[发明专利]一种提高维生素C中间体2-酮基-L-古龙酸生产效率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高维生素C中间体2-酮基-L-古龙酸生产效率的方法，具体为在发酵生产过程中通入富氧空气，提高发酵液中的溶解氧浓度，以提高2-酮基-L-古龙酸生产效率，属于维生素C生产技术领域。 

背景技术

维生素C又称L-抗坏血酸，它能参与体内多种氧化还原反应及羟化反应，是一类重要的细胞代谢氧化还原化合物，在人体内起到必不可少的重要生理作用，如治疗人类坏血病，增强人体抵抗力。绿色植物能够自己合成维生素C，然而人和许多动物由于身体肝脏中缺少古洛内酯氧化酶，因此不能自己合成，必须从外界摄取。目前维生素C已广泛应用于医药、食品、保健品和化妆品等领域。并且随着其用途的开发和人们物质文化生活水平的提高，对维生素C的需求量也不断增加。 

1933年，德国化学家Reichstein等发明了以化学合成法为主的莱氏法，是最早工业化生产维生素C的方法，但此法合成路线过长，有毒有害的中间产物以及有机原料消耗量多，导致维生素C生产成本较高。七十年代初，我国首创了维生素C二步发酵法并将其应用于工业生产。该法在莱氏法一步发酵的基础上，采用混菌发酵，使山梨糖转化为2-酮基-L-古龙酸，工艺简单、成本低、无污染，是目前维生素C工业生产的主要方法。 

维生素C生产中采用两步发酵获得中间体2-酮基-L-古龙酸，第一步是在醋酸杆菌作用下将D-山梨醇氧化为L-山梨糖，此步发酵工艺成熟，发酵周期约为20 h，且转化率很高，现已能达98%以上；第二步是将L-山梨糖进一步氧化生成2-酮基-L-古龙酸，此步发酵由两种微生物混菌发酵进行，一种为氧化葡萄糖酸杆菌（又名氧化葡糖酸杆菌，拉丁文命名为Gluconobacter oxydans），俗称小菌，另一种常采用巨大芽孢杆菌，俗称大菌。小菌能够转化山梨糖生成2-酮基-L-古龙酸，但其单独培养生长较弱；大菌不能产酸，但和小菌混合培养，能够显著促进小菌产酸。目前维生素C生产第二步发酵，发酵周期约为40-50 h，产物浓度约为80-95 g/L，转化率约为80-90%。第二步发酵周期长、产物浓度和转化率相对较低，因此是限制维生素C中间体2-酮基-L-古龙酸生产效率的关键环节。 

为了进一步提高维生素C发酵的生产效率，近年来许多研究机构对维生素C第二步发酵进行了研究。专利200910148114.X公开了一种维生素C第二步发酵菌种制备方法，菌种茄瓶制备过程中，先将小菌接种茄瓶，培养16-48 h，然后再接种大菌，继续培养24-72 h，这种条件下，可以提高小菌在混菌中的比例，提高菌种活力，发酵45 h，2-酮基-L-古龙酸可达到100 g/L，转化率达到90%左右，该方法效率有所提高，但是发酵时间仍然较长。专利200910069697.7公开了一种在发酵过程中添加巯基化合物来取代大菌促进小菌的生长和产酸，但其生产效率仍低于大、小菌混菌发酵的效率。专利200910034773.0公开了一种强化2-酮基-L-古龙酸生产强度的方法，通过添加海藻糖，提高菌体对古龙酸的耐受性，发酵52 h，2-酮基-L-古龙酸可达到69.38 g/L，该方法需要添加海藻糖，海藻糖价格较高，导致生产成本上升，不具有实用性。 

富氧是应用物理或化学方法将空气中的氧气进行收集，使收集后气体中的氧气含量＞21%。随着技术的发展，现已经发展了低温法和膜分离法制备富氧空气，富氧空气制备技术成熟，使得富氧空气成本下降，富氧空气日趋广泛的应用到工业生产中。目前通过富氧空气发酵，提高2-酮基-L-古龙酸生产效率尚未有文献报道。 

发明内容

本发明针对现有维生素C生产过程中第二步发酵生产效率低下的问题，提供了一种提高维生素C中间体2-酮基-L-古龙酸生产效率的方法。 

维生素C二步发酵生产方法中，第二步发酵将L-山梨糖混菌发酵产生2-酮基-L-古龙酸的过程中生产效率偏低，主要原因是将山梨糖氧化生成2-酮基-L-古龙酸的氧化葡糖酸杆菌（Gluconobacter oxydans）（俗称小菌）生长缓慢，且现今公开的小菌菌种转化生产2-酮基-L-古龙酸的效率也较低，致使中间体2-酮基-L-古龙酸生产效率低。发明人在研究过程中发现，在发酵过程中，通入富氧空气或氧气、提高溶解氧浓度的情况下，可以显著增加小菌的生长速度和数量，同时能够增加小菌转化生产2-酮基-L-古龙酸的效率，提高2-酮基-L-古龙酸的产量和生产效率。发明人进一步的进行了研究，得到了提高 2-酮基-L-古龙酸生产效率的技术方案，如下所示：