发酵法生产维生素C的综述

2021年1月24日发(作者：花月仙)









































发酵法生产维生素
C
的综述











环工
1302
刘定坤
（
2013011327
）

发酵法生产维生素
C
的综述


摘要
：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
（英语：
Vitamin C
，又称
L-
抗坏血酸）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。

其结构是一种含有
6
个碳原子的酸性多羟基化合物，分子式为
C6H8O6
，分子量为
176.1
。

天然存在的抗坏血酸有L
型和
D
型
2
种，后者无生物活性。维生素
C
是呈无色无臭的片状
晶体，易溶于水，不溶于有机溶剂。在酸性环境中稳定，遇空气中氧、热、光、碱性 物质，
特别是由氧化酶及痕量铜、铁等金属离子存在时，可促进其氧化破坏。氧化酶一般在蔬菜
中含量较多，故蔬菜储存过程中都有不同程度流失。但在某些果实中含有的生物类黄酮，
能保护其稳定性 。

0
前言

维生素
C
的发酵是指通过发酵作用 将原料转化为维生素
C
，
再通过生物分离技术将其从发酵液中分离提
纯，获取满足要求的维生素
C
产品。
维生素
C
的发酵过程中包含菌种 的培育、
菌种的保藏、
种子的制备、
发酵动力学、
发酵环节的控制和染菌及防 治六个方面。
概括地说，
在发酵的整个过程中要选育出优秀的
发酵菌种并采取合理有效 的方法予以保藏，
保持其优良性状；
在实际生产时要对菌种进行扩大培养，
满
足生产上对发酵菌的数量要求；
对于发酵还应全面的考虑发酵的消耗、
产率问题，
并通 过适当的控制方
法提高效率；
染菌和污染是发酵过程中的一个非常严重的问题，
需要严 格控制，
频繁检测确保发酵罐安
全，避免或较小损失。

1
发酵机制

目前，
维生素
C
发酵主要有葡萄糖发酵和山梨醇 发酵，
工业中使用的发酵方法分别为莱氏法和二步
发酵法。

1.1
葡萄糖发酵

葡萄糖发酵是以葡萄糖为原料生产维生素
C的发酵方法。
该方法包括莱氏法、
新二步发酵法和一步
发酵法，但后两种由于技术 等原因尚未应用到生产中，这里将简要介绍介绍一下。

氏法是一种化学合成与一步发酵相结合 的生产方法，
生产工艺路线成熟，
生产原料便宜易得，
产品

1









































发酵法生产维生素
C
的综述











环工
1302
刘定坤
（
2013011327
）

质量好，收率高。因此至今瑞士的
Roche
、日本的
Takeda
、德国的

和
BASF
等国外生产维生素的
主要公司均采用该方法。< br>该方法生产工序多、
过程长，
难以连续化操作；
使用大量有毒、
易燃化 学药品，
造成环境污染等。为此，自上世纪
60
年代开始，世界各地的科学家都致力于 简化该生产路线的研究。
[1,20,21]
其合成路线如图
1
。


图
1.
莱氏合成路线

新二步发酵法
（相对于 二步发酵法而言，
将在后面对二步发酵法进行介绍）
也称葡萄糖串联发酵法，
是由D-
葡萄糖依次经欧文氏菌、
棒杆菌发酵生成维生素
C
。
该法工 序简单，
但在原料和菌体处理等方面
均有待改进提高，尚未能应用到工业生产中去。

一步发酵法是在新二步发酵法的基础上，
利用生物技术，
采用重组
DNA技术，构成工程菌，
实现从
D-
葡萄糖到
2-KGL
的一步发酵 。
目前，该方法尚处于研究之中。

1.2
山梨醇发酵

山梨醇发酵上世纪
70
年代初，我国的尹光琳等发明了二步发酵法的新工艺，它是目前唯一成功 应
用于
VC
工业生产的微生物转化法
，
是通过生物发酵得到
2-
酮
-L-
古洛糖酸，
这有别于莱氏合成法中的
化学合成，其发酵 成分较莱氏合成法更多。
与莱氏法相同）
。

说明：
目前生
产中假
单孢杆

[20-22]
[1 ]
[1]
其发酵路线如图
2
（仅为发酵过程的一部分，其余过程
图< br>2.
二步发酵法发酵路线

本文将以
D-
葡萄糖为开端，重 点介绍二步发酵生产维生素
C
的过程，其中包括菌种的培育、菌种
的保藏、种子的制备 、发酵动力学、发酵环节的控制和染菌及防治等方面的内容。

2
菌种的培育

二步发酵生产维生素
C
过程中用到的菌系为混合菌系< br>[23]
，包含的发酵菌种类很多，这里将主要介
绍巨大芽孢杆菌菌种的培育。
（由于生黑醋杆菌的相关资料查不到，这里就不进行论述了，可以考虑从
相关机构或科研院所直接获取现 成的生黑醋酸杆菌，这也是获取菌种的一种方法）
。

2.1
菌种特性

巨大芽孢杆菌：
杆状，
末端圆；
单个或呈短链排列，
1.2
～
1.5
×
2.0
～
4 .0
微米；
能运动；
芽孢
1.0
～
1.2
×
1.5
～
2.0
微米，椭圆形，中生或次端生；能够液化明胶慢、胨化牛奶、水解淀 粉、不还原硝酸；
巨大芽孢杆菌为产孢杆菌，且为革兰氏阳性菌及好氧菌，也为常见的油中腐生菌。
2.2
菌种的分离


2