维生素生产工艺的进展培训课件
维生素K生产工艺进展
维生素K生产工艺进展发布时间2009-6-29 责任编辑张颖维生素Kvitamin K又名凝血维生素是一大类2—甲基—14—萘醌及其衍生物的总称。
维生素K包括维生素Kl、K2、K3、K4和K5等。
其中维生素Kl和K2既有天然存在又可由人工合成而维生素K3和K4则只能由人工合成。
维生素K在饲料、医药等领域均有重要用途。
1 维生素K的分类、性质与生理意义维生素K1又称叶绿醌phylloquinone为黄色粘稠油状物广泛存在于绿色植物如苜蓿、菠菜等与动物肝脏中。
维生素Kl参与肝内凝血酶的合成用于治疗阻塞性黄疸、疸痿病以及初生畜禽出血病。
维生素K2是某些肠道细菌的代谢产物是含有6个异戊间二烯的一系列多烯化合物为淡黄色晶体。
维生素K1和K2皆系脂溶性维生素对热稳定但是受碱、乙醇和光作用后会破坏故需避光保存。
它们可以还原成无色的氢醌。
维生素K3和K4均系水溶性物质维生素K3在甲萘醌C3上没有烃链。
临床上所用的维生素K3应用品是维生素K3与亚硫酸氢钠NaHSO3的加成物——亚硫酸氢钠甲萘醌以下简称MSB它是一种白色晶体易吸潮溶于乙醇几乎不溶于苯和醚。
二磷酸甲萘氢醌钠menadio1 sodium diphosphate、甲萘醌烟酰胺亚硫酸盐MNB和亚硫酸嘧啶甲萘醌MPB也是维生素K3的重要衍生物。
亚硫酸嘧啶甲萘醌颜色较深稳定性较好但是具有一定的毒性。
维生素K4是维生素K3与两分子乙酸缩合而成的二乙酰甲萘醌有时4—亚氨基—2—甲基萘醌也被称为维生素K4。
维生素K3和K4较维生素Kl及K2稳定。
维生素K3有特殊的刺激性气味其用途与维生素Kl相同是防治凝血酶原缺乏症的特效药但因维生素K3对粘膜有刺激性现已很少单独使用而是常用它与亚硫酸氢钠的加成物——MSBMSB通常也称为维生素K3MSB对粘膜无刺激性但不如维生素K4稳定。
维生素K4为白色或淡黄色结晶粉末活性是维生素K1的34倍在体内与血清酯酶作用后可失去两个乙酰基而被氧化成维生素K3进而在肝脏中转化成维生素K2这就是维生素K4可代替维生素K3的原因。
制药工艺学第十八章-维生素的生产工艺
烟酸和烟酰胺的储存和运输
烟酸和烟酰胺的生产工艺
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05
其他维生素的生产工艺
主要来源于动物性食物，如鱼肝油、动物肝脏等，也可通过紫外线照射皮肤产生。
维生素D的来源
维生素D的合成
维生素D的生产工艺流程
维生素D的储存和运输
在工业上，维生素D主要通过化学合成方法生产，常用的原料有植物甾醇、胆固醇等。
主要包括原料准备、化学合成、精制提纯、质量检测等步骤。
需要在避光、干燥、阴凉处储存，避免高温和潮湿环境，运输时需注意防震、防晒。
利用化学合成法制备维生素A
04
维生素E的生产工艺
从植物油中提取天然维生素E，如向日葵油、大豆油等。该方法成本较低，但提取效率不高，且受植物生长和采摘季节限制。
植物提取法
提取后的天然维生素E需要进行分离纯化，去除杂质，提高纯度。常用的分离纯化方法包括溶剂萃取、结晶、吸附等。
分离纯化
利用植物提取物制备维生素E
维生素的生产现状和发展趋势
02
维生素C的生产工艺
Hale Waihona Puke 发酵法生产维生素C总结词：发酵法是维生素C的主要生产工艺，具有高效率和低成本的优点。
化学合成法生产维生素C
总结词：化学合成法是维生素C的重要生产工艺之一，具有高纯度和高效率的优点。
生物转化法生产维生素C
总结词：生物转化法是利用酶的催化作用将原材料转化为维生素C的方法。
利用化学合成法制备维生素E
化学合成法
通过一系列化学反应步骤，将原料转化为维生素E。该方法技术要求高，需要精确控制反应条件和原料纯度，以确保产品质量和安全性。
合成路线与催化剂
发酵工程——维生素C的生产工艺ppt
发酵工程的基本步骤
菌种选择和制 备
培养基准备
选择适合生产维生素C的 微生物，并对其进行培 养和筛选。
根据所选微生物的生长 需求，准备适合的培养 基。培养基通常包括碳 源、氮源、无机盐和水 等成分。
接种与发酵
将选定的微生物接种到 培养基中，并在适当的 温度、湿度和通气条件 下进行发酵。
产物提取
在发酵结束后，采用物 理、化行精 制和干燥，以满足市场 需求。
微生物在发酵过程中的作用
提供酶
微生物在发酵过程中产生各种 酶，这些酶能够将底物转化为
产物。
转化物质
微生物可以吸收培养基中的营养 物质，并将其转化为产物。
代谢产物
微生物在生长过程中会产生一些代 谢产物，这些产物可能对产品的质 量和产量产生影响，需要进行控制 或去除。
促进骨骼和牙齿健康
维生素C可以帮助身体吸收和利用钙和磷，这对 于骨骼和牙齿的发育和健康至关重要。
3
改善心血管健康
研究表明，维生素C可以降低血液中的胆固醇水 平，从而降低心血管疾病的风险。
维生素C的来源
水果和蔬菜
01
许多水果和蔬菜都富含维生素C，例如柑橘类水果、草莓、菠
菜、西红柿等。
发酵食品
02
一些发酵食品，如泡菜、酸奶、豆豉等也含有丰富的维生素C
稳定性检测
对产品进行加速稳定性试验，检测产品的稳定性 ，确保产品在贮存和使用过程中不发生变质。
05
发酵工程的未来发展趋势
提高维生素C的生产效率
1
通过基因工程技术改良菌种，提高其生产维生 素C的能力，减少能量消耗和资源浪费。
2
优化发酵培养条件，包括温度、pH值、氧气浓 度等，以促进菌体的生长和代谢，提高维生素C 的产量。
维生素生产工艺_1
维生素生产工艺1 概述维生素是一类生物生长发育起调节作用的、化学结构不同的、小分子有机化合物，人体内不能合成，必须从食物等中摄取。
人体需求量很少，但不足时，出现相应的缺乏症。
已知维生素13种，根据溶解性，一般分为水溶性和脂溶性维生素两类。
主要维生素的生产有三种方法。
2002年我国维生素原料产量达8.2万吨，其中维生素C超过5万吨，成为世界上最大的原料药生产国和出口国。
维生素制剂年产量260-280亿支/片/瓶，以片剂、注射液和胶囊为主。
2 维生素C生产工艺维生素C(vitamin C)是目前世界上产销量最大，应用范围最广的维生素产品。
目前全世界维生素C的产量约为10万吨/年，全球市场销售额5亿美元。
目前，工业上生产维生素C 采用二步发酵法，此法是在1975年由中国科学院上海生物技术研究所研究出来的，属我国首创。
发酵法生产维生素C可以分为发酵、提取和转化三大步骤。
即先从D-山梨醇发酵，提取出维生素C前体2-酮基-L-古龙酸，再用化学法转化为维生素C。
第一步发酵：黑醋酸菌(Acetobacter suboxydans)经种子扩大培养，接入发酵罐，种子和发酵培养基主要包括山梨醇、玉米浆、酵母膏、碳酸钙等成份，pH 5.0～5.2。
醇浓度控制在24～27%，培养温度29～30 ℃，发酵结束后，发酵液经低温灭菌，移入第二步发酵罐作原料。
D-山梨醇转化L-山梨糖的生物转化率达98%以上。
第二步发酵：氧化葡萄糖酸杆菌 (Gluconobacter oxydans，小菌)和巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium，大菌)混合培养。
生产维生素C的发酵罐均在100 m3以上，瘦长型，无机械搅拌，采用气升式搅拌。
种子和发酵培养基的成份类似,主要有L-山梨糖、玉米浆、尿素、碳酸钙、磷酸二氢钾等，pH 值为7.0。
大、小菌经二级种子扩大培养，接入含有第一步发酵液的发酵罐中，29～30 ℃下通入大量无菌空气搅拌，培养72h左右结束发酵，L-山梨糖生成2-酮基-L-古龙酸的转化率可达70～85%。
维生素Vc-PPT课件
一、流程图
葡萄糖
H2 山梨醇 Ni
发酵
山梨糖
酮化
双酮糖
氧化
古罗酸
粗VC 转化 精制
VC
二、各步原理
1、发酵
C H O H 2 H OC H H OC H HC O H H OC H C H O 葡 萄 糖 H 2 N i C H O H 2 H OC H H OC H H HC O H OC H C H O H 2 山 梨 醇 + < O > C H O H 2 C O 黑 醋 酸 菌 H OC H HC O H H OC H C H O H 2 山 梨 糖 （ 酮 式 ）
O=C HO C HO C H C HO C H CH2OH L-抗坏血酸
(VC粗品)
O
6、精制
Vc粗品
精制提纯
活性炭脱色
Vc精品
莱氏法生产维生素C工艺过程示意图
一、全过程 山梨醇 山 梨 糖 醇化
双 酮 糖
氧化
古 罗 酸 转化
粗Vc 精制
Vc
发酵
二、分步
1、发酵 种液 种液 培养基 一级发酵 二级发酵 三级发酵 菌种 2、酮化 山梨糖 酮化液
古罗酸钠 古罗酸
提炼 转化
山梨醇
粗Vc 精制
发酵
Vc
二、分步
1、发酵 山梨醇 一步发酵 培养基 2、提炼 古罗酸钠 一次交换 离心 加热 干燥 离心 二次交换 二步发酵 古罗酸钠（液）
浓缩
结晶
古罗酸
3、纯化
粗VC
古罗酸
转化
酸化
离心
浓缩
离心
4、精制
粗VC
精制
结晶
离心
干燥
维生素的生产课件
2．L-山梨糖的制备 经过黑醋菌的生物氧化，可选择性地使D-山梨醇的2位
羟基氧化成酮基，即得L-山梨糖。
工艺过程：
①菌种部分 将黑醋菌保存于斜面培养基中，每月传代一次， 保存于0~5℃冰箱内。以后菌种从斜面培养基移入三角瓶种 液培养基中，在30~33℃振荡培养48h，合并入血清瓶内，糖 量在100mg/ml以上，镜检菌体正常，无杂菌，可接入生产。
酮糖。
4．2,3,4,6-双丙酮基-L-2-酮基Байду номын сангаас古龙酸（双丙酮古 龙酸）的制备
用次氯酸钠将2,3,4,6-双丙酮基-L-山梨糖氧化成 2,3,4,6-双丙酮基-L-2-酮基古龙酸钠，再用浓盐酸酸化即得 2,3,4,6-双丙酮基-L-2-酮基-古龙酸。
工艺过程
①次氯酸钠的制造 次氯酸钠性质不稳定，久置易分解失去
氧化性，所以需新鲜配制。在35℃下将14.5%~15.5%氢氧 化溶液搅拌通入液氯，以有效氯浓度9.5%~9.7%，余碱浓 度2.8~3.2%为终点。 ②双丙酮糖的氧化 配料比为双丙酮糖：次氯酸钠：硫酸镍
=1：10：0.04(摩尔比)。将次氯酸钠、双丙酮糖及硫酸镍 在温度40℃保温搅拌30min，然后静止片刻，抽滤。滤液 冷至0~5℃时，用盐酸中和，分三段进行：pH7，pH3， pH1.5。甩滤，冷水洗，再甩滤1h，即得2，3，4，6-双丙 酮基-L-2-酮基-古龙酸结晶。
发酵罐部分是以20%左右D-山梨醇为投料浓度，另以 玉米浆、尿素为培养基，在pH5.4~5.6，灭菌消毒冷却后， 按接种量为10%接入二级种子培养液。在31~34℃，通入 无菌空气（0.7VVM），维持罐压0.03~0.05Mpa等条件下 进行培养。当发酵率在95%以上，温度略高（31~33℃）、 pH在7.2左右，糖量不再上升时即为发酵的终点。 ③后处理部分 将发酵液过滤除去菌体，然后控制真空度在
维生素c的生产工艺
合成工艺
合成原理
采用生物合成法，利用微生物细胞中的酶将简单的有机物合成维生素C。
合成过程
将葡萄糖、丙酮酸等原料加入反应器中，在微生物细胞的作用下合成维生素C 。
精制工艺
过滤分离
将合成液进行过滤分离，除去 其中的不溶物和微生物细胞。
离子交换
利用离子交换剂将合成液中的 无机盐和有机杂质除去。
浓缩干燥
维生素C的生产工艺
xx年xx月xx日
目 录
• 维生素C简介 • 生产工艺流程 • 生产设备及使用 • 生产环境与安全 • 生产效益与市场分析 • 发展方向与前景
01
维生素C简介
维生素C的定义
维生素C
一种具有重要生理功能的天然有机化合物，具有抗氧化、抗 衰老、促进免疫功能等作用。
化学结构
维生素C由6个碳原子构成，具有多个手性碳原子，存在多种 构型。
提高免疫力
维生素C可增强机体免疫力，预防感 冒和其他感染性疾病。
抗氧化作用
维生素C具有强抗氧化作用，可清除 体内的自由基，保护细胞免受氧化 损伤。
参与铁代谢
维生素C可促进非血红素铁的吸收， 预防贫血的发生。
02
生产工艺流程
提取工艺
原料选择
选择富含维生素C的原料，如柑橘类水果、辣椒 等。
提取剂选择
常用有机溶剂如乙酸乙酯、正己烷等，将维生素 C从原料中提取出来。
提取过程
将原料进行破碎、浸泡、萃取等步骤，使维生素 C充分溶解在提取剂中。
发酵工艺
菌种选择
选用具有生产维生素C能力的 菌种，如真菌、酵母等。
发酵培养基
选用适合菌种生长的培养基，如 葡萄糖、酵母浸膏等。
发酵过程
将菌种接种到培养基中，在适宜的 温度和湿度下进行发酵。
二步发酵法生产维生素C - 副本ppt课件
维生素C的生产方法
莱氏法:是维生素C生产的经典方法，是由 Reichstein和Grussner研究开发的。系以葡 萄糖作为起始原料，经催化加氢制成D-山梨 醇，再经醋杆菌深层发酵氧化制得收率很高 的L-山梨糖，L-山梨糖经丙酮和硫酸处理（ 生产上俗称丙酸化）生成双丙酮-L-山梨糖 （简称双酮糖），再用苯或甲苯提取，提取 液经水法除去单酮山梨糖后蒸去溶剂而后分 离出来，用高锰酸钠氧化、水解、酯化、转 化、中和便得VC。
(1) 工艺路线
第一步：
H2 /催 D-葡萄糖 化
D-山梨醇
黑醋酸菌
L-山梨糖
第二步：
L-山梨糖
大菌、小菌 混合发酵 2-酮基-L-古龙酸 内酯化
烯醇化
维生素C
O C H O H 2 H O C H C H O H 2 H O C H C H O H 2 C O C O O H C C O
内 酯 化H O C H O 2 2 醇 化 H O C H 烯 H O C H H O C H H O C H O O H C 氢 化 A c e to b a c te r P s e u d o m o n a s H C O H H C O H C O H H H C O H H C H O C H H O C H H O C H H O C H H O C H C H O H C H O H C H O H 2 C H O 2 2 H CO H 2 D 葡 萄 糖 D 山 梨 醇 L 山 梨 醇 2 酮 基 L 古 龙 酸 维 生 素 C
维生素C
又名抗坏血酸（Ascorbic acid）是细胞氧化 -还原反应中的催化剂，它释放两个氢原子后变 成氧化型维生素C，有供氢体存在时，脱氢抗坏 血酸可以接受两个氢原子变成抗坏血酸，参与
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3/10/2021
维生素生产工艺的进展
菌中选择生长快、产量高的谢氏丙酸杆菌和脱氮
假单孢杆菌，产生的VB12可达59 mg／L，可作为 工业生产用菌株。
3/10/2021
维生素生产工艺的进展
5
提高产率的其他方法
为了提高VB12的产率，在生物合成VB12过
程中除了加入前体，如谷氨酸、苏氨酸、 氨
基乙酰丙酸和氨基丙醇外，还需要补充加入钴
盐和5，6-二甲基苯并咪唑。甜菜碱(主要存在
诺卡氏菌、棒状菌、芽孢杆菌、乙酸杆菌 和丁酸杆菌属的细菌也能产生VB12
1991年Inoue等从海底沉积物中分离出一种新的 厌氧型乙酸杆菌属菌株69，可以产生胞内VB12。
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维生素生产工艺的进展
3
维生素B12菌种选育
——原因
1991年，从海底沉积物中分离出一种新的厌 氧型乙酸杆菌属菌株69从而产生胞内VB12的实验 中，乙酸杆菌产生VB12的同时也产生副产物类钴 啉酶，它会抑制VB12的生成。
为诱变剂对菌株69进行诱变。结果表明，由此得
到的突变菌株产生的VB12(7．6 mg／L)是原来没 有加卤代烷烃产生的VB12(3．4 mg／L)的2．2倍。
具有工业生产价值的VB12产生菌，如谢氏丙 酸杆菌和菲氏丙酸杆菌产生VB12可达23～25 mg／ L(厌气，30℃培养80～132 h)。进一步从各种产生
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维生素生产工艺的进展
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发酵工艺的改进
二步发酵工艺 膜反应器
单一膜反应器 与二步发酵工艺相结合的膜反应器 一体式膜反应器 膜反应器与其他技术的联用
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维生素生产工艺的进展
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二步发酵工艺
第一步：先厌氧发酵，提高细胞生长速率
第二步：好氧发酵，以分解丙酸
实验证实好氧阶段溶解氧的最佳浓度为1 ppm，最佳通 氧时间为6 h。在生物合成过程中厌氧和好氧条件适时交替 实施，可以充分利用两者各自的优点，得到的VB12浓度是 纯厌氧发酵条件下所得VB12浓度的2倍以上。
一体式膜反应器
（UAFR）：升流式厌氧过滤反应器
3/10/2021
维生素生产工艺的进展
UAFR属于一体式膜 反应器，在玻璃圆柱形 反应器内装填基质支撑 材料，乙酸杆菌的固定 化活性细胞就固定在支 撑材料上，形成生物膜 。支撑材料装填率为35 ～40 。在该膜反应器投 入使用之前，为形成良 好的生物膜，基质支撑 材料需用含125mmol／L 的甲醇一甲酸甲酯和0． 16 mmol／L CoC16·6H O 的溶液进行预处理， 然后将乙酸杆菌活性细 胞固定在基质材料上。 处理后的膜反应器可起 到分离和催化两重性能 。
根据卤代烷烃会与含钴化合物发生甲基化转移 反应使钴原子发生烷基取代的性质，在培养液中 加入卤代烷烃便可以抑制类钴啉酶的生成，从而 可以提高VB12的产量。因此，选育出对卤代烷烃 具有抗性的菌株极为关键。
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维生素生产工艺的进展
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维生素B12菌种选育
——方法
在四氯甲烷(TCM)介质中，以甲磺酸乙酯作
因此膜过滤系统被认为是实现细胞循环利用的最有前 景性的方法。
可以实现发酵与分离一体化组合的膜反应器发酵系统 是可将影响VB12产量的丙酸从反应体系分离出去的最好工 艺。
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维生素生产工艺的进展
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单一膜反应器
其中，膜滤器可用于去除丙酸，减少其对体系的抑制作用。 这套膜反应器一方面移走有抑制作用的产物，另一方面通过 料液的循环流动，避免了反应罐中因细胞浓度剧增而导致料 液粘度和操作压力变大的情况，从而消除了不利于细胞再生 长和体系操作的负面影响。
1
维生素B12简介
维生素B12(VB12)，又称钴胺素(cyanocoba—lamin) ，是一种含有钴的咕啉类有机化合物，分子式 C63H88CoN14O14P。是人体组织代谢过程中所必 需的维生素，是人和其它哺乳动物维持生长和 促进红细胞生长的重要因子，在临床上用于治 疗恶性贫血和恢复造血功能等。
二步发酵工艺不仅提高了VB12的产量，还给出发酵生 产工艺的新思路，对于其他发酵体系也有一定的启发和指 导意义。
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维生素生产工艺的进展
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膜反应器
这是最新发展起来的一种发酵与分离耦合的体系，利 用分离膜的优良分离性能，在反应的过程中选择性地及时 脱除某些产物，突破反应平衡的限制或减少生化反应中这 些产物对反应的抑制作用，提高目的产物的转化率和选择 性(有的膜反应器中的分离膜还兼具催化反应的性能)； 因 为膜对酶和细胞组织不具破坏性，使得酶和细胞可以重复 使用，从而使反应体系维持较高的酶浓度和细胞浓度。
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维生素生产工艺的进展
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与二步发酵相结合的膜反应器
第一步在37℃下进行厌氧发酵，调整料液pH。在该阶 段应用超滤膜设备的目的是保持发酵罐中细胞浓度的平衡 以及料液体积的稳定，并且将生成的丙酸排除，另作收集 。
第二步厌氧发酵，得到VB12。
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维生素生产工艺的进展
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3/10/2021
维生素生产工艺的进展
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维生素B12的产生方式
由各种细菌和放线菌中产生
早期从抗生素，如链霉素、新霉素、氯霉素和 庆大霉素等发酵废液中提取VB12。
从天然肥料或土壤中分离出能产生VB12的 菌株。
1992年Ko—jima等首次报道，从568份土壤样品 中分离出500种能够消解异丙醇并产生VB12的微生 物。
于糖、甜菜和糖蜜中)和胆碱对细菌产生VB12也 具有刺激效果，主要是促进细胞表面对代谢产
物的分泌。
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维生素生产工艺的进展
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传统工艺
一步厌氧发酵
丙酸杆菌
厌氧 发酵
VB12
胞外产物
有分 氧解
丙酸、乙酸
抑制细胞增长
实际生产中发现这一工艺的VB12，产率并不理想 ，主要是因为在厌氧过程中，副产物丙酸会抑制细胞 的生长。显然，只有及时消除发酵体系中不断增多的 丙酸，才能推动生物合成应的有效进行。然而，只有 发酵体系处在有氧条件下，丙酸才会被分解掉。所以 ，目前的工业生产在传统的厌氧发酵上进一步改进， 采用二步发酵工艺。