維生素C生產(chǎn)工藝(1)課件

2024/5/12維生素C生產(chǎn)工藝(1)概述

基本概念

維生素是生物體內(nèi)一類量微、化學(xué)結(jié)構(gòu)各異，具有特殊功能的小分子有機(jī)化合物，它們大多需從外界攝取。維生素有以下特點(diǎn)：（1）維生素是天然食物中的一種成分，是一種活性物質(zhì)，對(duì)機(jī)體代謝起調(diào)節(jié)和整合作用。（2）維生素需求量很小。（3）大多數(shù)維生素在體內(nèi)不能合成，要從外界攝取。（4）絕大多數(shù)維生素是通過(guò)輔酶或輔基的的形式參與體內(nèi)酶促反應(yīng)體系。（5）人體內(nèi)維生素缺乏時(shí)，會(huì)發(fā)生一類特殊的疾病，稱“維生素缺乏癥”。維生素并不是補(bǔ)品，人體每日需要量是一定的，多攝入并不一定好，使用不當(dāng)，反而會(huì)導(dǎo)致疾病。5/12/20242生物制藥工藝學(xué)——維生素及輔酶類藥物

維生素分為脂溶性和水溶性兩大類。

脂溶性：維生素A，D，E，K，Q和硫辛酸等。

水溶性：維生素B1、B2、B6、B12、煙酸、泛酸、葉酸、生物素和維生素C等。

概述

5/12/20243生物制藥工藝學(xué)——維生素及輔酶類藥物維生素與輔酶、輔基的關(guān)系

長(zhǎng)期以來(lái)，人們就認(rèn)識(shí)到食物中缺乏某種維生素，會(huì)導(dǎo)致某種疾病，維生素在機(jī)體的代謝中起著十分重要的作用，后來(lái)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)大部分維生素或者其本身就是輔酶、輔基，或者是輔酶、輔基的組成部分。例如維生素B1（硫胺素），它在體內(nèi)的輔酶形式是硫胺素焦磷酸（TPP），是α—酮酸氧化脫羧酶的輔酶，又如泛酸，其輔酶形式是COA，是轉(zhuǎn)乙?；傅妮o酶。概述

5/12/20244生物制藥工藝學(xué)——維生素及輔酶類藥物

生產(chǎn)方法

（1）化學(xué)合成法煙酸、煙酰胺、葉酸、維生素B1、B6、D、E、K等。（2）發(fā)酵法B12、B2，維生素C和生物素，維生素原等。（3）生物提取法從豬心中提取輔酶Q10，從槐花米中提取蘆丁，從提取鏈霉素后的廢液中提取B12等。

概述

5/12/20245生物制藥工藝學(xué)——維生素及輔酶類藥物維生素C生產(chǎn)工藝維生素C

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。5/12/20246生物制藥工藝學(xué)——維生素及輔酶類藥物維生素C生產(chǎn)工藝

1、化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

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(wú)效。5/12/20247生物制藥工藝學(xué)——維生素及輔酶類藥物

1、化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)白色粉末，無(wú)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。

維生素C生產(chǎn)工藝5/12/20248生物制藥工藝學(xué)——維生素及輔酶類藥物維生素C生產(chǎn)工藝2、萊氏法化學(xué)合成工藝5/12/20249生物制藥工藝學(xué)——維生素及輔酶類藥物（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-古龍酸維生素C生產(chǎn)工藝5/12/202410生物制藥工藝學(xué)——維生素及輔酶類藥物（2）工藝過(guò)程

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(wú)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(yáng)離子交換樹脂將山梨醇中的金屬離子去掉。

5/12/202411生物制藥工藝學(xué)——維生素及輔酶類藥物

整個(gè)合成過(guò)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。5/12/202412生物制藥工藝學(xué)——維生素及輔酶類藥物3、兩步發(fā)酵工藝5/12/202413生物制藥工藝學(xué)——維生素及輔酶類藥物3、兩步發(fā)酵工藝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5/12/202414生物制藥工藝學(xué)——維生素及輔酶類藥物3、兩步發(fā)酵工藝（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(wú)色透明或微黃色透明粘稠液體，收率約97%。5/12/202415生物制藥工藝學(xué)——維生素及輔酶類藥物3、兩步發(fā)酵工藝（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。5/12/202416生物制藥工藝學(xué)——維生素及輔酶類藥物

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)。5/12/202417生物制藥工藝學(xué)——維生素及輔酶類藥物兩步發(fā)酵工藝發(fā)酵：此法省略了酮化和NaClO氧化過(guò)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(wèn)題。在未來(lái)的工藝優(yōu)化過(guò)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(wèn)題。經(jīng)過(guò)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(kāi)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)。5/12/202418生物制藥工藝學(xué)——維生素及輔酶類藥物兩步發(fā)酵工藝

轉(zhuǎn)化工藝(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(guò)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(lái),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(guò)程簡(jiǎn)單,能耗低,投資少,轉(zhuǎn)化率高,可望應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中。綜上所述，我們?cè)谝院蟮木S生素C工藝發(fā)展過(guò)程中，要以兩步發(fā)酵法為基礎(chǔ),不斷優(yōu)化工藝，同時(shí)借鑒國(guó)外的新技術(shù)、新信息,避免低水平重復(fù),提高Vc的產(chǎn)量和質(zhì)量,同時(shí)注重Vc系列產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用,創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)效益。5/12/202419生物制藥工藝學(xué)——維生素及輔酶類藥物思考題1、簡(jiǎn)述維生素的特點(diǎn)及區(qū)分脂溶性維生素和水溶性維生素。2、簡(jiǎn)述維生素C的生產(chǎn)工藝。5/12/202420生物制藥工藝學(xué)——維生素及輔酶類藥物總復(fù)習(xí)思考題1、生物制藥工藝學(xué)研究的內(nèi)容或?qū)ο蟆?、生物藥物的分類方法及分類。3、簡(jiǎn)述生物制藥的一般過(guò)程。4、對(duì)比生化藥物的各種沉析(濃縮)方法的異同。5、詳細(xì)闡述超濾、離子交換法、凝膠層析和親合層析的異同（包括基本原理、所用的介質(zhì)、分離的對(duì)象以及主要應(yīng)用等）。5/12/202421生物制藥工藝學(xué)——維生素及輔酶類藥物總復(fù)習(xí)思考題6、敘述酸解法生產(chǎn)胱氨酸的生產(chǎn)工藝（包括工藝路線和過(guò)程）以及對(duì)工藝過(guò)程的評(píng)價(jià)。7、敘述發(fā)酵法生產(chǎn)L-異亮氨酸的生產(chǎn)工藝（包括工藝路線和過(guò)程）以及對(duì)工藝過(guò)程的評(píng)價(jià)。8、多肽及蛋白質(zhì)類藥物的分類。9、簡(jiǎn)述CMC精制法制備促皮質(zhì)腺素的生產(chǎn)工藝。10、闡述胰