chǎn)技術(shù)2.1生產(chǎn)工藝方法的演變過程2.1.1濃縮提取本世紀(jì)的二、三十年代，人們對于維生素 C 的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)還不了解，獲取其產(chǎn)品的途徑只是經(jīng)驗(yàn)性地由富含“還原性因子”的生物組織如檸檬、胡桃、野薔薇、辣椒、腎上腺等提取獲得。此法生產(chǎn)成本高，產(chǎn)量有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人類社會日益增長的物質(zhì)需

10、求。直至五十年代，仍有企業(yè)使用此法生產(chǎn)維生素 C。2.1.2 化學(xué)合成1933 年，Reichstein 等和 Ault 等兩個研究小組分別獨(dú)立發(fā)表了維生素 C的合成方法。從 1937 年開始，以 Reichstein 和 Grussner 的發(fā)明為基礎(chǔ)，建立了以 D-葡萄糖為原料，加氫還原成 D-山梨醇，然后利用一步發(fā)酵方法和化學(xué)方法合成維生素 C 的“萊氏法”（Reichstein Procedure），維生素 C 生產(chǎn)開始進(jìn)入化學(xué)合成階段?！叭R氏法”生產(chǎn)的工藝流程主要包括以下五個步驟： 1）D-葡萄糖在鎳的催化作用下，高溫高壓，加氫還原成 D-山梨醇； 2）D-山梨醇經(jīng)微生物如生黑葡萄糖

11、酸桿菌（Gluconobacter melanogenus）或弱氧化醋酸桿菌（Acetobater suboxydans）發(fā)酵氧化成 L-山梨糖； 3）L-山梨糖在丙酮和硫酸的作用下，經(jīng)酮化生成雙丙酮-L-山梨糖（Diacetone-L-sorbose 簡稱雙酮糖），生產(chǎn)上俗稱丙酸化。再用苯或甲苯提取，提取液經(jīng)水法除去單酮山梨糖后，蒸去溶劑而后分離出雙酮糖； 4）雙酮糖在高錳酸鈉氧化，鉑催化下，經(jīng)水解生成 2-酮基-L-古龍酸（2-Keto-L-gulonic acid）； 5）2-酮基-L-古龍酸通過烯醇化和內(nèi)酯化，在酸性或堿性條件下，轉(zhuǎn)化生成維生素 C。 萊氏法生產(chǎn)的Vc產(chǎn)品質(zhì)量好、收率高

12、,而且生產(chǎn)原料(葡萄糖)便宜易得,中間產(chǎn)物(如雙丙酮_L_山梨糖)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,但是萊氏法也存在著不少缺陷,諸如生產(chǎn)工序繁多、勞動強(qiáng)度較大,容易造成環(huán)境污染,等等。為此,自上世紀(jì)60年代起,各國學(xué)者一直致力于萊氏法的改進(jìn)7,20,并取得了很多成果,有的已用于Vc工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐。2.1.3微生物發(fā)酵法六十年代以后,各國生產(chǎn)企業(yè)及科學(xué)家開始探索以細(xì)菌生物酶轉(zhuǎn)化的方法來取代“萊氏法”，相繼提出了諸多反應(yīng)路線，并在此基礎(chǔ)上對有關(guān)反應(yīng)工藝的問題進(jìn)行了探索。已成功應(yīng)用于大生產(chǎn)的細(xì)菌發(fā)酵法是我國七十年代初開發(fā)的“二步發(fā)酵法”。 由中國科學(xué)院微生物研究所、北京制藥廠、東北制藥總廠尹光琳、寧文珠等人發(fā)明的“二步發(fā)

13、酵法”從七十年代后期開始正式投產(chǎn)，逐漸在國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)普遍采用，現(xiàn)在國內(nèi)四大維生素 C 生產(chǎn)企業(yè)都采用此法。二步發(fā)酵法生產(chǎn)維生素 C 的新工藝 1980 年獲得國家級二等獎?！岸桨l(fā)酵法”已經(jīng)在中國、歐洲、日本和美國申請了專利，上海三維制藥有限公司當(dāng)時具有堅(jiān)實(shí)的科研開發(fā)力量，1985 年成功地將維生素 C 二步發(fā)酵技術(shù)轉(zhuǎn)讓給 F Hoffmann-la Roche Ltd.,Switzorland(瑞士豪大邁-羅氏公司)，成為建國以來最大的一項(xiàng)醫(yī)藥技術(shù)出口項(xiàng)目。該法應(yīng)用于大生產(chǎn)初時，從 D-山梨醇到維生素C 的總收率平均為百分之四十多，但經(jīng)過近幾年的激烈市場競爭后，一些廠家可超過百分之六十五，最

14、高為 72%?！岸桨l(fā)酵法”的工藝路線與“萊氏法”不同之處在于采用大、小混合菌發(fā)酵法代替化學(xué)法轉(zhuǎn)化 L-山梨糖合成 2-酮基-L-古龍酸。簡化了生產(chǎn)工藝，減少了生產(chǎn)設(shè)備投資，降低生產(chǎn)成本，去除了大量有機(jī)溶媒等有毒物品的使用，極大地減少了“三廢”的排放。 2.2微生物發(fā)酵法的研究進(jìn)展 嚴(yán)格地講,二步發(fā)酵法也是一種半微生物發(fā)酵半化學(xué)合成方法。該工藝方法的發(fā)酵原料仍為D-山梨醇,而非葡萄糖;并且,第二步發(fā)酵過程中涉及2株菌的混合發(fā)酵,其詳細(xì)消長機(jī)制尚未完全明了。這些都需要人們進(jìn)一步研究和探索。2.2.1二步發(fā)酵法“二步發(fā)酵法”是唯一應(yīng)用于大生產(chǎn)化的細(xì)菌發(fā)酵途徑。采用生物技術(shù)進(jìn)行發(fā)酵生成維生素 C 的

15、重要中間體 2-酮基-L-古龍酸的工藝，使我國二步發(fā)酵法處于世界領(lǐng)先水平。目前，通過細(xì)胞固定化，原生質(zhì)融合，遺傳工程等新技術(shù)的使用，如中國科學(xué)院等離子體物理研究所采用離子束注入技術(shù)作為新誘變源篩選出 2-酮基-L-古龍酸高產(chǎn)菌系 IPPM-1028、中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所的新型微生物蛭弧菌 J26轉(zhuǎn)化山梨糖生產(chǎn) 2-酮基-L-古龍酸發(fā)酵條件的研究，使“二步發(fā)酵法”工藝研究更加具有國際先進(jìn)水平?！岸桨l(fā)酵法”經(jīng)過的是L一山梨糖途徑,即D一葡萄糖加氫生成的D一山梨醇先經(jīng)細(xì)菌轉(zhuǎn)化為L一山梨糖,后者再經(jīng)過細(xì)菌發(fā)酵生成維生素C前體一2一酮基一L一古龍酸(2一keto一L一gulonie一aeid,

16、ZKLG)。這兩步反應(yīng)是在不同微生物一t進(jìn)行的。2.2.1.1大、小菌的相互關(guān)系二步發(fā)酵法的第二步發(fā)酵是采用大菌、小菌2株菌的混合發(fā)酵過程,2株菌缺一不可。Vc工業(yè)生產(chǎn)中常采用的小菌為氧化葡萄糖酸桿菌，大菌為巨大芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌或條紋假單孢桿菌。研究發(fā)現(xiàn),在大、小菌的混合培養(yǎng)中,兩者的增殖是同步進(jìn)行的。小菌是2- KLG合成的主體,大菌一方面直接參與2- KLG的合成過程,一方面對小菌的生長起促進(jìn)作用6。小菌合成的2- KLG對大菌的生長增殖有明顯的抑制作用,而大菌的存在卻是小菌的生長增殖和合成2- KLG所必需的12。深入研究發(fā)現(xiàn),大菌的胞內(nèi)液和胞外液均可促進(jìn)小菌的生長,大菌胞外液中具

17、有該作用的組分的分子量在100kD以上。此外,胞外液還具有促進(jìn)小菌轉(zhuǎn)化I-山梨糖生成2- KLG的作用,具有該作用的組分包括30- 50kD和大于100kD兩部分,其中前者系一種含鐵和鋅的蛋白質(zhì)13。目前,這方面研究仍在繼續(xù)。2.2.1.2新菌種的選育 優(yōu)良的菌種對于Vc產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的提高具有特殊重要意義。焦鵬等(1997)14運(yùn)用SMA探針技術(shù)與HB- HG影印技術(shù)篩選得到了一株蛭弧菌J26,搖瓶發(fā)酵產(chǎn)生2- KLG的發(fā)酵單位為50- 60mg/ml。通過優(yōu)化發(fā)酵條件,該菌株的發(fā)酵單位已達(dá)到83.9- 91.7%15。許安等(1998)16利用離子注入技術(shù)選育出的2- KLG高產(chǎn)菌系IPP

18、M- 1028的山梨糖轉(zhuǎn)化率比由氧化葡萄糖酸桿菌和巨大芽孢桿菌組成的出發(fā)菌系高出18.8%。搖瓶發(fā)酵試驗(yàn)表明,該菌系的發(fā)酵周期為60_64h,2_KLG濃度可達(dá)76g/L17。陳建華等(2002)18篩選得到的優(yōu)良伴生菌短小芽孢桿菌(Bacillus pumilus)與氧化葡萄糖酸桿菌混合發(fā)酵生產(chǎn)2_KLG的山梨糖轉(zhuǎn)化率高達(dá)90%。尹光琳等(1997)19選育得到的新組合菌系SCB329_SCB933的發(fā)酵周期僅為40_50h,2_KLG的發(fā)酵單位高達(dá)115- 130mg/ml。2.2.1.3工程菌的構(gòu)建 為了克服傳統(tǒng)二步發(fā)酵法的缺點(diǎn),人們開始嘗試構(gòu)建優(yōu)良的產(chǎn)2- KLG工程菌。工程菌的構(gòu)建主

19、要建立在人們對二步發(fā)酵法菌種相關(guān)關(guān)鍵酶的研究基礎(chǔ)之上。 1974年,Markover等提出了微生物合成2-KLG的山梨酮途徑學(xué)說,認(rèn)為L-山梨糖在微生物體內(nèi)先由L-山梨糖脫氫酶(SDH)催化生成I-山梨酮,爾后再由L-山梨酮脫氫酶(SNDH)催化生成2- KLG。后來,人們從氧化葡萄糖酸桿菌、生黑葡萄糖酸桿菌等中陸續(xù)分離純化出了SDH。研究發(fā)現(xiàn),SDH的分子量為46- 60kD,系一個典型的米氏酶,對L-山梨糖的Km值為5.27× 10- 2 mol/L。SDH的活力與2- KLG的合成呈正相關(guān),伴生菌的存在能提高SDH的比活力。Shinjoh等(1994)首先從液化醋桿菌中克隆了S

20、DH基因和SNDH基因。關(guān)于SDH、SNDH及其編碼基因的研究為構(gòu)建優(yōu)良的產(chǎn)2- KLG工程菌奠定了基礎(chǔ)。1998年,Saito等將SDH基因和SNDH基因?qū)胙趸咸烟撬釛U菌,結(jié)果發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)化菌株的2- KLG產(chǎn)量比出發(fā)菌株有較大提高。這方面研究尚待繼續(xù)深入。2.2.2葡萄糖直接發(fā)酵法 國外較早就開始了細(xì)菌串聯(lián)發(fā)酵葡萄糖產(chǎn)生2- KLG的研究。我國的尹光琳等(1987)采用歐文氏菌和棒桿菌以葡萄糖為發(fā)酵原料串聯(lián)發(fā)酵產(chǎn)生2- KLG獲得成功。后來,她們又通過原生質(zhì)體融合技術(shù)得到了歐文氏菌和棒桿菌的融合細(xì)胞。搖瓶發(fā)酵試驗(yàn)表明,細(xì)胞融合所得的38株融合子中約有40%能將葡萄糖轉(zhuǎn)化成2_KLG。氧化葡

21、萄糖酸桿菌與棒桿菌的休止細(xì)胞共固定化串聯(lián)發(fā)酵葡萄糖產(chǎn)生2- KLG工藝的最高轉(zhuǎn)化率達(dá)到37.72%。 1985年,Anderson等將棒桿菌的2,5-酮- D-葡萄糖酸(2,5- DKG)還原酶基因轉(zhuǎn)入歐文氏菌,所得工程菌的葡萄糖轉(zhuǎn)化率可達(dá)到47.7%。后來,又有一些學(xué)者進(jìn)行了類似試驗(yàn),并取得初步成果。但是他們所獲得的工程菌都存在著一定的問題,因此至今未見到用于生產(chǎn)實(shí)踐的報(bào)道。2.2.32- KLG的分離提純二步發(fā)酵法兩次發(fā)酵以后,發(fā)酵液中僅含8%左右的2- KLG,而殘留菌絲體、蛋白質(zhì)、多糖或懸浮微粒等雜質(zhì)的含量卻很高。這給2- KLG的分離提純帶來了很大困難,致使后處理費(fèi)用占總成本的比例較

22、大。目前,Vc工業(yè)生產(chǎn)中常用的2-KLG的分離提純方法有:1加熱沉淀法;2化學(xué)凝聚法;3超濾法。2.2.3.2化學(xué)凝聚法同加熱沉淀法相比,化學(xué)凝聚法采用化學(xué)絮凝劑沉淀各種雜質(zhì),從而避免了前者能耗較多的問題。季光輝等(1997)研制的新型化學(xué)絮凝劑能使Vc的總收率提高2.5%。張秋榮等(1999)通過摸索絮凝處理的最佳條件,使2-KLG的提取收率比加熱沉淀法高出4.49%。但是發(fā)酵液經(jīng)化學(xué)絮凝劑處理以后,離心所得的上清液中仍含有一定量的蛋白質(zhì)等雜質(zhì),這些雜質(zhì)可能影響2- KLG的質(zhì)量。此外,該方法所使用的化學(xué)絮凝劑也可能對環(huán)境造成污染。2.2.3.3超濾法超濾法是一種新興的膜處理技術(shù)。由于該方法

23、在提高2- KLG收率、改善生產(chǎn)環(huán)境、減少離子交換樹脂損耗、實(shí)現(xiàn)自動化連續(xù)化生產(chǎn)等方面具有明顯優(yōu)勢,因此在2- KLG分離提純中的應(yīng)用日益廣泛。1995年,我國的東北制藥廠從丹麥引進(jìn)了目前全國最大膜面積的平板超濾裝置。采用這套設(shè)備后,2- KLG的分離提純成本比原先的化學(xué)凝聚法節(jié)約了600萬元,并且大大提高了2- KLG的收率和生產(chǎn)的自動化、連續(xù)化程度34。但是超濾法也具有一定的缺陷。例如,設(shè)備一次性投資較大,超濾裝置的通量、抗污染能力尚待提高,等等。目前,國內(nèi)外學(xué)者正在探索反滲透、納濾等新的超濾法工藝。2.2.42- KLG的化學(xué)轉(zhuǎn)化由于至今未能找到使葡萄糖直接發(fā)酵產(chǎn)生Vc的微生物菌種,因此

24、發(fā)酵產(chǎn)生的重要中間產(chǎn)物2-KLG必須通過化學(xué)方法轉(zhuǎn)化成Vc。根據(jù)所用化學(xué)試劑不同將化學(xué)轉(zhuǎn)化方法分為酸轉(zhuǎn)化法和堿轉(zhuǎn)化法。由于前者所用的濃鹽酸對設(shè)備腐蝕較嚴(yán)重,且易造成環(huán)境污染,因此逐漸為后者所取代。堿轉(zhuǎn)化法的2- KLG轉(zhuǎn)化率可達(dá)到92.6%,并且操作簡便,對設(shè)備的腐蝕較輕,所以適于Vc的規(guī)?；a(chǎn)。2.2.52- KLG廢液處理二步發(fā)酵法發(fā)酵液經(jīng)分離提純后,仍含有大量的2- KLG。如果將其直接排放,不僅浪費(fèi)了寶貴的2- KLG資源,而且會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。王輝等(1998)運(yùn)用離子交換樹脂處理廢液,可大大降低其中的雜質(zhì)(如色素)含量,從而從廢液中再結(jié)晶出2- KLG合格產(chǎn)品。王燕等(199

25、9)則對利用2- KLG廢液生產(chǎn)草酸進(jìn)行了小試和中試。3結(jié)語 目前，維生素 C 混合生產(chǎn)菌的基礎(chǔ)研究中，由于二步發(fā)酵混合大小菌株的作用關(guān)系還沒有較科學(xué)論證，混合菌發(fā)酵 L-山梨糖生成 2-酮基-L-古龍酸的機(jī)制只有宏觀的研究，在工業(yè)化生產(chǎn)中，糖酸轉(zhuǎn)化率受培養(yǎng)外界環(huán)境因子的影響很不穩(wěn)定，因其內(nèi)在微妙機(jī)制還沒有研究成果，這給穩(wěn)定單罐糖酸轉(zhuǎn)化率的高水平帶來困難。外界環(huán)境因子的進(jìn)一步優(yōu)化組合技術(shù)對工業(yè)化生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展顯得尤其重要。Vc用途廣泛,是我國醫(yī)藥出口創(chuàng)匯的最重要產(chǎn)品之一。大力提高Vc的生產(chǎn)技術(shù)水平,提高Vc產(chǎn)品的產(chǎn)量與質(zhì)量,降低生產(chǎn)成本,不僅有利于我國Vc生產(chǎn)工業(yè)的發(fā)展,而且對整個國民經(jīng)濟(jì)都

26、具有積極的作用。從技術(shù)上講,根據(jù)目前國內(nèi)外Vc工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)狀,我國應(yīng)注重以下幾個關(guān)鍵問題:3.1利用基因工程等先進(jìn)手段選育優(yōu)良的微生物菌種 二步發(fā)酵法是我國Vc工業(yè)生產(chǎn)的當(dāng)家工藝方法。然而,該方法涉及二步三種菌,操作工序繁瑣,菌種傳代困難,不能直接把葡萄糖作為發(fā)酵原料。如果能選育出直接以葡萄糖為發(fā)酵原料的優(yōu)良菌株并應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐,那么無疑會對Vc生產(chǎn)工業(yè)帶來巨大的推動力。理論分析和初步實(shí)驗(yàn)證明,上述設(shè)想是切實(shí)可行的。在長期的菌種選育實(shí)踐中,基因工程這一新興技術(shù)顯示出良好的應(yīng)用前景。今后,應(yīng)當(dāng)廣泛采用基因工程等先進(jìn)手段,爭取早日選育出適于Vc工業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)良菌種。由于“二步發(fā)酵法”的現(xiàn)有轉(zhuǎn)化率己經(jīng)

27、達(dá)到相當(dāng)高的水平,因此想繼續(xù)提高Vc的生產(chǎn)效率應(yīng)該篩選新的菌株,來簡化現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝。3.2影響發(fā)酵工藝的因素 微生物發(fā)酵是一個極為復(fù)雜的生化反應(yīng)過程?；|(zhì)、溫度、等因素對微生物的代謝以及菌體生長和產(chǎn)酸的形成都會產(chǎn)生影響。維生素“二步發(fā)酵法”是我國獨(dú)特的生產(chǎn)工藝,技術(shù)路線成熟,工人操作熟練,發(fā)酵產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量均己達(dá)到國際水平。但維生素C“二步發(fā)酵法”過程十分復(fù)雜,干擾因素多,再加之生長自動化、連續(xù)化程度差,因而造成生產(chǎn)穩(wěn)定性不夠,勞動生戶;率較低。此外由于發(fā)酵基質(zhì)濃度低,設(shè)備利用率差,這就導(dǎo)致工廠的生產(chǎn)成本偏高。為了解決以上問題,對該發(fā)酵工藝動力學(xué)的研究是非常必要的。邵軍等和魏東芝等分別于1989年和1992年報(bào)道了對維生素c二步發(fā)酵過程動力學(xué)的研究。他們通過測定發(fā)酵體系中大小菌生長規(guī)律,以及基質(zhì)和產(chǎn)酸的變化,建立了簡化的動力學(xué)模型,不僅從一定程度上揭示了ZKLG發(fā)酵系統(tǒng)的本質(zhì)特征,而且可用于分析發(fā)酵過程并指導(dǎo)生產(chǎn)。同時,動力學(xué)模型的建立也為維生素C二步發(fā)酵生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動化奠定了理論基礎(chǔ)。近年來國內(nèi)部分科研單位和制藥廠對于第二步發(fā)酵混合菌株的生