维生素生产工艺

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%。
2-酮基-L-古龙酸的分离提纯：经二步发酵法两次发酵以后，发酵液中仅含8%左右的2-酮基-L-古龙酸，且残留菌丝体、蛋白质和悬浮的固体颗粒等杂质，常采用加热沉淀法、化学凝聚法、超滤法分离提纯。传统工艺是加热沉淀法，发酵液经静置沉降后通过732氢型离子交换树脂柱，调节pH至蛋白质等电点，并加热使蛋白质凝固，然后用高速离心机分离出菌丝、蛋白和微粒，清液再次通过阳离子交换柱，酸化为2-酮基-L-古龙酸的水溶液，浓缩结晶后得到2-酮基-L-古龙酸。

2-酮基-L-古龙酸的化学转化：将维生素C前体2-酮基-L-古龙酸转化为维生素C，常采用碱转化法。2-酮基-L-古龙酸在甲醇中用浓硫酸催化酯化生成2-酮基-L-古龙酸甲酯，加NaHCO3转化生成维生素C钠盐，经氢型离子交换树脂酸化得到维生素C。粗品经结晶精制得维生素C成品。

3 维生素B2生产工艺

维生素B2（vitamin B2）又称核黄素(riboflavin)，国内约有l0家核黄素生产商。目前国内外广泛采用微生物发酵法工业生产维生素B2。能够产生维生素B2 的微生物有细菌、真菌和霉菌，工业生产中主要以阿舒假囊酵母(Eremotherecium ashbyii)为生产菌种。维生素B2 的工业发酵一般为二级发酵，发酵液先沉淀再氧化进行分离提纯。

发酵培养基中以植物油、葡萄糖、糖蜜或大米等作为主要碳源，植物油中以豆油对维生素B2产量的促进效果最为显著,有机氮源以蛋白胨、骨胶、鱼粉、玉米浆为主，无机盐有NaCl、K2HPO4、MgSO4。种子扩大培养和发酵的通气量要求均比较高，通气比一般在1.0，罐压0.05 MPa左右，搅拌功率要求比较高。阿舒假囊酵母的最适生长温度在28~30 ℃，种子培养34~38h后接入发酵罐，发酵培养40h后开始连续流加补糖，发酵液的pH值控制在5.4~6.2,发酵周期为150~160h。维生素B2的产量在50 g/L左右。

维生素B2的分离提取与纯化：发酵液酸化后加热,然后加入黄血盐、硫酸锌沉淀蛋白，过滤后滤液调pH 1.5~2.0酸化，静置20~40h沉淀，压滤后将沉淀物酸溶，加入硝酸铵，氧化抽提，氧化液经结晶、过滤后，湿晶在80 ℃以下干燥20h，得到维生素B2成品。