CN101805319B - 用古龙酸钠直接转化制取抗坏血酸钠的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用古龙酸钠直接转化制取抗坏血酸钠的方法，包括高纯度2-酮基-L-古龙酸钠晶体的制备、酸化与甲酯化反应、中和与热过滤、内酯化反应等，是由二步发酵法制得的古龙酸钠发酵醪液制备高纯度的2-酮基-L-古龙酸钠晶体，然后在甲醇中用HCl气体酸化和催化酯化，加入Na2CO3中和，过滤除去氯化钠，再用Na2CO3进行内酯化，最后经降温结晶、离心分离得到抗坏血酸钠的。与现有技术相比：减少了由古龙酸钠制备古龙酸的环节，可节约大量离子交换用水、减少废酸废碱的产生，利于环保；采用通入HCl气体催化的甲酯化反应，取代浓硫酸催化的甲酯化反应，解决了产品中残留的硫酸根较高，影响产品质量的问题；而用Na2CO3进行内酯化，可大大减少碱的用量，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种用古龙酸钠制取抗坏血酸钠的方法，特别是一种用古龙酸钠直接转化制取抗坏血酸钠的方法。
背景技术
当前，抗坏血酸(VC)在工业上大都采用二步发酵法进行生产，其发酵工序后续的“由古龙酸钠制取抗坏血酸钠过程”是其重要环节，它包括：
(1)澄清发酵醪液的离子交换转化与2-酮基-L-古龙酸(2KGA)晶体的制备
将由二步发酵及超滤除蛋白得到的2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)溶液，经离子交换转化成2-酮基-L-古龙酸(2KGA)溶液，再经钠滤、浓缩、结晶、离心分离制得2-酮基-L-古龙酸(2KGA)晶体；
(2)甲酯化反应
将制得的2-酮基-L-古龙酸(2KGA)晶体投入到甲醇中，加入一定量的浓硫酸催化剂，经酯化反应制取2-酮基-L-古龙酸甲酯(2KGA-CH3)溶液；
(3)内酯化反应制取抗坏血酸钠(VC-Na)
将NaHCO3加入到上述制取的2-酮基-L-古龙酸甲酯(2KGA-CH3)溶液中，进行内酯化反应，反应生成抗坏血酸钠(VC-Na)沉淀，同时2-酮基-L-古龙酸甲酯(2KGA-CH3)溶液中的硫酸催化剂也被NaHCO3中和生成Na2SO4沉淀，然后进行固液分离得到抗坏血酸钠(VC-Na)粗品(内含Na2SO4)。
2008年11月5日中国专利CN101298445A公开了一种用古龙酸钠直接制取维生素C的方法，其中的“由古龙酸钠制取抗坏血酸钠过程”是：
将由二步发酵法所得的含有2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)的醪液进行超滤澄清，去除菌体及可溶性蛋白，并将澄清液浓缩、脱色、过滤、结晶、离心分离制得高纯度的2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)晶体， 然后在酸催化下进行甲酯化反应，在碱性条件下进行内酯化反应，制得抗坏血酸钠(VC-Na)的，具体为：
(1)高纯度2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)晶体的制备
采用超滤澄清，低温蒸发浓缩、结晶及电渗析回收母液中的2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)的方法，制得高纯度的2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)晶体；
(2)甲酯化反应
将2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)晶体及硫酸催化剂依次投入无水的甲醇中，加完料后升温，待温度达到反应温度后开始反应，反应0.5～1.5小时后，趁热过滤出Na2SO4晶体，制取2-酮基-L-古龙酸甲酯(2KGA-CH3)的甲醇溶液；反应过程中甲醇不蒸发回流载带水；
(3)内酯化反应
向2-酮基-L-古龙酸甲酯(2KGA-CH3)的甲醇溶液中分批加入NaHCO3，进行内酯化反应；反应过程中甲醇亦不蒸发回流载带水，
反应生成抗坏血酸钠(VC-Na)沉淀。
这样的“用古龙酸钠直接转化制取抗坏血酸钠”方法，虽然克服了当前工业上二步发酵法生产抗坏血酸(VC)中“由古龙酸钠制取抗坏血酸钠过程”存在的诸多缺陷，但是其酯化、内酯化工序仍存在着如下不足：
(a)甲酯化反应使用大量浓硫酸，产品中残留的硫酸根较高，影响产品质量；
(b)采用NaHCO3进行内酯化反应，NaHCO3用量大，生产成本高；
(c)因反应活性差，内酯化反应使用的NaHCO3需经进一步研磨加工，不仅复杂了生产工艺，而且还增加了生产费用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，而提供二步发酵法生产抗坏血酸(VC)工艺一种采用氯化氢气体进行催化酯化、Na2CO3进行内酯化反应的用古龙酸钠直接转化制取抗坏血酸钠的方法。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案为：这种采用氯化氢气体进行催化酯化、Na2CO3进行内酯化反应的用古龙酸钠直接转化制取抗坏血酸钠的方法，它包括：
(1)高纯度2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)晶体的制备
将二步发酵法制得的含有2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)的醪液进行超滤澄清，去除菌体及可溶性蛋白，并将澄清液浓缩、结晶、离心分离制得高纯度的2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)晶体；
(2)酸化与甲酯化反应
向甲醇中通入干燥的HCl气体，配制浓度为1.0～1.8mol/L的HCl甲醇溶液，然后加入制得的2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)晶体，加入的2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)与甲醇的比例为1∶4～7(m/v)，搅拌，升温至60～70℃，酯化反应2～5小时；
(3)中和与热过滤
甲酯化反应结束后，将酯化液降温至45～60℃，加入Na2CO3，中和反应10～40分钟，最终至酯化液pH值6.5～7.0，保持温度趁热过滤，滤饼(NaCl)用相同温度的甲醇充分洗涤；
(4)内酯化反应：
合并(3)中的滤液及洗液，然后再加入投入的2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)摩尔数0.52～0.55倍量的Na2CO3，于50～60℃反应2～3.5小时，
反应结束后，将反应液降温至-5～5℃结晶，离心分离即得抗坏血酸钠(VC-Na)晶体。
本发明的用古龙酸钠直接转化制取抗坏血酸钠的方法取得的有益效果：
一、减少了由古龙酸钠制备古龙酸的环节，节约了大量离子交换用水、减少了废酸废碱的产生，利于环保。
二、采用通入HCL气体催化的甲酯化反应，取代浓硫酸催化的甲酯化反应，解决了产品中残留的硫酸根较高，影响产品质量的问题。
三、甲酯化反应结束后，在保温状态下将副产品滤饼(NaCL)高效快速的分离出来，有利于转化反应的进行，同时也提高了转化反应产品抗坏血酸钠(VC-Na)的含量。
四、采用碱性更强的Na2CO3代替NaHCO3，可提高反应收率。
五、采用碱性更强的Na2CO3代替NaHCO3，反应迅速，反应时间可缩短0.5～1小时。
六、Na2CO3的单量比NaHCO3的单量低，因而使用Na2CO3可大大减少碱的用量，降低生产成本。
七、采用碱性更强的Na2CO3代替NaHCO3，可以去除NaHCO3用前需经进一步研磨加工的预处理工艺环节，节省生产费用。
该方法抗坏血酸钠(VC-Na)的收率可达92～95％，较原工艺提高1～3％；含量可达90～94％，较原工艺提高2～4％；内酯化反应时间缩短0.5～1小时，可节约大量蒸汽资源。该方法产品质量好、收率高、生产成本低、生产工艺简单、环保，将大大地推动抗坏血酸(VC)工业技术的进步。
具体实施方式
下面结合实例进一步说明本发明，但并不限制本发明的保护范围。
实例：用古龙酸钠直接转化制取抗坏血酸钠(VC-Na)
一、原料：
(1)发酵醪液
由二步发酵法制得的发酵醪液，含2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)8～11％，干菌体0.5％，残糖及可溶性蛋白各0.5％。
(2)无水甲醇：工业品。
(3)HCL气体：自制。
(4)Na2CO3：工业品。
二、生产工艺
实施例1：
(1)高纯度2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)晶体的制备
取上述含量的发酵醪液2.0L，经超滤工艺去除100％菌体及70％以上的可溶性蛋白，然后将超滤液经蒸发浓缩，降温至5℃结晶，离心分离制取2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)晶体，最终得203.6g纯度达92％的2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)晶体，2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)晶体总收率≥98％。
(2)酸化与甲酯化反应
向400ml工业甲醇中通入干燥的HCL气体，使甲醇溶液中HCL气体的浓度达1.75mol/L，然后边搅拌边向其中加入制备的含量为92％的2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)晶体108.7g，在66℃反应2小时。
(3)中和与热过滤
甲酯化反应结束后，将酯化液降温至50℃，加入Na2CO3，中和反应10～30分钟，最终至酯化液PH值7.0，保持温度趁热过滤，滤饼(NaCL)用50℃的热甲醇60ml充分洗涤；
(4)内酯化反应
合并(3)中的滤液及洗液，然后再加入投入的2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)摩尔数0.55倍量的Na2CO3 27.0g，于50℃反应2.0小时，
反应结束后，将反应液降温至0℃结晶，离心分离、干燥即得含量为91.5％的抗坏血酸钠(VC-Na)晶体92.5g，收率达92.3％。
实施例2：
(1)高纯度2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)晶体的制备
取上述含量的发酵醪液2.0L，经超滤工艺去除100％菌体及70％以上的可溶性蛋白，然后将超滤液经蒸发浓缩，降温至5℃结晶，离心分离制取2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)晶体，最终得204.5g纯度达91.5％的2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)晶体，2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)晶体总收率≥98％。
(2)酸化与甲酯化反应
向650ml工业甲醇中通入干燥的HCL气体，使甲醇溶液中HCL气体的浓度达1.0mol/L，然后边搅拌边向其中加入制备的含量为91.5％的2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)晶体109.3g，在68℃反应4小时。
(3)中和与热过滤
甲酯化反应结束后，将酯化液降温至55℃，加入Na2CO3，中和反应10～30分钟，最终至酯化液PH值6.8，保持温度趁热过滤，滤饼(NaCL)用相同温度的甲醇80mL充分洗涤；
(4)内酯化反应
合并(3)中的滤液及洗液，然后再加入投入的2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)摩尔数0.52倍量的Na2CO3 25.5g，于55℃反应2小时，
反应结束后，将反应液降温至0℃结晶，离心分离、干燥即得含量为93.7％的抗坏血酸钠(VC-Na)晶体90.5g，收率达92.5％。
实施例3：
(1)高纯度2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)晶体的制备
取上述含量的发酵醪液2.0L，经超滤工艺去除100％菌体及70％以上的可溶性蛋白，然后将超滤液经蒸发浓缩，降温至5℃结晶，离心分离制取2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)晶体，最终得203.2g纯度达92.8％的2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)晶体，2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)晶体总收率≥98％。
(2)酸化与甲酯化反应
向450ml工业甲醇中通入干燥的HCL气体，使甲醇溶液中HCL气体的浓度达1.3mol/L，然后边搅拌边向其中加入制备的含量为92.8％的2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)晶体107.8g，在66℃反应3小时。
(3)中和与热过滤
甲酯化反应结束后，将酯化液降温至60℃，加入Na2CO3，中和反应10～30分钟，最终至酯化液PH值7.0，保持温度趁热过滤，滤饼(NaCL)用相同温度的甲醇50mL充分洗涤；
(4)内酯化反应
合并(3)中的滤液及洗液，然后再加入投入的2-酮基-L-古龙酸钠(2KGA-Na)摩尔数0.53倍量的Na2CO3 26.0g，于50℃反应2.5小时，
反应结束后，将反应液降温至0℃结晶，离心分离、干燥即得含量为93.6％的抗坏血酸钠(VC-Na)晶体92.8g，收率达94.75％。
Claims (1)
1.一种用古龙酸钠直接转化制取抗坏血酸钠的方法，其特征在于它包括：
(1)高纯度2-酮基-L-古龙酸钠晶体的制备
将二步发酵法制得的含有2-酮基-L-古龙酸钠的醪液进行超滤澄清，去除菌体及可溶性蛋白，并将澄清液浓缩、结晶、离心分离制得高纯度的2-酮基-L-古龙酸钠晶体；
(2)酸化与甲酯化反应
向甲醇中通入干燥的HCl气体，配制浓度为1.0～1.8mol/L的HCl甲醇溶液，然后加入制得的2-酮基-L-古龙酸钠晶体，加入的2-酮基-L-古龙酸钠与甲醇的比例为1∶4～7(m/v)，搅拌，升温至60～70℃，酯化反应2～5小时；
(3)中和与热过滤
甲酯化反应结束后，将酯化液降温至45～60℃，加入Na2CO3，中和反应10～40分钟，最终至酯化液pH值6.5～7.0，保持温度趁热过滤，滤饼用相同温度的甲醇充分洗涤；
(4)内酯化反应：
合并(3)中的滤液及洗液，然后再加入投入的2-酮基-L-古龙酸钠摩尔数0.52～0.55倍量的Na2CO3，于50～60℃反应2～3.5小时，
反应结束后，将反应液降温至-5～5℃结晶，离心分离即得抗坏血酸钠晶体。
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