古龙酸提取工艺优化研究

2022-03-17孙瑞君慕金凤

石油化工应用 2022年2期

孙瑞君，慕金凤

（宁夏启元药业有限公司，宁夏银川 750100）

维生素C 是一种重要的维生素类药物和营养剂，在医药和食品工业中均有很大用途。目前维生素C 的生产主要有莱氏法和二步发酵法，我国的维生素C 生产企业一般采用二步发酵法。即D-山梨醇在微生物的作用下直接转化为古龙酸钠料液，古龙酸钠料液经过多步生产过程得古龙酸晶体，古龙酸在酸转化或碱转化下生成维生素C[1]。2-酮基-L-古龙酸又叫古龙酸，英文名2-keto-L-gulonic acid，分子式为C6H10O7，相对分子质量194，是维生素C 生产中重要的中间体。作为一种有机弱酸，在常温下呈白色结晶，易溶于水、微溶于醇，味无臭、微酸[2]。

对古龙酸进行有效提取、分离与纯化，提高其质量是提高维生素C 产品质量的关键。目前，国内古龙酸的主要生产工艺过程为二步发酵法、膜过滤、离交、浓缩。古龙酸发酵液中约含古龙酸12%，还含有残留培养基、大量菌丝体、蛋白质、交替及悬浮微粒等杂质，因此过滤膜的选择至关重要，既可以拦截绝大部分杂质，又不会影响过滤效果和收率；通过离子交换过程得到的古龙酸水溶液浓度低、体积大，需通过纳滤浓缩、多效蒸发器联合进行浓缩[3]。按照传统的生产工艺组织生产，最终检测产品质量来确认放行，但在实际生产中表现出来产品质量波动大，控制难度高。

古龙酸发酵液纯化近年来普遍采用高科技膜片超滤提纯得到广泛应用，此方法具有能耗小、操作条件温和、不腐蚀设备、不造成物料破坏、减少环境污染等优点[4]。但膜片的选择成为关键，直接影响到滤液的质量、效率及收率；古龙酸浓缩一般均采用三效蒸发工艺，存在起始浓度低、蒸发周期长、造成物料破坏、蒸汽消耗高等缺点，因此考察最佳的浓缩温度成为浓缩环节的关键；古龙酸滤液中的钠离子最常用的方法是采用阳离子交换树脂去除，而目前市面上的阳离子交换树脂种类繁多，因此，树脂型号的选择成为古龙酸离交过程的关键，直接影响古龙酸离交液的质量及收率，且影响离交效率。

鉴于以上问题，本文主要考察了不同过滤膜、不同温度、不同时长对古龙酸水溶液质量的影响，为优化古龙酸提取工艺提供有效参数范围。

1 实验过程

1.1 实验器材

卷式超滤膜（截留相对分子质量3 KD），卷式超滤膜（截留相对分子质量4 KD），陶瓷微滤膜（截留相对分子质量15 KD），平板膜（截留相对分子质量20 KD），水浴锅，计时器。苏青A、苏青B、陶氏C 及漂莱特D 离子交换树脂。

1.2 实验过程设计

根据实验目的，实验共分为两组。

第一组：将古龙酸发酵液分别经过3 KD 卷式超滤膜、4 KD 卷式超滤膜、15 KD 陶瓷微滤膜、20 KD 平板膜过滤，过滤结束后，检测古龙酸滤液的各项指标，进行比较。

第二组：将古龙酸溶液置于不同温度的水浴锅中，并在不同的时间点取样检测，最终将所有的检测数据进行汇总并比较。

第三组：将苏青A、苏青B、陶氏C 及漂莱特D 离子交换树脂分别装柱活化后，取古龙酸滤液进行离子交换，离交液流速控制在树脂总体积的1/150，比较四种树脂对应的1 mL 树脂的古龙酸交换量、离交液透光度、蛋白含量及色泽等参数。

2 数据分析

2.1 古龙酸发酵液过滤膜筛选

分析：表1 数据显示，随着过滤膜孔径的增大，古龙酸滤液中的酸量、总糖、蛋白均有所升高，透光率逐渐下降，平均通量先升后降。综合滤液质量及膜平均通量（效率），应选择孔径为15 KD 左右的陶瓷膜过滤古龙酸发酵液。

表1 不同膜过滤古龙酸发酵液所得滤液参数

2.2 古龙酸水溶液温度破坏实验

分析：由表2 数据可得，古龙酸水溶液随着温度的升高和时间的延长，古龙酸含量逐渐降低。古龙酸溶液浓缩过程中，不采用70 ℃进行浓缩，60 ℃的浓缩时长控制在2 h 以内，50 ℃的浓缩时长控制在4 h 以内，40 ℃的浓缩时长控制在6 h。因此，古龙酸溶液浓缩温度范围为40～60 ℃，采用先高后低的温度控制策略，并尽量控制浓缩总时长小于12 h。