Производство аскорбиновой кислоты (витамина С)

Аскорбиновой кислоты
Биологически активен только один из изомеров - L-аскорбиновая кислота, который называют витамином C.
Аскорбиновая кислота является производным моносахарида L-ряда.
Это строение подтверждено синтезами, в которых исходными веществами являются L-сорбоза, превращающиеся в 2-кето-L-гулоновую кислоту (2-KLG) - ключевой полупродукт в синтезе аскорбиновой кислоты

Для превращения глюкозы в аскорбиновую кислоту необходимы четыре фермента, а у нас, людей, есть только три.
Нехватает четвертого фермента, L-гулононактона оксидазы, что блокирует производство печенью витамина С в организме человека.

Способы получения аскорбиновой кислоты
Химический синтез
Комбинированный

Комбинированный способ

Используемые микроорганизмы
Аcetobacter xylinum
Ac. Xylinoides
Ac. Suboxydans
Gluconobacter Oxydans
Erwinia herbicola
Corynebacterium spp.
Brevibacterium spp.
Arthrobacter spp.
Могут превращать глюкозу в 2,5-дикето-D-глюконовую кислоту (2,5-DKG)
Синтезирующие фермент 2,5-DKG-редуктазу, т.е. могут преобразовывать 2,5-DKG в 2-KLG (2-кето-L-гуло-новую кислоту)

Промышленный синтез L-аскорбиновой кислоты

Микробиологический синтез

Ферментация Gluconobacter oxydans
Выращивают в ферментерах периодического действия с мешалкой, барботером, усиленной аэрацией, τ = 20-40 ч. Выход сорбозы достигает 98% от начального сорбита
Выделение L -сорбозы из культуральной жидкости
Подготовленная культура Gluconobacter oxydans
Питательная среда: кукурузно-дрожжевой экстракт (дрожжевой экстаракт до 20%),
сорбит

Микробиологический синтез 2-KLG

Технологический процесс окисления D-сорбита в
L-сорбозу
2.Приготовление и выращивание посевного материала
1.Приготовление дрожжевого биостимулятора, дрожжевого автолизата и разбавленной серной кислоты
3.Проведение процесса биохимического окисления в производственном ферментаторе
4.Выделение кристаллической L-сорбозы из окисленного раствора

1.Приготовление дрожжевого биостимулятора, дрожжевого автолизата.
Биостимулятор готовят из дрожжей, извлекая необходимые компоненты из дрожжевых клеток с помощью водной экстракции, автолиза, плазмолиза, кислотного гидролиза. Питательной средой для рабочей культуры является очищенный раствор D-сорбита и биостимулятора.
В питательную среду добавляется уксусная кислота до рН 4,8-5,5.

Приготовление питательной среды
Питательная среда
(рН 5,4-6,0)
Биостимулятор
Азотнокислый аммоний
Трилон Б
Олеиновой кислоты
10% - ный раствор очищенного сорбита
Серная кислота
Стерилизация питательной среды
t= 1 час
τ = 120 °С

Приготовление посевного материала
Охлажденная, стерильная питательная среда
t= 35° С
Рабочая культура бактерий
Раствор витаминов B1 и В3
Глубинное культивирование (глубинное окисление)
t= 30 – 32 °С
τ = 10-12 ч

Ферментация
После этого глубинную культуру стерильно переносят в посевные ферментаторы. Культуру из инокулятора проверяют на чистоту и степень окисления, которая не должна быть ниже 30%.
Процесс ферментации ведут двумя способами:
периодическим
непрерывным
Непрерывный способ ферментации включает 2 стадии:
непрерывное культивирование уксуснокислых бактерий при биохимическом окислении D-сорбита
непрерывное выделение кристаллической L-сорбозы из окисленного раствора.

Ферментация
Наиболее эффективно процесс ферментации осуществляется в колонном ферментаторе с сетчатыми тарелками (установка типа УНФ-100).
В аппарат с определенной скоростью, непрерывно подается рабочая культура, стерильная среда (водный раствор сорбита с концентрацией D-сорбита 22%), а также сжатый воздух.
Процесс проводится при t = 30-36°С,
р= 0,2-0,5 атм, рН = 4-4,5, τ = 28-39 ч.
Окисленный раствор непрерывно отводится из верхней части колонного ферментатора в сборник, а затем поступает на доокисление в периодически действующие ферментаторы, где глубина окисления повышается с 70-80% до 95%. Окисленный раствор сорбита с содержанием сухих веществ 20-25% направляют на очистку.