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1、 目录1 绪论11.1 维生素C简介11.2 维生素C主要作用12 工艺流程设计32.1 空气除菌过程32.2 第一步发酵过程32.3 第二步发酵过程42.4 2-酮基-L-古龙酸的提取别离过程42.5 碱转化法合成Vc52.6 发酵工艺条件的优化53 物料衡算及能量衡算63.1 物料衡算63.2 能量衡算64 重点设备设计84.1 选择设备的原那么84.2 主要设备选型与计算84.3 辅助设备选型144.4 提取工序设备选型164.5 包装18参考文献201 绪论1.1 维生素C简介维生素CVitamin C，Ascorbic Acid是种水溶性维生素，水溶液具有定的酸性又抗坏血病，所以又叫
2、抗坏血酸。分子式：C6H8O6；分子量：176.13。构造式：由于维C分子中存在两个不对称碳原子，决定了维C有四个同分异构体，其中L+VC的抗坏血病效力最强。维生素C分子中的烯二醇构造不稳定容易被氧化，并且氧化作用随着热、光、重金属的催化作用和溶液碱性的增加而增强。人类不能自身合成维C，只能从食物中摄取。其中水果和蔬菜中含有较多的维生素C，维生素C通常被小肠上段吸收，然后分布于身体的所有水溶性构造中，正常人体内维生素C代谢活性池中约有1500mg维生素C，最高储存峰值为3000mg维生素C。正常情况下，维生素C在体内经代谢分解成草酸或与硫酸结合生成抗坏血酸-2-硫酸由尿排出。有时也会有少量的维
3、C直接由尿排出体外。1.2 维生素C主要作用1.2.1 维生素C用于治疗坏血病维生素C能促进胶原蛋白的合成，胶原蛋白又参与细胞的连接。当维生素C缺乏时，胶原不能正常合成，导致细胞连接障碍，微血管容易破裂，血液流到邻近组织，人体各部位易出血，呼吸恶臭，牙龈脱落，皮肤外表易产生瘀斑和紫斑，关节胀痛，严重时可导致死亡。可通过补充维生素C加以治疗。1.2.2 维生素C的解毒作用维生素C具有强复原性、酸性，能与体内氧化性有毒物质发生氧化复原反响，碱性有毒物质发生中和反响降低物质毒性。维生素C能有效抑制体内的氧化作用，还能辅助淋巴单核细胞及白血球对乙醛、磺胺、普鲁卡因、巴比妥、水杨酸等药物的解毒作用，此外
4、维生素C还能对重金属铅、镉、贡等具有较强解毒作用。1.2.3 维生素C能增强免疫力具测定，人体在患病状态维生素C的含量会急剧减少；维生素C可提高CI补体酯酶活性，增加补体CI的产生，促进干扰素的产生，干扰病毒mRNA的转录，抑制病毒的增生；维生素C可参与免疫球蛋白的合成，调节人体物质代谢和能量代谢的平衡，增强人体白血球的吞噬能力，提高机体免疫力。1.2.4 维生素C具有治疗心血管病的作用维生素c有降低血中甘油三酯和胆固醇的作用。它可促进胆固醇在肝脏转移，从而降低血中胆固醇含量并减少动脉粥样斑块的形成。实验观察到维生素c可增加心肌收缩力、增加心排血量、增强心室舒X性能，抑制心律失常等。1.2.5
5、 维生素C具有治疗肿瘤的作用有文献报道维生素C能影响肿瘤凋亡相关基因p53、c-myc及Bcl-2的表达1，抑制肿瘤细胞内DNA复合物合成，干扰肿瘤细胞代谢周期，诱导肿瘤细胞的分化，限制肿瘤细胞的生长，促进肿瘤细胞凋亡。 1.2.6 维生素C在食品领域的应用维生素C在腌肉中的作用 抗坏血酸钠应用于香肠制品和传统肉制品的加工中，能促进腌肉色素的合成，拟制肉毒杆菌生长和亚硝基胺的合成；维生素C在水果和蔬菜中的作用 因为维生素C易被空气中的氧氧化，所以对含有空气的密封包装产品具有特殊意义，维生素C含量低的水果和蔬菜添加抗坏血酸后，可以有效的阻止氧化作用，保持水果的颜色和风味；维生素在酿造制品中的作用
6、 啤酒在储藏期间易产生浑浊，产品的颜色、香味和滋味都会有变化，维生素C是一种符合要求的食品添加剂，在啤酒中用作抗氧化剂，提高啤酒的澄清度。 1.2.7 维生素C还被广泛应用于食料和化装品领域维生素C对畜禽、鱼类的生长发育起着非常重要的作用，在应用中我们一定要选择稳定性、缓释性好，利用率高的维生素C添加剂产品，使养殖业获得最正确收益。维生素C用于化装品中具有抗衰老、美白的作用。还有祛斑美白的效果。2 工艺流程设计我国两步发酵工艺是20世纪70年代由中国科学院微生物研究所和制药厂共同建立的，包括2个发酵步骤，故称两步发酵法。第一步是在醋酸杆菌作用下将D-山梨醇氧化为L-山梨糖，俗称醇糖转化；第二步
7、是在混合菌系的作用下将L-山梨糖进一步氧化为2-酮基-L-古龙酸，俗称糖酸转化。我国Vc混合菌发酵技术具有很大的优势和潜力，其突出优势就是第二步糖酸转化效率非常高。混合菌发酵法在国内的成功应用也引起了国外的广泛关注，并与上世纪80年代向瑞士Hoffmann LaRoche公司进展了技术转让2。此法切实可行，整个过程的工艺流程：D-山梨醇 L-山梨糖 2-酮基-L-古龙酸 L-抗坏血酸说明：第一步发酵：D-山梨醇由微生物氧化成L-山梨糖； 第二步发酵：L-山梨糖由大菌、小菌转化为2-酮基-L-古龙酸；然后把2-酮基-L-古龙酸通过化学方法合成维生素C。2.1 空气除菌过程维生素C的发酵过程属于好
8、氧发酵，因此需要大量的无菌空气。本设计采用两级冷却、别离、加热的空气除菌流程：空气粗过滤器空压机储罐冷却器旋风别离器冷却器丝网别离器加热器过滤器灭菌空气这种流程的特点：2次冷却、2次别离、适当加热。2次冷却、2次别离油水的主要优点是可节约冷却用水，油和水污别离除去比较完全，保证干过滤。经过第一级冷却后，大局部的水油都已结成较大的雾粒，且雾粒浓度比较大，故适宜于用旋风别离器别离。第二级冷却器使空气进一步冷却后析出较小的雾粒，易采用丝网别离器别离，这类别离器可别离较小直径雾粒且别离效果高。经2次别离后，空气带的雾沫就较小，两级冷却可以减小油膜污染对传热的影响3。2.2 第一步发酵过程2.2.1 菌
9、种生黑葡萄糖酸杆菌R-304，细胞椭圆至短杆状，G+，无芽孢，显微镜下浅褐色；最适培养温度34，pH 5.05.2，经扩大培养，接入发酵罐。2.2.2 培养基 种子和发酵培养基成分一致，主要包括D-山梨醇、玉米浆、酵母膏、碳酸钙等成分，添加适量维生素B增加产量。D-山梨醇浓度过高容易产生抑制，一般控制在20%，超过250g/L产生抑制。2.2.3 发酵过程 控制温度34，pH 5.05.2。该反响耗氧比较大，同气比要求1:1。10h后发酵完毕，发酵液经80 10min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。2.3 第二步发酵过程2.3.1 菌种由小菌
10、【氧化葡萄糖酸杆菌(Gluconobacter oxydans)】和大菌【巨大芽孢杆菌(Bacillus rnegaterium)】组成的混合菌株进展发酵生产。其中小菌为产酸菌，单独培养时生长微弱，产酸较少；大菌为伴生菌，不产酸，但促进小菌生长或产酸。大小菌之间是一种协同共生关系，即大茵促进小菌生长和产酸，小菌也使大菌生长加快。2.3.2 培养基 种子培养基和发酵培养基成分类似，主要有L-山梨糖、玉米浆、尿素、碳酸钙、磷酸二氢钾等，pH值为6.8。L-山梨糖初始浓度对产物生成影响较大，一般初糖浓度控制在3050g/L。超过80g/L产生抑制。2.3.3 发酵过程 由于大菌、小菌最适培养条件不同
11、5，如小菌2530，大菌2837，所以发酵过程要兼顾两种菌的最适条件。通常操作温度为30，pH值为6.8左右，溶氧浓度控制30%。混合菌种经二级种子扩大培养，接入含有第一步发酵液的发酵罐中，通入无菌空气搅拌，初始810h菌体快速增长6。当作为伴生菌的大菌开场形成芽孢时，小菌开场产酸。在2024h开场补加培养L-山梨糖，总浓度到达140g/L7。当大菌完全形成芽孢后，产酸到达顶峰，发酵完毕8。大约72h左右，L-山梨糖生成2-酮基-L-古龙酸的转化率可达70%80%。2.4 2-酮基-L-古龙酸的提取别离过程经过两次发酵以后，发酵液中2-酮基-L-古龙酸含量仅约6%8%，残留的菌丝体、蛋白质和悬
12、浮微粒等杂质存在于发酵液中9，需要将Vc前体2-酮基-L-古龙酸提取出来。工艺流程图2-1：2.5 碱转化法合成Vc将2-酮基-L-古龙酸与甲醇反响生成2-酮基-L-古龙酸甲酯，该酯在NaHCO3的作用下内酯化生成VC钠盐，该钠盐经阳离子交换柱酸化后转变为VC，再经脱色、浓缩、结晶等工序得到纯VC10。工艺流程图2-2：2.6 发酵工艺条件的优化对于任何一种发酵产品，肯定存在着抑制该物质大量积累的影响因素11。除了从代谢调控、微生物生理等角度研究这些因素对产酸积累的影响规律外，在发酵工艺的设计中我们还可以从加速底物消耗，缩短发酵时间，降低能耗，降低生产本钱的角度来提高生产效率12。进而提出相应
13、的控制方法或策略，可望实现产品的高产量、高产率和高生产强度的相对统一。3 物料衡算及能量衡算3.1 物料衡算根据维生素C的生产工艺:维生素C的年产量为10000吨，因此生产维生素C的原料使用量(以最高使用量计)如下:倒灌率：1%；D-山梨醇M=182到L-山梨糖转化率4：98%；L-山梨糖转化率到2-酮基-L-古龙酸M=194转化率：80%；2-酮基-L-古龙酸到维生素CM=176的转化率：95%；那么D-山梨醇到维生素C的理论转化率为：=98%*80%*95%=74.48%D-山梨醇的年需求量：X=(1/176)*182/ =1.3884wt;D-山梨醇的日需求量：1.384*10000/3
14、00=46.28t;一年按300个工作日计算表3-1 投料清单物料名称每周期原料消耗量全年原料消耗量/t山梨醇13.8841388.4玉米浆2.6322632硫酸铵1.981980磷酸氢二钾0.68680磷酸二氢钾1.1271127蛋白胨酵母膏28.46328463可溶性淀粉20.34820348尿素7.36m7360m3.2 能量衡算3.2.1 杀菌系统消耗冷水量2-酮基-L-古龙酸在发酵液中的浓度：6%；每天2-酮基-L-古龙酸M=194的产量： (46.28*98%*80%)/182*194=38.68t；每天处理发酵液总量：36.68t/6%=644.60t；第一步发酵完成后发酵液经8
15、0，10分钟低温灭菌，然后冷却到30进展第二步发酵，因此菌种系统冰水日耗量计算如下:发酵液的比热：3.82KJ/Kg；冷水比热容4.20 KJ/Kg，冷却前后温度变化20-50。Q=CMT；Q冰水=Q发酵液3.82*644.60t*(80-30)=4.2*M*50-20；M=977.1t3.2.2 CIP系统蒸汽消耗量每天清洗需要加热清洗介质，根据清洗用管式换热器的设计数据，但是根本上不会同时消耗蒸汽，因此可以按照70%，进展计算，即平均消耗蒸汽5000Kg/天。3.2.3其他电力、压缩空气等耗量电耗和压缩空气的耗量与设备的生产能力有关，将设备清单中设备的消耗量累计，即可得到能源的消耗，由于工厂不会所有设备同时运转，因此根据经历以该数据总量的70%对其进展计算。4 重点设备设计4.1 选择设备的原那么从设备的设计选型上，可以反映出所设计工厂的先进性和生产的可靠性。因此在设备的工艺设计和选型时应考虑如下原那么:(1)保证工
