维生素C生产工艺PPT课件

1、2021-11-19生物制药工艺学维生素及辅酶类药物1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，具有特殊功能的小分维生素是生物体内一类量微、化学结构各异，具有特殊功能的小分子有机化合物，它们大多需从外界摄取。维生素有以下特点：子有机化合物，它们大多需从外界摄取。维生素有以下特点： （1 1）维生素是天然食物中的一种成分，是一种活性物质，对机体代谢起）维生素是天然食物中的一种成分，是一种活性物质，对机体代谢起调节和整合作用。调节和整合作用。 （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

2、能合成，要从外界摄取。 （4 4）绝大多数维生素是通过辅酶或辅基的的形式参与体内酶促反应体系。）绝大多数维生素是通过辅酶或辅基的的形式参与体内酶促反应体系。 （5 5）人体内维生素缺乏时，会发生一类特殊的疾病，称）人体内维生素缺乏时，会发生一类特殊的疾病，称“维生素缺乏维生素缺乏症症”。维生素并不是补品，人体每日需要量是一定的，多摄入并不一定好，。维生素并不是补品，人体每日需要量是一定的，多摄入并不一定好，使用不当，反而会导致疾病。使用不当，反而会导致疾病。 第1页/共24页2021-11-19生物制药工艺学维生素及辅酶类药物2 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。

3、 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 第2页/共24页2021-11-19生物制药工艺学维生素及辅酶类药物3u 维生素与辅酶、辅基的关系维生素与辅酶、辅基的关系 长期以来，人们就认识到食物中缺乏某种维生长期以来，人们就认识到食物中缺乏某种维生素，会导致某种疾病，维生素在机体的代谢中起着十分素，会导致某种疾病，维生素在机体的代谢中起着十分重要的作用，后来陆续发现

4、大部分维生素或者其本身就重要的作用，后来陆续发现大部分维生素或者其本身就是辅酶、辅基，或者是辅酶、辅基的组成部分。例如维是辅酶、辅基，或者是辅酶、辅基的组成部分。例如维生素生素B B1 1（硫胺素），它在体内的辅酶形式是硫胺素焦磷（硫胺素），它在体内的辅酶形式是硫胺素焦磷酸（酸（TPPTPP），是），是酮酸氧化脱羧酶的辅酶，又如泛酸，酮酸氧化脱羧酶的辅酶，又如泛酸，其辅酶形式是其辅酶形式是C CO OA A，是转乙酰基酶的辅酶。，是转乙酰基酶的辅酶。 概概 述述 第3页/共24页2021-11-19生物制药工艺学维生素及辅酶类药物4u 生产方法生产方法 （1 1）化学合成法）化学合成法 烟酸、

5、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，从槐花米中提取芦丁，从提取链霉素后的废液中提取取链霉素后的废液中提取B B1212等。等。 概概 述述 第4页/共24页2021-11-19生物制药工艺学维生素及辅酶类药物5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（Asco

6、rbic acidAscorbic acid）是细胞氧化）是细胞氧化- -还还原反应中的催化剂，它释放两个氢原子后变成氧化型原反应中的催化剂，它释放两个氢原子后变成氧化型维生素维生素C C，有供氢体存在时，脱氢抗坏血酸可以接受，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，参与机体新陈代谢，增加两个氢原子变成抗坏血酸，参与机体新陈代谢，增加机体对感染的抵抗力。用于防止坏血酸和抵抗传染性机体对感染的抵抗力。用于防止坏血酸和抵抗传染性疾病，促进创伤和骨折愈合，以及用作辅助药物治疗。疾病，促进创伤和骨折愈合，以及用作辅助药物治疗。 第5页/共24页2021-11-19生物制药工艺学维生

7、素及辅酶类药物6维生素C生产工艺 1 1、化学结构和性质、化学结构和性质 维生素维生素C(C(多羟基不饱和内酯衍生物多羟基不饱和内酯衍生物) )分子中有两分子中有两个手性碳原子，故有个手性碳原子，故有4 4种光学异构体，其中种光学异构体，其中L L（+ +）抗坏血酸效果最好，其他三种临床效果很低或无效。抗坏血酸效果最好，其他三种临床效果很低或无效。OCCCCCH2COHHOHHOHOOHOCCCCCH2COHHOHHOHOOHOCCCCCH2COHHOHHOHOOHOCCCCCH2COHHOHHOOHOHL-抗坏血酸D-抗坏血酸L-异 抗坏血酸D-异抗坏血酸第6页/共24页2021-11-19

8、生物制药工艺学维生素及辅酶类药物7 1 1、化学结构和性质、化学结构和性质 白色粉末，无臭、味酸、熔点白色粉末，无臭、味酸、熔点190-192190-192，易溶，易溶于水，略溶于乙醇，不溶于乙醚，氯仿及石油醚于水，略溶于乙醇，不溶于乙醚，氯仿及石油醚等。它是一种还原剂，易受光、热、氧等破坏，等。它是一种还原剂，易受光、热、氧等破坏，尤其在碱液中或有微量金属离子存在时，分解更尤其在碱液中或有微量金属离子存在时，分解更快，但干燥结晶较稳定快，但干燥结晶较稳定。 维生素C生产工艺第7页/共24页2021-11-19生物制药工艺学维生素及辅酶类药物8维生素C生产工艺2 2、莱氏法、莱氏法化学合成工艺

9、化学合成工艺(CH3)2COCH2OHCCCCCHOHOHOHHOHHHOHCH2OHCCCCCH2OHHHOH3CH3CCH3CH3OH2CH2OHCCCCCH2OHHOHOHHOHHHOHO2COOHCCCCCH2OHHOHHOHOHOHH2SO4KMnO4NaOHO2OCCCCCH2CHOOHHHOHOOHCH2OHCCCCCH2OHHOHHOHOHOHCOOHCCCCCH2OHHHOH3CH3CCH3CH3O内酯化烯醇化D-葡萄糖D-山梨醇L-山梨醇双丙酮-L-山梨糖双丙酮-L-古龙酸2-酮基-L-古龙酸维生素-CH2O第8页/共24页2021-11-19生物制药工艺学维生素及辅酶类药

10、物9（1 1）工艺路线）工艺路线转化 酸化 HCl 氧 化 N a O H , 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C生产工艺第9页/共24页2021-11-19生物制药工艺学维生素及辅酶类药物10（2）工艺过程 山梨醇发酵菌种 醋酸菌属可使山梨醇氧化成山梨糖，一般用A. Suboxyclans和A. Melangenum。 发酵条件 温度为26-30，最适pH为4.4-6.8。pH4.0以下菌的活性受影响。 用0.5%酵母浸膏为主要营养源，山梨醇浓度为19.8%，通气

11、量1800ml/min，30培养33h，山梨糖收率可达97.6%。 氮源：无机氮源不能利用，使用有机氮源。 金属离子的影响：Ni2+、Cu2+能阻止菌的发育，铁能妨碍发酵，为了使发酵顺利进行，需用阳离子交换树脂将山梨醇中的金属离子去掉。 第10页/共24页2021-11-19生物制药工艺学维生素及辅酶类药物11 整个合成过程中必须保持第4位碳原子的构型不变；维生素C的总收率约60%。 C-4内酯化、C-2烯醇化： 酸转化：配料比2-酮基-L-古龙酸：38%盐酸：丙酮=1：0.4：0.3 （质量/体积） 碱转化：先形成2-酮基-L-古龙酸甲酯，加NaHCO3 转化生成维生素C钠盐，经氢型离子交换

12、树脂酸化，在50-55下减压烘干，得粗品维生素C。第11页/共24页2021-11-19生物制药工艺学维生素及辅酶类药物12 3、两步发酵工艺CH2OHCCCCCHOHOHOHHOHHHOHH2CH2OHCCCCCH2OHHOHOHHOHHHOHO2CH2OHCCCCCH2OHHOHHOHOHOHCOOHCCCCCH2OHHOHHOHOHOHOCCCCCH2CHOOHHHOHOOH内酯化烯醇化D-葡萄糖D-山梨醇L-山梨醇2-酮基-L-古龙酸维生素-C氢化AcetobacterPseudomonas第12页/共24页2021-11-19生物制药工艺学维生素及辅酶类药物13 3、两步发酵工艺2-

13、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 醋酸杆菌第13页/共24页2021-11-19生物制药工艺学维生素及辅酶类药物14 3、两步发酵工艺（1）D-山梨醇的化学合成 50%葡萄糖溶液在75下加入活性炭，用石灰乳液调节pH8.4，加镍催化剂，通氢气，压力3.43MPa ，反应温度140。反应结束后，静置沉降出去催化剂，反应液经离子交换树脂、活性炭处理后，减压浓缩，得到含量60-70%的D-山梨醇，无色透明或微黄色透明粘稠液体，收率约97%。第14页/共24页2021-11-19生物制药工艺学维生素及辅酶类药物15 3、两步发酵工艺（2）

14、 2-酮-L-古龙酸的微生物发酵 第一步发酵：黑醋酸杆菌（从D-山梨醇到L-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发酵罐：气升式反应器，100立方米。（3） 2-酮-L-古龙酸的分离纯化 发酵液中：2-酮-L-古龙酸8%，杂质有菌丝体、蛋白质和悬浮的固体颗粒等。除杂操作：加热、离心。第15页/共24页2021-11-19生物制药工艺学维生素及辅酶类药物16 莱氏法是最早生产维生素C的方法,其以葡萄糖为原料,先经黑醋菌发酵生成L-山梨糖,再经丙酮化及NaClO 氧化、水解得到2-酮-L古龙酸钠,然后进行化学合成得到维生素C。 此法存在着很多缺陷,如生产工艺复杂、劳动强度大、生产

15、环境恶劣、易对人体造成伤害,因此人们不断对此工艺进行改进。第16页/共24页2021-11-19生物制药工艺学维生素及辅酶类药物17两步发酵工艺两步发酵工艺发酵：此法省略了酮化和NaClO 氧化过程,简化了工艺，极大地改善了操作环境。除主耗山梨醇消耗较高外，其他辅料消耗较低。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、设备利用率低、后续处理能耗高等问题。在未来的工艺优化过程中，除了进行发酵工艺改进外,更应注重优良菌种的选育。发酵液的提取工艺是维生素C 生产行业中较为重视的问题。经过两次发酵后,发酵

16、液的含量仅为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。传统的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的缺点和不足，一种新的处理方法超滤法在维生素生产中得以应用。此法具有操作方便、节能、不造成新的环境污染等优点。此法与加热沉淀法相比，可在常温下操作，减少了有效成分的损失;且为后步树脂交换提供了有利的条件,减少了树脂的污染，从而有利于提高树脂的使用率。与化学凝聚法相比,在处理染菌的发酵液时仍可达到较好的处理效果。随着新型膜材料技术的开发,如陶瓷膜、不锈钢膜等的应用,超滤法的应用效果会有进一步的提高。同时,国内外正在探索反渗透、纳滤等后序处理新工艺的应,用

17、完善工艺联结。第17页/共24页2021-11-19生物制药工艺学维生素及辅酶类药物18两步发酵工艺两步发酵工艺 转化工艺 (1) 酸转化法。传统的酸转化法是采用浓HCl 将古龙酸直接转化为Vc ，但酸转化对设备的腐蚀严重,污染环境，影响产品质量,现已逐渐被碱转化法所取代。(2) 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,再使用NaHCO3 进行碱转化，使古龙酸甲酯转化为Vc-Na。采用此法可避免酸转化的缺点,且操作简单,适用于Vc 的规模化生产,但是碱转化存在着反应周期较长,甲醇单耗高。目前有些单位及生产厂家研究采用CH3ONa 代替NaHCO3 进行碱转化,此法

18、转化率高,可达9216 % ,但质量较差,且甲醇钠价格贵,造成成本较高。 酸化酸化是将维生素C-Na 转变为维生素C 的过程。目前采用的普遍方法是硫酸酸化法和树脂交换法。采用硫酸酸化操作简单,但要控制好甲醇的浓度和pH 值,才能使硫酸钠与维生素C 分离出来,从而提高Vc 的质量。采用氢型离子树脂交换设备庞大,操作复杂,且需经常再生树脂,增加了酸耗,酸液大量排放污染环境。目前有些单位及个人正在探索使用电渗析法代替传统的酸化方法,此法过程简单,能耗低,投资少,转化率高,可望应用到实际生产中。 综上所述，我们在以后的维生素C 工艺发展过程中，要以两步发酵法为基础,不断优化工艺，同时借鉴国外的新技术、

19、新信息,避免低水平重复,提高Vc 的产量和质量,同时注重Vc 系列产品的开发和应用,创造出更大的经济效益。第18页/共24页2021-11-19生物制药工艺学维生素及辅酶类药物19思思 考考 题题1 1、简述维生素的特点及区分脂溶性维生素和水溶性维生素。、简述维生素的特点及区分脂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的生产工艺。的生产工艺。第19页/共24页2021-11-19生物制药工艺学维生素及辅酶类药物20总总 复复 习习 思思 考考 题题1 1、生物制药工艺学研究的内容或对象。、生物制药工艺学研究的内容或对象。2 2、生物药物的分类方法及分类。、生物药物的分类方

20、法及分类。3 3、简述生物制药的一般过程。、简述生物制药的一般过程。4 4、对比生化药物的各种沉析、对比生化药物的各种沉析( (浓缩浓缩) )方法的异同。方法的异同。5 5、详细阐述超滤、离子交换法、凝胶层析和亲合层析、详细阐述超滤、离子交换法、凝胶层析和亲合层析的异的异 同（包括基本原理、所用的介质、分离的对象同（包括基本原理、所用的介质、分离的对象以及主要应用等）。以及主要应用等）。 第20页/共24页2021-11-19生物制药工艺学维生素及辅酶类药物21总总 复复 习习 思思 考考 题题6 6、叙述酸解法生产胱氨酸的生产工艺（包括工艺路线和、叙述酸解法生产胱氨酸的生产工艺（包括工艺路线和过程）以及对工艺过程的评价。过程）以及对工艺过程的评价。7 7、叙述发酵法生产、叙述发酵法生产L-L-异亮氨酸的生产工艺（包括工艺路异亮氨酸的生产工艺（包括工艺路线和过程）以及对工艺过程的评价。线和过程）以及对工艺过程的评价。8 8、多肽及蛋白质类药