維生素生產(chǎn)工藝

第十三章維生素發(fā)酵生產(chǎn)工藝第一節(jié)維生素概述第二節(jié)維生素C的生產(chǎn)工藝1a第一節(jié)維生素概述維生素是維持人體正常生理功能所必須的一類有機化合物。它們種類繁多、性質(zhì)各異，根本上可分為水溶性維生素和脂溶性維生素兩類，并具有以下共同特點：(1)維生素或其前體都在天然食物中存在，但是沒有一種天然食物含有人體所需的全部維生素。(2)它們在體內(nèi)不提供熱能，一般也不是機體的組成成分。(3)它們參與維持機體正常生理功能，需要量極少，通常以毫克、有的甚至以微克計，但是絕對不可缺少。(4)它們一般不能在體內(nèi)合成，或合成的量少，不能滿足機體需要，必須經(jīng)常由食物供給。2a維生素命名維生素有三種命名系統(tǒng)。一是按發(fā)現(xiàn)的歷史順序，以英文字母順次命名，如維生素Ａ、維生素Ｂ、維生素Ｃ、維生素Ｅ等；二是按其特有的功能命名，如抗干眼病維生素、抗癩皮病維生素、抗壞血酸等；三是按其化學(xué)結(jié)構(gòu)命名，如視黃醇、硫胺素、核黃素等。三種命名系統(tǒng)互相通用。3a維生素的種類維生素的種類很多，化學(xué)結(jié)構(gòu)差異很大，通常按照其溶解性質(zhì)將其分為脂肪溶性和水溶性兩大類。脂溶性維生素包括維生素Ａ、維生素Ｄ、維生素Ｅ、維生素.水溶性維生素包括Ｂ族維生素〔維生素Ｂ1、維生素Ｂ2、尼克酸、泛酸、維生素Ｂ6、葉酸、維生素Ｂ12、生物素、膽堿〕和維生素Ｃ。脂溶性維生素在機體內(nèi)的吸收往往與機體對脂肪的吸收有關(guān)，且排泄效率不高，攝入過多可在體內(nèi)蓄積，以至產(chǎn)生有害影響，而水溶性維生素排泄率高，一般不在體內(nèi)蓄積，毒性較低，但超過生理需要量過多時，可能出現(xiàn)維生素和其他營養(yǎng)素代謝不正常等不良作用。還有一些化合物，如生物類黃酮、牛磺酸、肉堿、肌醇、輔酶Ｑ等，它們的活性類似維生素，稱類維生素。4a脂溶性維生素與水溶性維生素的不同點脂溶性維生素水溶性維生素化學(xué)組成僅含C,H,O除C,H,O外，有的尚有N,S,Co等元素溶解性溶于脂肪及脂溶劑溶于水吸收、排泄隨脂肪經(jīng)淋巴系統(tǒng)吸收，從膽汁少量排泄經(jīng)血液吸收過量時，很快從尿中排出積存性攝入后，大部分積存在體內(nèi)一般在體內(nèi)無積存缺乏癥出現(xiàn)時間緩慢較快毒性大劑量攝入(6-10倍RDA)易引起中毒幾無毒性，除非極大量5a6a維生素生產(chǎn)工藝研究維生素的結(jié)構(gòu)無相似之處，主要有三種生產(chǎn)方式：微生物發(fā)酵化學(xué)合成天然提取7a8a維生素生產(chǎn)現(xiàn)狀起源于20世紀(jì)50年代維生素C的生產(chǎn)20世紀(jì)80年代可生產(chǎn)除維生素H外各種維生素目前，全球最大出口國之一。9a一、抗壞血酸(維生素C)的生產(chǎn)工藝1．結(jié)構(gòu)抗壞血酸即維生素C。它具有酸性和強復(fù)原性，為高度水溶性維生素。此性質(zhì)歸因于其內(nèi)酯環(huán)中與碳基共軛的烯醇式結(jié)構(gòu)。天然的抗壞血酸是L-型。其異構(gòu)體D-型抗壞血酸的生物活性大約是L-型的10％，常用于非維生素的目的，例如在食品加工中作為抗氧化劑等添加于食品之中?？箟难嵋籽趸摎湫纬蒐-脫氫抗壞血酸。因其在體內(nèi)可復(fù)原為L-抗壞血酸，故仍有生物活性。其活性約為L-抗壞血酸的80％。10a它是含有內(nèi)脂結(jié)構(gòu)的多元醇類，其特點是具有可解離出H+的烯醇式羥基，因而其水溶液有較強的酸性。11a12a2．生理作用抗壞血酸的作用與其激活羥化酶，促進(jìn)組織中膠原的形成密切有關(guān)。膠原中含大量羥脯氨酸與羥賴氨酸。前膠原肽鏈上的脯氫酸與賴氨酸需經(jīng)羥化，必須有抗壞血酸參與。否那么，膠原合成受阻。這已由維生素C缺乏或缺乏時傷口愈合減慢所證明。由色氨酸合成5-羥色氨酸，其中的羥化作用也需維生素C參與。此外它還參與肉堿和類固醇化合物的合成以及酪氨酸的代謝等。13a抗壞血酸可參與體內(nèi)氧化復(fù)原反響，并且是體內(nèi)一種重要的抗氧化劑。它作為抗氧化劑可以去除自由基，在保護DNA、蛋白質(zhì)和膜結(jié)構(gòu)免道損傷方面起著重要作用。14a此外，抗壞血酸在細(xì)胞內(nèi)作為鐵與鐵蛋白間相互作用的一種電子供體，可使三價鐵復(fù)原為二價鐵而促進(jìn)鐵的吸收。對改善缺鐵性貧血有一定的作用。它還可提高機體的免疫機能和應(yīng)激能力。至于對大劑量服用維生素C預(yù)防疾病的觀點頗有爭論。尤其是近年來有不少報道大劑量服用維生素C對機體不利，如每日攝取維生素C2~8g可出現(xiàn)惡心、腹部痙攣、腹瀉，鐵吸收過度、紅細(xì)胞破壞及泌尿道結(jié)石等副作用，并可能造成對大劑量維生素C的依賴性，故不推薦常規(guī)大劑量攝取維生素C。15a3．穩(wěn)定性抗壞血酸是最不穩(wěn)定的維生素，影響其穩(wěn)定性的因素很多，包括溫度、pH、氧、酶、金屬離子、紫外線、x—射線和—射線的輻射，抗壞血酸的初始濃度、糖和鹽的濃度，以及抗壞血酸和脫氫抗壞血酸的比例等。既然影響因素如此之多，要清楚了解其降解途徑和各種反響產(chǎn)物很不容易。目前對上述反響機制確實定，除了測定被別離產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)之外，那么是在pH＜2、高濃度條件下的模擬體系中進(jìn)行動力學(xué)和物理化學(xué)測定的結(jié)果。16a(2)溫度如前所述，抗壞血酸在冷凍或冷藏時，特別是在-7~-18℃范圍內(nèi)有大量損失。但是，通常其穩(wěn)定性隨著溫度的降低而增加。非柑橘類食品的最大損失主要在熱加工期間。除烹調(diào)外加工時燙漂，瀝濾的損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它加工的損失。(3)食品添加劑在食品加工時常常要加人某些食品添加劑。例如在果蔬加工中添加漂白劑亞硫酸鹽，它可降低抗壞血酸的損失。此外，在腌肉時添加發(fā)色劑亞硝酸鹽那么可破壞維生素C的活性17a生產(chǎn)工藝路線國際上采用萊氏法化學(xué)合成兩步發(fā)酵工藝------我國獨創(chuàng)-----主要生產(chǎn)工藝?yán)靡环N微生物將L-山梨糖轉(zhuǎn)化為2-酮基-L古龍酸，再經(jīng)化學(xué)轉(zhuǎn)化生產(chǎn)維生素C，稱為兩步發(fā)酵工藝。此法使產(chǎn)品產(chǎn)量得到大幅度提高18a化學(xué)合成第一步發(fā)酵第二步發(fā)酵提取后堿轉(zhuǎn)化19a微生物兩步發(fā)酵法第一步發(fā)酵黑醋酸桿菌〔或弱氧化醋桿菌〕經(jīng)過二級種子擴大培養(yǎng)，種子液質(zhì)量到達(dá)轉(zhuǎn)種液標(biāo)準(zhǔn)時，將其轉(zhuǎn)移至含有山梨醇、玉米粉、磷酸鹽、碳酸鈣等組分的發(fā)酵培養(yǎng)基中，在28～34℃下進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)。在發(fā)酵過程中可采用流加山梨醇的方式，其發(fā)酵收率達(dá)95％，培養(yǎng)基山梨醇濃度到達(dá)25％時也能繼續(xù)發(fā)酵。發(fā)酵結(jié)束，發(fā)酵液經(jīng)低溫滅菌，得到無菌的含有的發(fā)酵液，作為第二步發(fā)酵的原料。第二步發(fā)酵