古龍酸提取工藝優(yōu)化研究

孫瑞君，慕金鳳

（寧夏啟元藥業(yè)有限公司，寧夏銀川 750100）

維生素C 是一種重要的維生素類藥物和營養(yǎng)劑，在醫(yī)藥和食品工業(yè)中均有很大用途。目前維生素C 的生產(chǎn)主要有萊氏法和二步發(fā)酵法，我國的維生素C 生產(chǎn)企業(yè)一般采用二步發(fā)酵法。即D-山梨醇在微生物的作用下直接轉(zhuǎn)化為古龍酸鈉料液，古龍酸鈉料液經(jīng)過多步生產(chǎn)過程得古龍酸晶體，古龍酸在酸轉(zhuǎn)化或堿轉(zhuǎn)化下生成維生素C[1]。2-酮基-L-古龍酸又叫古龍酸，英文名2-keto-L-gulonic acid，分子式為C6H10O7，相對分子質(zhì)量194，是維生素C 生產(chǎn)中重要的中間體。作為一種有機(jī)弱酸，在常溫下呈白色結(jié)晶，易溶于水、微溶于醇，味無臭、微酸[2]。

對古龍酸進(jìn)行有效提取、分離與純化，提高其質(zhì)量是提高維生素C 產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。目前，國內(nèi)古龍酸的主要生產(chǎn)工藝過程為二步發(fā)酵法、膜過濾、離交、濃縮。古龍酸發(fā)酵液中約含古龍酸12%，還含有殘留培養(yǎng)基、大量菌絲體、蛋白質(zhì)、交替及懸浮微粒等雜質(zhì)，因此過濾膜的選擇至關(guān)重要，既可以攔截絕大部分雜質(zhì)，又不會影響過濾效果和收率；通過離子交換過程得到的古龍酸水溶液濃度低、體積大，需通過納濾濃縮、多效蒸發(fā)器聯(lián)合進(jìn)行濃縮[3]。按照傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝組織生產(chǎn)，最終檢測產(chǎn)品質(zhì)量來確認(rèn)放行，但在實際生產(chǎn)中表現(xiàn)出來產(chǎn)品質(zhì)量波動大，控制難度高。

古龍酸發(fā)酵液純化近年來普遍采用高科技膜片超濾提純得到廣泛應(yīng)用，此方法具有能耗小、操作條件溫和、不腐蝕設(shè)備、不造成物料破壞、減少環(huán)境污染等優(yōu)點[4]。但膜片的選擇成為關(guān)鍵，直接影響到濾液的質(zhì)量、效率及收率；古龍酸濃縮一般均采用三效蒸發(fā)工藝，存在起始濃度低、蒸發(fā)周期長、造成物料破壞、蒸汽消耗高等缺點，因此考察最佳的濃縮溫度成為濃縮環(huán)節(jié)的關(guān)鍵；古龍酸濾液中的鈉離子最常用的方法是采用陽離子交換樹脂去除，而目前市面上的陽離子交換樹脂種類繁多，因此，樹脂型號的選擇成為古龍酸離交過程的關(guān)鍵，直接影響古龍酸離交液的質(zhì)量及收率，且影響離交效率。

鑒于以上問題，本文主要考察了不同過濾膜、不同溫度、不同時長對古龍酸水溶液質(zhì)量的影響，為優(yōu)化古龍酸提取工藝提供有效參數(shù)范圍。

1 實驗過程

1.1 實驗器材

卷式超濾膜（截留相對分子質(zhì)量3 KD），卷式超濾膜（截留相對分子質(zhì)量4 KD），陶瓷微濾膜（截留相對分子質(zhì)量15 KD），平板膜（截留相對分子質(zhì)量20 KD），水浴鍋，計時器。蘇青A、蘇青B、陶氏C 及漂萊特D 離子交換樹脂。

1.2 實驗過程設(shè)計

根據(jù)實驗?zāi)康?，實驗共分為兩組。

第一組：將古龍酸發(fā)酵液分別經(jīng)過3 KD 卷式超濾膜、4 KD 卷式超濾膜、15 KD 陶瓷微濾膜、20 KD 平板膜過濾，過濾結(jié)束后，檢測古龍酸濾液的各項指標(biāo)，進(jìn)行比較。

第二組：將古龍酸溶液置于不同溫度的水浴鍋中，并在不同的時間點取樣檢測，最終將所有的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總并比較。

第三組：將蘇青A、蘇青B、陶氏C 及漂萊特D 離子交換樹脂分別裝柱活化后，取古龍酸濾液進(jìn)行離子交換，離交液流速控制在樹脂總體積的1/150，比較四種樹脂對應(yīng)的1 mL 樹脂的古龍酸交換量、離交液透光度、蛋白含量及色澤等參數(shù)。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 古龍酸發(fā)酵液過濾膜篩選

分析：表1 數(shù)據(jù)顯示，隨著過濾膜孔徑的增大，古龍酸濾液中的酸量、總糖、蛋白均有所升高，透光率逐漸下降，平均通量先升后降。綜合濾液質(zhì)量及膜平均通量（效率），應(yīng)選擇孔徑為15 KD 左右的陶瓷膜過濾古龍酸發(fā)酵液。

表1 不同膜過濾古龍酸發(fā)酵液所得濾液參數(shù)

2.2 古龍酸水溶液溫度破壞實驗

分析：由表2 數(shù)據(jù)可得，古龍酸水溶液隨著溫度的升高和時間的延長，古龍酸含量逐漸降低。古龍酸溶液濃縮過程中，不采用70 ℃進(jìn)行濃縮，60 ℃的濃縮時長控制在2 h 以內(nèi)，50 ℃的濃縮時長控制在4 h 以內(nèi)，40 ℃的濃縮時長控制在6 h。因此，古龍酸溶液濃縮溫度范圍為40～60 ℃，采用先高后低的溫度控制策略，并盡量控制濃縮總時長小于12 h。

表2 不同溫度不同時間下古龍酸水溶液中古龍酸含量變化數(shù)據(jù) 單位：mg/mL

2.3 古龍酸陽離子交換樹脂篩選

分析：由表3 數(shù)據(jù)可得，比較了四種陽離子交換樹脂古龍酸離交液的色澤、交換量、透光度以及蛋白質(zhì)四個參數(shù)，陶氏C 陽離子交換樹脂離交液均明顯優(yōu)于其他三種陽離子交換樹脂。

表3 不同古龍酸陽離子交換樹脂離交液參數(shù)

3 結(jié)論

綜上所述，古龍酸提取過程中應(yīng)按照以下參數(shù)進(jìn)行，才能提高其質(zhì)量。

（1）綜合濾液質(zhì)量及膜平均通量（效率），古龍酸發(fā)酵液過濾應(yīng)選擇孔徑為15 KD 左右的陶瓷膜過濾古龍酸發(fā)酵液。

（2）古龍酸溶液濃縮溫度范圍為40～60 ℃，采用先高后低（梯度控制）的溫度控制策略，并盡量控制濃縮時長小于12 h。

（3）古龍酸濾液離子交換應(yīng)優(yōu)先選擇陶氏C 陽離子交換樹脂，且在實際生產(chǎn)過程中應(yīng)該通過實驗確定最佳的離交液流速。