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1、.目录1绪论 1.1引言- 1.2维生素c- 1.2.1维生素c的性质- 1.2.2维生素c的功能与用途- 1.2.3维生素c的生产现状-1.2.4维生素c的发展状况-2.发酵机制2.1我国维生素C二步发酵法发酵机制-3.发酵工艺及特点-3.1二步发酵法-3.2二步发酵法生产维生素C的工艺流程-3.2.1加热沉淀法-3.2.2化学凝聚法-3.2.3超滤-3.2.4其他方法-4.菌种培养基及种子的扩大培养-4.1第一步发酵-4.1.1菌种-4.1.2一级种子扩大培养-4.1.3第一步发酵培养-4.2第二步发酵-4.2.1菌种-4.2.2二级种子扩大培养-4.2.3第二步发酵培养-5.发酵工艺中的
2、部分设备-5.1机械搅拌罐-5.2气升式发酵罐-6.无菌空气制备系统-6.1发酵空气的标准-6.2空气预处理与设备-6.3空气除菌的工艺流程-7.部分工艺计算-7.1物料衡算-7.2每天发酵液体积-7.3发酵罐公称体积-7.4种子罐容积和台数-7.5种子罐公称体积-7.6发酵罐发酵过程中热效应计算-8.三废处理-8.1三废生物处理的目的-8.2废水处理方法-8.3生物滤过法净化处理-8.4生物滤过池法的基本流程- 9参考文献-维生素C的发酵生产1绪论1.1引言 维生素C英语：Vitamin C,又称L-抗坏血酸是高等灵长类动物与其他少数生物的必需营养素。抗坏血酸在大多的生物体可借由新陈代谢制造
3、出来,但是人类是最显著的例外。最广为人知的是缺乏维生素C会造成坏血病。在生物体内,维生素C是一种抗氧化剂,保护身体免于自由基的威胁,维生素C同时也是一种辅酶。其广泛的食物来源为各类新鲜蔬果。 维生素C,为酸性己糖衍生物,是稀醇式己糖酸内酯,Vc主要来源新鲜水果和蔬菜,是高等灵长类动物与其他少数生物的必需营养素。Vc有L-型和D-型两种异构体,只有L-型的才具有生理功能,还原型和氧化型都有生理活性。1.2维生素C1.2.1维生素C1.1.2化学性质 分子式：C6H8O6；分子量：176.12u；酸性,具有较强的还原性,加热或在溶液中易氧化分解,在碱性条件下更易被氧化。 1.1.3物理性质 外观：
4、无色晶体；熔点：190 - 192；沸点：无；紫外吸收最大值：245nm；荧光光谱：激发波长无nm,荧光波长无nm；溶解性：水溶性维生素。1.1.4代谢 食物中的维生素C被人体小肠上段吸收。一旦吸收,就分布到体内所有的水溶性结构中,正常成人体内的维生素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绝大部分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；另一部分可直接由尿排出体外。1.2维生素C的功能与用途1.2.1胶原蛋白的合成 需要维生素C参加,所以VC缺乏 食用富含维生素C的食物可防晒,胶原蛋白不能正常合成,导致细胞连接障
5、碍。人体由细胞组成,细胞靠细胞间质把它们联系起来,细胞间质的关键成分是胶原蛋白。胶原蛋白占身体蛋白质的1/3,生成结缔组织,构成身体骨架。如骨骼、血管、韧带等,决定了皮肤的弹性,保护大脑,并且有助于人体创伤的愈合。1.2.2坏血病 血管壁的强度和VC有很大关系。微血管是所有血管中最细小的,管壁可能只有一个细胞的厚度,其强度、弹性是由负责连接细胞具有胶泥作用的胶原蛋白所决定。当体内VC不足,微血管容易破裂,血液流到邻近组织。这种情况在皮肤表面发生,则产生淤血、紫癍；在体内发生则引起疼痛和关节涨痛。严重情况在胃、肠道、鼻、肾脏及骨膜下面均可有出血现象,乃至死亡。1.2.3牙龈萎缩、出血 预防动脉硬
6、化可促进胆固醇的排泄,防止胆固醇在动脉内壁沉积,甚至可以使沉积的粥样斑块溶解。1.2.4抗氧化剂 可以保护其它抗氧化剂,如维生素A、维生素E、不饱和脂肪酸,防止自由基对人体的伤害。1.2.5治疗贫血 使难以吸收利用的三价铁还原成二价铁,促进肠道对铁的吸收,提高肝脏对铁的利用率,有助于治疗缺铁性贫血。1.2.6防癌 丰富的胶原蛋白有助于防止癌细胞的扩散；VC的抗氧化作用可以抵御自由基对细胞的伤害防止细胞的变异；阻断亚硝酸盐和仲胺形成强致癌物亚硝胺。曾有人对因癌症死亡病人解剖发现病人体内的VC含量几乎为零。1.2.7保护细胞、解毒,保护肝脏在人的生命活动中,保证细胞的完整性和代谢的正常进行至关重要
7、。为此,谷胱甘肽和酶起着重要作用。谷胱甘肽是由谷氨酸、胱氨酸和甘氨酸组成的短肽,在体内有氧化还原作用。它有两种存在形式,即氧化型和还原型,还原型对保证细胞膜的完整性起重要作用。VC是一种强抗氧化剂,其本身被氧化,而使氧化型谷胱甘肽还原为还原型谷胱甘肽,从而发挥抗氧化作用。酶是生化反应的催化剂,有些酶需要有自由的巯基-SH才能保持活性。VC能够使双硫键-S-S还原为-SH,从而提高相关酶的活性,发挥抗氧化的作用。从以上可知,只要VC充足,则VC、谷胱甘肽、-SH形成有力的抗氧化组合拳,清除自由基,阻止脂类过氧化及某些化学物质的毒害作用,保护肝脏的解毒能力和细胞的正常代谢。1.2.8提高人体的免疫
8、力 白细胞含有丰富的VC,当机体感染时白细胞内的VC急剧减少。VC可增强中性粒细胞的趋化性和变形能力,提高杀菌能力。促进淋巴母细胞的生成,提高机体对外来和恶变细胞的识别和杀灭。参与免疫球蛋白的合成。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。1.2.9提高机体的应急能力 人体受到异常的刺激,如剧痛、寒冷、缺氧、精神强刺激,会引发抵御异常刺激的紧张状态。该状态伴有一系列身体,包括交感神经兴奋、肾上腺髓质和皮质激素分泌增多。肾上腺髓质所分泌的肾上腺素和去甲肾上腺素是有酪氨酸转化而来,在次过程需要VC的参与。13国内外的生产现状 目前,我国的二
9、步发酵法与国外的莱氏法共存,各有优势,随着对vc发酵工艺研究深入,将进一步提高底物浓度、降低生产成本和提高发酵收率。而新二步发酵法和一步发酵法为以后的科研生产开辟了一条新的途径,但离实际应用尚有距离,从基因工程的研究来看,不是短期可以奏效的,只有科研单位和工厂的合作,才能及早实现其工业化。随着全球范围对Vc需求量的不断增长,其生产工艺也得到不断的改进。Vc生产最早是使用莱氏法,此法早在30年代就研究成功。D-葡萄糖H2/cat高压D-山梨醇黑醋菌OL-山梨糖CH3COCH3H2SO4SO3双丙酮-L-山梨糖NaOClNiSO4双丙酮-2-酮-L-古洛糖酸H+3O2-酮-L-古洛糖酸1化学转化维
10、生素C。此法存在着工序繁多、劳动、强度大等缺点。国外在此基础上已作改进,尤其是在装备工程上的优势,当前还用于生产。但国内已采用我国自己发明的发酵法代替莱氏法生产Vc。发酵法生产Vc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Vc前体2-酮-L-古洛糖酸再用化学法将1转化为Vc。国内外为提高Vc的质量和收率对发酵法的生产工艺一直在进行不断的改进。14维生素C的研究发展 VC是我国自主知识产权开发的首批西药之一,也是我国最主要的出口刨汇原料药之一。二步发酵法是我国VC生产的主要工艺方法,然而该法不能直接以葡萄糖为发酵料,且涉及二步发酵三种菌,工序繁琐。采用基因工程等先进技术,选育
11、直接以葡萄糖为发酵原料的优良菌株和优化发酵条件将是我国VC生产技术研究的主要方向。此外,目前世界上很多国家正尝试以真核生物为研究对象,利用它们合成VC的代谢途径开发更加环保的生物合成方法。从我国的二步发酵法推广后逐步取代莱氏法这一过程可以预测,随着生物技术的不断发展和更具优势的生物合成VC方法的不断涌现,生物法必将完全取代化学法在VC生产中的地位。为了保持我国在世界VC生 产上的优势地位,必须加强VC生产的基础研究工作。2发酵机制二步发酵法2.1我国维生素C二步发酵法发酵机理 20世纪70年代初,中国科学院微生物研究所和北京制药厂合作,研制成功了二步发酵法制备VC的新工艺。该法以生物氧化过程代
12、替莱氏路线中的部分纯化过程,简化了生产工艺,降低了生产成本,减少了三废污染多年以来一直被国内厂家使用。二步发酵法生产VC可以分为发酵、提取和转化三大步骤即D-山梨醇先经细菌氧化为L一山梨糖,再通过细菌发酵生成VC前体2-KLG,最后用化学法将2-KLG转化为VC。在几十年的工艺发展中,二步发酵法工艺不断地得到了改进。H2/ Cat 醋酸杆菌 大菌、小菌D - 葡萄糖 D - 山梨醇 D - 山梨糖 2 KLG 混合发酵化学转化Vc2.1.1混合发酵中大菌和小菌的关系 我国维生素C二步发酵法涉及小菌和大菌2个菌株。其中小菌为产酸菌,但单独培养传代困难,且产酸能力很低;大菌不产酸,但可促进小菌生长和产酸,为小菌的伴生菌。魏东芝等曾提出大菌为小菌提供某种生长因子促进小菌生长的设想。冯树等川研究证实,大菌胞内液和胞外液均可促进小菌生长,缩短小菌生长的延迟期;大菌的胞外液可促进小菌产酸,表明大菌通过释放某些代谢活性物质促进小菌产酸,并已从大菌胞外液中分离出一种可促进小菌产酸的蛋白。该活性蛋白的形成规律和作用机制尚在探索中。在混合发酵中,大菌不代谢L一山梨糖
