维生素C生产工艺.pptx

维维 生生 素素 概概 述述维生素维生素C生产工艺生产工艺10/25/20241生物制药工艺学生物制药工艺学维生素及辅酶类药物维生素及辅酶类药物维生素C生产工艺第1页概概 述述 u 基本概念基本概念 维生素是生物体内一类量微、化学结构各异，含有特殊功效小分子有机化合维生素是生物体内一类量微、化学结构各异，含有特殊功效小分子有机化合物，它们大多需从外界摄取。维生素有以下特点：物，它们大多需从外界摄取。维生素有以下特点：（1 1）维维生生素素是是天天然然食食物物中中一一个个成成份份，是是一一个个活活性性物物质质，对对机机体体代代谢谢起起调调整整和和整整合作用。合作用。（2 2）维生素需求量很小。）维生素需求量很小。（3 3）大多数维生素在体内不能合成，要从外界摄取。）大多数维生素在体内不能合成，要从外界摄取。（4 4）绝大多数维生素是经过辅酶或辅基形式参加体内酶促反应体系。）绝大多数维生素是经过辅酶或辅基形式参加体内酶促反应体系。（5 5）人体内维生素缺乏时，会发生一类特殊疾病，称）人体内维生素缺乏时，会发生一类特殊疾病，称“维生素缺乏症维生素缺乏症”。维生。维生素并不是补品，人体每日需要量是一定，多摄入并不一定好，使用不妥，反而素并不是补品，人体每日需要量是一定，多摄入并不一定好，使用不妥，反而会造成疾病。会造成疾病。10/25/20242生物制药工艺学生物制药工艺学维生素及辅酶类药物维生素及辅酶类药物维生素C生产工艺第2页 维生素分为脂溶性和水溶性两大类。维生素分为脂溶性和水溶性两大类。脂溶性：脂溶性：维生素维生素A A，D D，E E，K K，Q Q和硫辛酸等。和硫辛酸等。水溶性：水溶性：维生素维生素B B1 1、B B2 2、B B6 6、B B1212、烟酸、泛、烟酸、泛 酸、叶酸、生物素和维生素酸、叶酸、生物素和维生素C C等。等。概概 述述 10/25/20243生物制药工艺学生物制药工艺学维生素及辅酶类药物维生素及辅酶类药物维生素C生产工艺第3页u 维生素与辅酶、辅基关系维生素与辅酶、辅基关系 长久以来，人们就认识到食物中缺乏某种维生素，会长久以来，人们就认识到食物中缺乏某种维生素，会造成某种疾病，维生素在机体代谢中起着十分主要作用，造成某种疾病，维生素在机体代谢中起着十分主要作用，以后陆续发觉大部分维生素或者其本身就是辅酶、辅基，以后陆续发觉大部分维生素或者其本身就是辅酶、辅基，或者是辅酶、辅基组成部分。比如维生素或者是辅酶、辅基组成部分。比如维生素B B1 1（硫胺素），（硫胺素），它在体内辅酶形式是硫胺素焦磷酸（它在体内辅酶形式是硫胺素焦磷酸（TPPTPP），是），是酮酸酮酸氧化脱羧酶辅酶，又如泛酸，其辅酶形式是氧化脱羧酶辅酶，又如泛酸，其辅酶形式是C CO OA A，是转乙，是转乙酰基酶辅酶。酰基酶辅酶。概概 述述 10/25/20244生物制药工艺学生物制药工艺学维生素及辅酶类药物维生素及辅酶类药物维生素C生产工艺第4页u 生产方法生产方法（1 1）化学合成法）化学合成法 烟酸、烟酰胺、叶酸、维生素烟酸、烟酰胺、叶酸、维生素B B1 1、B B6 6、D D、E E、K K等。等。（2 2）发酵法）发酵法 B B1212、B B2 2，维生素，维生素C C和生物素，维生素原等。和生物素，维生素原等。（3 3）生物提取法）生物提取法 从猪心中提取辅酶从猪心中提取辅酶Q Q1010，从槐花米中提取芦丁，从提取链，从槐花米中提取芦丁，从提取链霉素后废液中提取霉素后废液中提取B B1212等。等。概概 述述 10/25/20245生物制药工艺学生物制药工艺学维生素及辅酶类药物维生素及辅酶类药物维生素C生产工艺第5页维生素维生素C C生产工艺生产工艺u 维生素维生素C C 又名抗坏血酸（又名抗坏血酸（Ascorbic acidAscorbic acid）是细胞氧化）是细胞氧化-还原还原反应中催化剂，它释放两个氢原子后变成氧化型维生素反应中催化剂，它释放两个氢原子后变成氧化型维生素C C，有供氢体存在时，脱氢抗坏血酸能够接收两个氢原子，有供氢体存在时，脱氢抗坏血酸能够接收两个氢原子变成抗坏血酸，参加机体新陈代谢，增加机体对感染抵变成抗坏血酸，参加机体新陈代谢，增加机体对感染抵抗力。用于预防坏血酸和抵抗传染性疾病，促进创伤和抗力。用于预防坏血酸和抵抗传染性疾病，促进创伤和骨折愈合，以及用作辅助药品治疗。骨折愈合，以及用作辅助药品治疗。10/25/20246生物制药工艺学生物制药工艺学维生素及辅酶类药物维生素及辅酶类药物维生素C生产工艺第6页维生素维生素C生产工艺生产工艺 1 1、化学结构和性质、化学结构和性质 维维生生素素C(C(多多羟羟基基不不饱饱和和内内酯酯衍衍生生物物)分分子子中中有有两两个个手手性性碳碳原原子子，故故有有4 4种种光光学学异异构构体体，其其中中L L（+）抗抗坏血酸效果最好，其它三种临床效果很低或无效。坏血酸效果最好，其它三种临床效果很低或无效。10/25/20247生物制药工艺学生物制药工艺学维生素及辅酶类药物维生素及辅酶类药物维生素C生产工艺第7页 1 1、化学结构和性质、化学结构和性质 白白色色粉粉末末，无无臭臭、味味酸酸、熔熔点点190-192190-192，易易溶溶于于水水，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。它它是是一一个个还还原原剂剂，易易受受光光、热热、氧氧等等破破坏坏，尤尤其其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，分分解解更更加加快快，但但干燥结晶较稳定干燥结晶较稳定。维生素维生素C生产工艺生产工艺10/25/20248生物制药工艺学生物制药工艺学维生素及辅酶类药物维生素及辅酶类药物维生素C生产工艺第8页维生素维生素C生产工艺生产工艺2 2、莱氏法、莱氏法化学合成工艺化学合成工艺10/25/20249生物制药工艺学生物制药工艺学维生素及辅酶类药物维生素及辅酶类药物维生素C生产工艺第9页（1 1）工艺路线）工艺路线转化 酸化 HCl氧化 NaOH,O2,KMnO4 酮化 H2SO4丙酮加氢 H2D-葡萄糖D-山梨醇双丙酮-L-山梨糖维生素CL-山梨糖酶菌氧化 O2双丙酮-L-古龙酸2-酮-L-古龙酸维生素维生素C生产工艺生产工艺10/25/202410生物制药工艺学生物制药工艺学维生素及辅酶类药物维生素及辅酶类药物维生素C生产工艺第10页（2）工艺过程）工艺过程 山山梨梨醇醇发发酵酵菌菌种种 醋醋酸酸菌菌属属可可使使山山梨梨醇醇氧氧化化成成山山梨梨糖糖，普普通通用用A.Suboxyclans和和A.Melangenum。发发酵酵条条件件 温温度度为为26-30，最最适适pH为为4.4-6.8。pH4.0以以下下菌菌活活性受影响。性受影响。用用0.5%酵酵母母浸浸膏膏为为主主要要营营养养源源，山山梨梨醇醇浓浓度度为为19.8%，通通气气量量1800ml/min，30培养培养33h，山梨糖收率可达，山梨糖收率可达97.6%。氮源：氮源：无机氮源不能利用，使用有机氮源。无机氮源不能利用，使用有机氮源。金金属属离离子子影影响响：Ni2+、Cu2+能能阻阻止止菌菌发发育育，铁铁能能妨妨碍碍发发酵酵，为为了了使发酵顺利进行，需用阳离子交换树脂将山梨醇中金属离子去掉。使发酵顺利进行，需用阳离子交换树脂将山梨醇中金属离子去掉。10/25/202411生物制药工艺学生物制药工艺学维生素及辅酶类药物维生素及辅酶类药物维生素C生产工艺第11页 整个合成过程中必须保持第整个合成过程中必须保持第4位碳原子构型不变；位碳原子构型不变；维生素维生素C总收率约总收率约60%。C-4内酯化、内酯化、C-2烯醇化：烯醇化：酸转化：配料比酸转化：配料比2-酮基酮基-L-古龙酸：古龙酸：38%盐酸：丙酮盐酸：丙酮=1：0.4：0.3（质量（质量/体积）体积）碱转化：先形成碱转化：先形成2-酮基酮基-L-古龙酸甲酯，加古龙酸甲酯，加NaHCO3 转化生成维生素转化生成维生素C钠盐，经氢型离子交换树脂酸化，钠盐，经氢型离子交换树脂酸化，在在50-55下减压烘干，得粗品维生素下减压烘干，得粗品维生素C。10/25/202412生物制药工艺学生物制药工艺学维生素及辅酶类药物维生素及辅酶类药物维生素C生产工艺第12页 3、两步发酵工艺10/25/202413生物制药工艺学生物制药工艺学维生素及辅酶类药物维生素及辅酶类药物维生素C生产工艺第13页 3、两步发酵工艺2-酮-L-古龙酸内酯化，烯醇化 生物转化 假单孢菌D-山梨醇维生素C（L-抗坏血酸）L-山梨糖氧化 醋酸杆菌10/25/202414生物制药工艺学生物制药工艺学维生素及辅酶类药物维生素及辅酶类药物维生素C生产工艺第14页 3、两步发酵工艺（1）D-山梨醇化学合成山梨醇化学合成 50%葡萄糖溶液在葡萄糖溶液在75下加入活性炭，用石灰乳液调整下加入活性炭，用石灰乳液调整pH8.4，加镍催化剂，通氢气，压力，加镍催化剂，通氢气，压力3.43MPa，反应温度，反应温度140。反应结束后，静置沉降出去催化剂，反应液经离子交。反应结束后，静置沉降出去催化剂，反应液经离子交换树脂、活性炭处理后，减压浓缩，得到含量换树脂、活性炭处理后，减压浓缩，得到含量60-70%D-山梨山梨醇，无色透明或微黄色透明粘稠液体，收率约醇，无色透明或微黄色透明粘稠液体，收率约97%。10/25/202415生物制药工艺学生物制药工艺学维生素及辅酶类药物维生素及辅酶类药物维生素C生产工艺第15页 3、两步发酵工艺（2）2-酮酮-L-古龙酸微生物发酵古龙酸微生物发酵 第一步发酵：黑醋酸杆菌（从第一步发酵：黑醋酸杆菌（从D-山梨醇到山梨醇到L-山梨糖）山梨糖）第二步发酵：葡萄糖酸杆菌和巨大芽孢杆菌混合培养第二步发酵：葡萄糖酸杆菌和巨大芽孢杆菌混合培养发酵罐：气升式反应器，发酵罐：气升式反应器，100立方米。立方米。（3）2-酮酮-L-古龙酸分离纯化古龙酸分离纯化 发酵液中：发酵液中：2-酮酮-L-古龙酸古龙酸8%，杂质有菌丝体、蛋白质，杂质有菌丝体、蛋白质和悬浮固体颗粒等。除杂操作：加热、离心。和悬浮固体颗粒等。除杂操作：加热、离心。10/25/202416生物制药工艺学生物制药工艺学维生素及辅酶类药物维生素及辅酶类药物维生素C生产工艺第16页 莱氏法是最早生产维生素莱氏法是最早生产维生素C方法方法,其以葡萄糖为原料其以葡萄糖为原料,先经先经黑醋菌发酵生成黑醋菌发酵生成L-山梨糖山梨糖,再经丙酮化及再经丙酮化及NaClO 氧化、水解氧化、水解得到得到2-酮酮-L古龙酸钠古龙酸钠,然后进行化学合成得到维生素然后进行化学合成得到维生素C。此法存在着很多缺点此法存在着很多缺点,如生产工艺复杂、劳动强度大、生如生产工艺复杂、劳动强度大、生产环境恶劣、易对人体造成伤害产环境恶劣、易对人体造成伤害,所以人们不停对此工艺进所以人们不停对此工艺进行改进。行改进。10/25/202417生物制药工艺学生物制药工艺学维生素及辅酶类药物维生素及辅酶类药物维生素C生产工艺第17页两步发酵工艺两步发酵工艺发酵：此法省略了酮化和发酵：此法省略了酮化和NaClO 氧化过程氧化过程,简化了工艺，极大地改进了操作环境。除主耗山梨醇消简化了工艺，极大地改进了操作环境。除主耗山梨醇消耗较高外，其它辅料消耗较低。且多为液体反应，物料输送方便，更有利于生产连续化和操作自动耗较高外，其它辅料消耗较低。且多为液体反应，物料输送方便，更有利于生产连续化和操作自动化。但此法仍存在很多缺点，如占地面积大、发酵基质浓度低、在高湿高温条件下染菌机率高、设化。但此法仍存在很多缺点，如占地面积大、发酵基质浓度低、在高湿高温条件下染菌机率高、设备利用率低、后续处理能耗高等问题。在未来工艺优化过程中，除了进行发酵工艺改进外备利用率低、后续处理能耗高等问题。在未来工艺优化过程中，除了进行发酵工艺改进外,更应重更应重视优良菌种选育。发酵液提取工艺是维生素视优良菌种选育。发酵液提取工艺是维生素C 生产行业中较为重视问题。经过两次发酵后生产行业中较为重视问题。经过两次发酵后,发酵液含发酵液含量仅为量仅为6%9%，且残留有菌丝体、蛋白质和悬浮微粒等，分离提纯较为困难。传统处理方法有，且残留有菌丝体、蛋白质和悬浮微粒等，分离提纯较为困难。传统处理方法有加热沉淀法和化学凝聚法。针对以上两种方法中存在缺点和不足，一个新处理方法加热沉淀法和化学凝聚法。针对以上两种方法中存在缺点和不足，一个新处理方法超滤法在超滤法在维生素生产中得以应用。此法含有操作方便、节能、不造成新环境污染等优点。此法与加热沉淀法维生素生产中得以应用。此法含有操作方便、节能、不造成新环境污染等优点。此法与加热沉淀法相比，可在常温下操作，降低了有效成份损失相比，可在常温下操作，降低了有效成份损失;且为后步树脂交换提供了有利条件且为后步树脂交换提供了有利条件,降低了树脂污染，降低了树脂污染，从而有利于提升树脂使用率。与化学凝聚法相比从而有利于提升树脂使用率。与化学凝聚法相比,在处理染菌发酵液时仍可到达很好处理效果。伴在处理染菌发酵液时仍可到达很好处理效果。伴随新型膜材料技术开发随新型膜材料技术开发,如陶瓷膜、不锈钢膜等应用如陶瓷膜、不锈钢膜等应用,超滤法应用效果会有深入提升。同时超滤法应用效果会有深入提升。同时,国内外正国内外正在探索反渗透、纳滤等后序处理新工艺应在探索反渗透、纳滤等后序处理新工艺应,用完善工艺联结。用完善工艺联结。10/25/202418生物制药工艺学生物制药工艺学维生素及辅酶类药物维生素及辅酶类药物维生素C生产工艺第18页两步发酵工艺两步发酵工艺 转化工艺转化工艺(1)酸转化法。传统酸转化法是采取浓酸转化法。传统酸转化法是采取浓HCl 将古龙酸直接转化为将古龙酸直接转化为Vc，但酸转化对设，但酸转化对设备腐蚀严重备腐蚀严重,污染环境，影响产品质量污染环境，影响产品质量,现已逐步被碱转化法所取代。现已逐步被碱转化法所取代。(2)碱转化法。碱转化法是先将碱转化法。碱转化法是先将古龙酸与甲醇在浓硫酸催化作用下生成古龙酸甲酯古龙酸与甲醇在浓硫酸催化作用下生成古龙酸甲酯,再使用再使用NaHCO3 进行碱转化，使古龙酸甲酯转进行碱转化，使古龙酸甲酯转化为化为Vc-Na。采取此法可防止酸转化缺点。采取此法可防止酸转化缺点,且操作简单且操作简单,适合用于适合用于Vc 规模化生产规模化生产,不过碱转化存在着反不过碱转化存在着反应周期较长应周期较长,甲醇单耗高。当前有些单位及生产厂家研究采取甲醇单耗高。当前有些单位及生产厂家研究采取CH3ONa 代替代替NaHCO3 进行碱转化进行碱转化,此此法转化率高法转化率高,可达可达9216%,但质量较差但质量较差,且甲醇钠价格贵且甲醇钠价格贵,造成成本较高。造成成本较高。酸化酸化是将维生素酸化酸化是将维生素C-Na 转变为维生素转变为维生素C 过程。当前采取普遍方法是硫酸酸化法和树脂交过程。当前采取普遍方法是硫酸酸化法和树脂交换法。采取硫酸酸化操作简单换法。采取硫酸酸化操作简单,但要控制好甲醇浓度和但要控制好甲醇浓度和pH 值值,才能使硫酸钠与维生素才能使硫酸钠与维生素C 分离出来分离出来,从从而提升而提升Vc 质量。采取氢型离子树脂交换设备庞大质量。采取氢型离子树脂交换设备庞大,操作复杂操作复杂,且需经常再生树脂且需经常再生树脂,增加了酸耗增加了酸耗,酸液大酸液大量排放污染环境。当前有些单位及个人正在探索使用电渗析法代替传统酸化方法量排放污染环境。当前有些单位及个人正在探索使用电渗析法代替传统酸化方法,此法过程简单此法过程简单,能能耗低耗低,投资少投资少,转化率高转化率高,可望应用到实际生产中。可望应用到实际生产中。总而言之，我们在以后维生素总而言之，我们在以后维生素C 工艺发展过程中，要以两步发酵法为基础工艺发展过程中，要以两步发酵法为基础,不停优化工艺，同不停优化工艺，同时借鉴国外新技术、新信息时借鉴国外新技术、新信息,防止低水平重复防止低水平重复,提升提升Vc 产量和质量产量和质量,同时重视同时重视Vc 系列产品开发和应用系列产品开发和应用,创造出更大经济效益。创造出更大经济效益。10/25/202419生物制药工艺学生物制药工艺学维生素及辅酶类药物维生素及辅酶类药物维生素C生产工艺第19页思思 考考 题题1 1、简述维生素特点及区分脂溶性维生素、简述维生素特点及区分脂溶性维生素和水溶性维生素。和水溶性维生素。2 2、简述维生素、简述维生素C C生产工艺。生产工艺。10/25/202420生物制药工艺学生物制药工艺学维生素及辅酶类药物维生素及辅酶类药物维生素C生产工艺第20页总总 复复 习习 思思 考考 题题1 1、生物制药工艺学研究内容或对象。、生物制药工艺学研究内容或对象。2 2、生物药品分类方法及分类。、生物药品分类方法及分类。3 3、简述生物制药普通过程。、简述生物制药普通过程。4 4、对比生化药品各种沉析、对比生化药品各种沉析(浓缩浓缩)方法异同。方法异同。5 5、详细阐述超滤、离子交换法、凝胶层析和亲合层析异、详细阐述超滤、离子交换法、凝胶层析和亲合层析异 同（包含基本原理、所用介质、分离对象以及主要应用同（包含基本原理、所用介质、分离对象以及主要应用等）。等）。10/25/202421生物制药工艺学生物制药工艺学维生素及辅酶类药物维生素及辅酶类药物维生素C生产工艺第21页总总 复复 习习 思思 考考 题题6 6、叙述酸解法生产胱氨酸生产工艺（包含工艺路线和过程）、叙述酸解法生产胱氨酸生产工艺（包含工艺路线和过程）以及对工艺过程评价。以及对工艺过程评价。7 7、叙述发酵法生产、叙述发酵法生产L-L-异亮氨酸生产工艺（包含工艺路线和异亮氨酸生产工艺（包含工艺路线和过程）以及对工艺过程评价。过程）以及对工艺过程评价。8 8、多肽及蛋白质类药品分类。、多肽及蛋白质类药品分类。9 9、简述、简述CMCCMC精制法制备促皮质腺素生产工艺。精制法制备促皮质腺素生产工艺。1010、阐述胰岛素酸沉提取和锌盐直接沉淀法工艺过程以及工、阐述胰岛素酸沉提取和锌盐直接沉淀法工艺过程以及工艺工程评价。艺工程评价。10/25/202422生物制药工艺学生物制药工艺学维生素及辅酶类药物维生素及辅酶类药物维生素C生产工艺第22页总总 复复 习习 思思 考考 题题1111、了解核酸及核苷酸结构。、了解核酸及核苷酸结构。1212、阐述以兔肌肉为原料制备三磷酸腺苷工艺路线。、阐述以兔肌肉为原料制备三磷酸腺苷工艺路线。1313、简述酶类药品分类。、简述酶类药品分类。1414、阐述溶菌酶生产工艺及对工艺过程评价。、阐述溶菌酶生产工艺及对工艺过程评价。1515、了解糖类药品分类、了解糖类药品分类1616、阐述盐解（或酶解）、阐述盐解（或酶解）离子交换法制备肝素工艺路线。离子交换法制备肝素工艺路线。1717、简述甘露醇生产工艺。、简述甘露醇生产工艺。10/25/202423生物制药工艺学生物制药工艺学维生素及辅酶类药物维生素及辅酶类药物维生素C生产工艺第23页总总 复复 习习 思思 考考 题题1818、了解脂类药品特征。、了解脂类药品特征。1919、简述胆固醇生产工艺。、简述胆固醇生产工艺。2020、了解水溶性和脂溶性维生素。、了解水溶性和脂溶性维生素。2121、简述维生素、简述维生素C C生产工艺。生产工艺。10/25/202424生物制药工艺学生物制药工艺学维生素及辅酶类药物维生素及辅酶类药物维生素C生产工艺第24页