維生素C的發(fā)酵制藥

維生素C的發(fā)酵制藥又名抗壞血酸（Ascorbicacid）是細(xì)胞氧化-還原反應(yīng)中的催化劑，它釋放兩個(gè)氫原子后變成氧化型維生素C，有供氫體存在時(shí)，脫氫抗壞血酸可以接受兩個(gè)氫原子變成抗壞血酸，參與機(jī)體新陳代謝，增加機(jī)體對(duì)感染的抵抗力。用于防止壞血酸和抵抗傳染性疾病，促進(jìn)創(chuàng)傷和骨折愈合，以及用作輔助藥物治療。維生素C維生素C(多羥基不飽和內(nèi)酯衍生物)分子中有兩個(gè)手性碳原子，故有4種光學(xué)異構(gòu)體，其中L（+）抗壞血酸效果最好，其他三種臨床效果很低或無效。1.化學(xué)結(jié)構(gòu)白色粉末，無臭、味酸、熔點(diǎn)190-192℃，易溶于水，略溶于乙醇，不溶于乙醚，氯仿及石油醚等。它是一種還原劑，易受光、熱、氧等破壞，尤其在堿液中或有微量金屬離子存在時(shí)，分解更快，但干燥結(jié)晶較穩(wěn)定。2.性質(zhì)（1）化學(xué)合成法萊氏法化學(xué)合成（2）發(fā)酵法一步發(fā)酵、二步發(fā)酵（3）生物提取法從鮮棗、獼猴桃水果中提取維生素C當(dāng)前生產(chǎn)維生素C主要采用的是微生物發(fā)酵法。3.維生素C的生產(chǎn)方法（1）萊氏法化學(xué)合成工藝1）工藝路線[轉(zhuǎn)化]

[酸化]HCl[氧化]NaOH,O2,KMnO4

[酮化]H2SO4丙酮[加氫]H2D-葡萄糖D-山梨醇雙丙酮-L-山梨糖維生素CL-山梨糖[酶菌氧化]O2雙丙酮-L-古龍酸2-酮-L-古龍酸①山梨醇發(fā)酵菌種醋酸菌屬可使山梨醇氧化成山梨糖，一般用A.Suboxyclans和A.Melangenum。②發(fā)酵條件溫度為26-30℃，最適pH為4.4-6.8。pH4.0以下菌的活性受影響。用0.5%酵母浸膏為主要營(yíng)養(yǎng)源，山梨醇濃度為19.8%，通氣量1800ml/min，30℃培養(yǎng)33h，山梨糖收率可達(dá)97.6%。氮源：無機(jī)氮源不能利用，使用有機(jī)氮源。金屬離子的影響：Ni2+、Cu2+能阻止菌的發(fā)育，鐵能妨礙發(fā)酵，為了使發(fā)酵順利進(jìn)行，需用陽離子交換樹脂將山梨醇中的金屬離子去掉。2）工藝過程整個(gè)合成過程中必須保持第4位碳原子的構(gòu)型不變；維生素C的總收率約60%。C-4內(nèi)酯化、C-2烯醇化：酸轉(zhuǎn)化：配料比2-酮基-L-古龍酸：38%鹽酸：丙酮=1：0.4：0.3（質(zhì)量/體積）堿轉(zhuǎn)化：先形成2-酮基-L-古龍酸甲酯，加NaHCO3轉(zhuǎn)化生成維生素C鈉鹽，經(jīng)氫型離子交換樹脂酸化，在50-55℃下減壓烘干，得粗品維生素C。(2)兩步發(fā)酵工藝原理兩步發(fā)酵工藝流程2-酮-L-古龍酸[內(nèi)酯化，烯醇化]

[生物轉(zhuǎn)化]假單孢菌D-山梨醇維生素C（L-抗壞血酸）L-山梨糖[氧化]醋酸桿菌1）D-山梨醇的化學(xué)合成50%葡萄糖溶液在75℃下加入活性炭，用石灰乳液調(diào)節(jié)pH8.4，加鎳催化劑，通氫氣，壓力3.43MPa，反應(yīng)溫度140℃。反應(yīng)結(jié)束后，靜置沉降出去催化劑，反應(yīng)液經(jīng)離子交換樹脂、活性炭處理后，減壓濃縮，得到含量60-70%的D-山梨醇，無色透明或微黃色透明粘稠液體，收率約97%。2）2-酮-L-古龍酸的微生物發(fā)酵第一步發(fā)酵：黑醋酸桿菌（從D-山梨醇到L-山梨糖）第二步發(fā)酵：葡萄糖酸桿菌和巨大芽孢桿菌混合培養(yǎng)發(fā)酵罐：氣升式反應(yīng)器，100立方米。3）2-酮-L-古龍酸的分離純化發(fā)酵液中：2-酮-L-古龍酸8%，雜質(zhì)有菌絲體、蛋白質(zhì)和懸浮的固體顆粒等。除雜操作：加熱、離心。萊氏法是最早生產(chǎn)維生素C的方法,其以葡萄糖為原料,先經(jīng)黑醋菌發(fā)酵生成L-山梨糖,再經(jīng)丙酮化及NaClO氧化、水解得到2-酮-L古龍酸鈉,然后進(jìn)行化學(xué)合成得到維生素C。此法存在著很多缺陷,如生產(chǎn)工藝復(fù)雜、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)環(huán)境惡劣、易對(duì)人體造成傷害,因此人們不斷對(duì)此工藝進(jìn)行改進(jìn)。兩步發(fā)酵工藝發(fā)酵：此法省略了酮化和NaClO氧化過程,簡(jiǎn)化了工藝，極大地改善了操作環(huán)境。除主耗山梨醇消耗較高外，其他輔料消耗較低。且多為液體反應(yīng)，物料輸送方便，更有利于生產(chǎn)連續(xù)化和操作自動(dòng)化。但此法仍存在很多缺點(diǎn)，如占地面積大、發(fā)酵基質(zhì)濃度低、在高濕高溫條件下染菌機(jī)率高、設(shè)備利用率低、后續(xù)處理能耗高等問題。在未來的工藝優(yōu)化過程中，除了進(jìn)行發(fā)酵工藝改進(jìn)外,更應(yīng)注重優(yōu)良菌種的選育。發(fā)酵液的提取工藝是維生素C生產(chǎn)行業(yè)中較為重視的問題。經(jīng)過兩次發(fā)酵后,發(fā)酵液的含量?jī)H為6%～9%，且殘留有菌絲體、蛋白質(zhì)和懸浮微粒等，分離提純較為困難。傳統(tǒng)的處理方法有加熱沉淀法和化學(xué)凝聚法。針對(duì)以上兩種方法中存在的缺點(diǎn)和不足，一種新的處理方法———超濾法在維生素生產(chǎn)中得以應(yīng)用。此法具有操作方便、節(jié)能、不造成新的環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。此法與加熱沉淀法相比，可在常溫下操作，減少了有效成分的損失;且為后步樹脂交換提供了有利的條件,減少了樹脂的污染，從而有利于提高樹脂的使用率。與化學(xué)凝聚法相比,在處理染菌的發(fā)酵液時(shí)仍可達(dá)到較好的處理效果。隨著新型膜材料技術(shù)的開發(fā),如陶瓷膜、不銹鋼膜等的應(yīng)用,超濾法的應(yīng)用效果會(huì)有進(jìn)一步的提高。同時(shí),國(guó)內(nèi)外正在探索反滲透、納濾等后序處理新工藝的應(yīng),用完善工藝聯(lián)結(jié)。(1)酸轉(zhuǎn)化法。傳統(tǒng)的酸轉(zhuǎn)化法是采用濃HCl將古龍酸直接轉(zhuǎn)化為Vc，但酸轉(zhuǎn)化對(duì)設(shè)備的腐蝕嚴(yán)重,污染環(huán)境，影響產(chǎn)品質(zhì)量,現(xiàn)已逐漸被堿轉(zhuǎn)化法所取代。(2)堿轉(zhuǎn)化法。堿轉(zhuǎn)化法是先將古龍酸與甲醇在濃硫酸催化作用下生成古龍酸甲酯,再使用NaHCO3進(jìn)行堿轉(zhuǎn)化，使古龍酸甲酯轉(zhuǎn)化為Vc-Na。采用此法可避免酸轉(zhuǎn)化的缺點(diǎn),且操作簡(jiǎn)單,適用于Vc的規(guī)模化生產(chǎn),但是堿轉(zhuǎn)化存在著反應(yīng)周期較長(zhǎng),甲醇單耗高。目前有些單位及生產(chǎn)廠家研究采用CH3ONa代替NaHCO3進(jìn)行堿轉(zhuǎn)化,此法轉(zhuǎn)化率高,可達(dá)9216%,但質(zhì)量較差,且甲醇鈉價(jià)格貴,造成成本較高。酸化酸化是將維生素C-Na轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素C的過程。目前采用的普遍方法是硫酸酸化法和樹脂交換法。采用硫酸酸化操作簡(jiǎn)單,但要控制好甲醇的濃度和pH值,才能使硫酸鈉與維生素C分離出來,從而提高Vc的質(zhì)量。采用氫型離子樹脂交換設(shè)備龐大,操作復(fù)雜,且需經(jīng)常再生樹脂,增加了酸耗,酸液大量排放污染環(huán)境。目前有些單位及個(gè)人正在探索使用電滲析法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的酸化方法,此法過程簡(jiǎn)單,能耗低,