维生素-C二步发酵合成法膜技术应用的研究进展

2014-05-14 18:33:04 admin 142
来源:浙江大学动物科学学院 宋文新 邵庆均 / 时间:2009-4-30 12:58:41
  据三农在线2009年4月30日讯 维生素C是生命的必需营养元素,具有多种生理功能,因而改进维生素C生产工艺、提高产品产量和质量成为目前维生素C研究的热点。目前,国内维生素C最主要的生产方式是二步发酵法。微生物二步发酵法具有工艺路线短、“三废”少、原料单耗低和对设备腐蚀性小等优点。
  二步发酵合成法生产维生素C实验的过程可以分为发酵、提取和转化三大步骤。
  发酵
  二步发酵法的第—步是用假单孢杆菌将山梨醇转化成L-山梨糖。此外,弱氧化醋酸杆菌、生黑葡萄糖酸杆菌、恶臭醋酸杆菌、醋酸化醋酸杆菌、拟胶杆菌等细菌也有此转化功能。发酵第二步采用混合发酵法,即用巨大芽孢杆菌和氧化葡萄糖酸杆菌混合培养,将L-山梨糖转化为维生素C实验的前体2-酮基-L-占龙酸,其中大菌为伴生菌,小菌为产酸菌。此外,在维生素C实验二步发酵法的生产实践中发现,能用作氧化葡萄糖酸杆菌的产酸菌组合的伴生菌还有条纹假单孢菌、蜡状芽孢杆菌和软化芽孢杆菌等。
  提取
  发酵液的提取工艺是维生素C实验生产行业中较为重要的问题。经过二次发酵,发酵液中2-酮基-L-占龙酸含量仅为6~9%,且残留菌丝体、蛋白质和悬浮微粒等杂质,分离提纯比较困难。后处理的费用占总成本的比例很大,因此研究后处理技术,对降低维生素C实验的生产成本非常重要。生产上应用的提取法主要有加热沉淀法、化学凝聚法和超滤提取3种。
  超滤提取具有无相变、节能、操作简便、不造成新的环境污染等优点,现已在生产中获得广泛应用。有许多将超滤用于发酵液的提取、浓缩等的报道。2—酮基-L-古龙酸钠盐发酵液预处理后通过超滤膜,使1-酮基-L-古龙酸钠盐溶液与菌丝、蛋白质及悬浮微粒等大分子杂质分离,大大简化了提取工艺。再经超滤树脂脱盐脱色后浓缩结晶,2-酮基-L-古龙酸超滤工艺收率约为98%,在超滤前后发酵液中2-酮基-L-古龙酸的钠盐含量几乎不变。此工艺用膜分离代替传统工艺中的加热除蛋白质,1-酮基-L-古龙酸收率提高近4%。整个过程通过夹套冷却的方法保持在常温下操作,能耗低,成本降低。在用膜除蛋白质过程中,无任何新化学物质加入,减少了树脂的污染和损耗,降低了酸碱用量,也减少了“三废”排放。更值得指出的是,超滤法对已染菌的维生素C实验发酵液仍可保证最终成品质量,而其他工艺却难以实现。
  超滤技术的重点在于选择合适的膜和膜装置、生产流程和膜清洗方法。随着新型膜材料技术的进一步开发,如陶瓷膜、不锈钢膜等的应用,选择最适宜的膜设备、膜组件和膜分离件,可使产品的收率和质量进一步提高。选择抗堵塞的超滤膜组件,可消除发酵液的预处理步骤,降低成本。膜装置在大规模工业化生产中多采用连续式流程。膜清洗程序和膜的寿命有很大关系,主要是洗涤剂加入量、pH值调节、加热温度和冲洗时间等。此外,提取方法还有仍处于实验阶段的离子交换法和溶媒萃取法。
  酸转化
  传统的酸转化法是采用浓HCl将2-酮基-L-古龙酸直接转化成维生素C实验。由于该方法严重腐蚀设备,污染环境,影响产品质量,目前已普遍改用碱转化法。
  目前已有试验尝试用双极性膜电渗析法来取代传统酸化工艺。它是利用在直流电场作用下,双极性膜中的水被离解成H+和OH-,H+和维生素C实验钠盐中的维生素C实验酸根结合成离解度小的维生素C实验,维生素C实验钠盐中的Na+在电场中通过阳离子交换膜从维生素C实验钠盐中分离出来,并和双极性膜侧出来的OH-结合生成NaOH。双极性膜电渗析法可以在无外加物料的条件下,将维生素C实验钠盐转化成维生素C实验,过程简单能耗低,设备体积小,投资少,操作简单,转化率可高达99%,其副产品NaOH稀溶液可有效利用,无环境污染。此法目前试验者较多,有望推广到各种有机酸制备的使用中。
  维生素C实验是目前全球维生素生产厂竞争最激烈、产销量最大和应用范围最广泛的维生素产品,也是我国最主要的出口创汇原料药之一。目前,全球维生素C实验消费量每年10万吨以上,消费去向主要是医药、食品及饮料、动物饲料等三大领域,其中以食品饮料行业维生素C实验需求量最大,而动物饲料是近年发展起来的新领域,潜力很大。因此,从维生素C实验二步发酵法生产的各个环节不断改进生产工艺、优化发酵条件,可以降低成本,提高产品产量和质量,从而使我国在国际维生素C实验市场更具竞争力。