维生素及辅酶类药物

28维生素及辅酶类药物28.1维生素及辅酶一、维生素的基本概念维生素是生物体内一类量微、化学结构各异，具有特殊功能的小分子有机化合物，它们大多需从外界摄取。维生素特点：（1）维生素是天然食物中的一种成分，而是一种活性物质，对机体代谢起调节和整合作用。（2）维生素需求量很小。（毫克级）（3）由于大多数维生素在体内不能合成，要从外界摄取。（4）绝大多数维生素是通过辅酶或辅基的形式参与体内酶促反应体系，在代谢中起调节作用，少数维生素还具有一些特殊的生理功能。（5）人体内维生素缺乏时，会发生“维生素缺乏症”。人体每日需要量是一定的，使用不当，反而会导致疾病。维生素可分为脂溶性和水溶性两大类。脂溶性：维生素A、D、E、K、Q和硫辛酸等。水溶性：维生素B1、B2、B6、B12、烟酸、泛酸、叶酸、生物素和维生素C等二、维生素与辅酶、辅基的关系大部分维生素本身就是辅酶、辅基，或者是辅酶、辅基的组成部分，在机体的代谢中起着十分重要的作用。28.2维生素及辅酶类药物的一般生产方法维生素及辅酶类药物在工业上大多数是通过化学合成法获得的，近年来发展起来的微生物发酵法代表着维生素生产的今后发展方向。从生物材料中直接提取的不多。（1）化学合成法近代的化学合成，常与酶促合成、酶拆分等结合在一起，以改进工艺条件，提高收率和经济效益。（2）发酵法（3）生物提取法28.3重要维生素及辅酶类药物一、维生素及辅酶类药物的概述生物化学的发展证明了维生素缺乏的临床表现是由于多种代谢功能的失调，大多数维生素是许多生化反应过程中酶的辅酶和辅基；有的维生素则在体内转变为激素。二、重要的维生素及辅酶类药物（一）维生素Bl（vitaminB1）1、组成（结构）、性质维生素B1又称硫胺素（Thiamine）。临床上使用的维生素B1是人工合成的硫胺素盐酸盐。维生素B1具有维持正常糖代谢及神经传导的功能，在临床上主要用于治疗脚气病。硫胺素焦磷酸（脱羧辅酶）缩写TPP或ThPP羟乙基2、生产工艺（1）合成生产（见书）（2）生物合成根据专利报道，适宜为此目的来生产可采用的发酵的微生物为酵母属（Saccharomyees）S.CerisiaeHonsenDRM159与S.UvarumBeijerinck（Syn.Sacch.carishergnsisHansen）DBM189等菌。培养基碳源：葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽糖等，或该类糖的糖蜜，麦芽膏（maltextract），水果浆、淀粉糖浆和纤维素水解液等。氮源：液氨或铵盐（硫酸铵，磷酸铵）等。无机盐：磷酸钾、硫酸镁、硫酸铁和氯化铁或氯化钠等无机化合物存在。生物素（biotin）：即维生素H和泛酸等可作为它们的有机生长因子（麦芽膏、酵母膏或玉米浆等天然培养基则其中已含有这类生长因子。）过滤硝酸银沉淀发酵液过滤液离子交换柱解吸液盐酸分解成品（二）维生素B2（vitaminB2）1、组成（结构）、性质维生素B2又称核黄素（Riboflavin），是两性化合物，极微溶于水，几乎不溶于乙醇和氯仿，不溶于丙酮、乙醚。在中性与酸性溶液中稳定，但在碱性溶液中易分解。异咯嗪部分戊糖基•维生素B2是构成黄素腺嘌呤单核核苷酸FMN和黄素腺嘌呤二核苷酸FAD重要成分。•是氧化还原酶的电子受体。•过量无害，量少引起口角炎和皮炎等。•维生素B2大量存在于青菜、黄豆、动物肝脏、肾、心、乳中，但含量都低，不宜用提取法生产。2、生产工艺•（1）菌种•菌种很多，主要是棉病囊霉和阿氏假囊酵母（2）维生素B2的发酵：①培养基的配制米糠油4%，玉米浆1.5%，骨胶1.8％，鱼粉1.5％，KH2PO40.1％，NaC10.2％，CaC120.1％，（NH4）2SO40.02%。②维生素B2发酵35-40h•③保存菌种用的培养基：葡萄糖2%、蛋白胨0.1%、麦芽浸膏5%、琼脂2%、灭菌后用氢氧化钠溶液调PH至6.5（3）维生素B2的提取与结晶：用稀盐酸水解，加黄血盐和硫酸锌，除去蛋白质等杂质，加3-羟基-2-苯甲酸钠与核黄酸形成复盐进行分离精制。一般提取工艺流程如下：（三）维生素C（vitaminc）维生素C又名抗坏血酸（Ascorbicacid）是细胞氧化-还原反应中的催化剂，它释放两个氢原子后变成氧化型维生素C，有供氢体存在时，脱氢抗坏血酸可以接受两个氢原子变成抗坏血酸，参与机体新陈代谢，增加机体对感染的抵抗力。临床上用于坏血病、和严重肝染性疾病的治疗，并促进创伤、骨折、伤口的愈合。1、组成（结构）与性质脱氢双键OOHOOHHOHOH维生素C为白色粉末，无臭、味酸、熔点190～192℃，易溶于水，略溶于乙醇，不溶于乙醚，氯仿及石油醚等。它是一种还原剂，易受光、热、氧等破坏，尤其在碱液中或有微量金属离子存在时，分解更快，但干燥结晶较稳定。具有右旋光性。2、生产工艺（1）工艺路线；两步法第一步：发酵山梨醇制备山梨糖菌种：醋酸杆菌发酵条件：温度26-30度，PH4.4-6.8；通气量1.8L/min;0.5%酵母膏作为营养源时，山梨醇浓度为19.8%；氮源必需为有机氮；用阳离子交换树脂去除原料中的金属离子，因其影响转化。30度时培养33小时，收率97.6%。•第二步发酵山梨糖制备2-酮基-L-古洛糖酸•菌种：假单胞杆菌、葡萄糖杆菌属、醋酸杆菌属，单独培养时，一般收率较低，混合培养时收率较高。（四）叶酸（Folicacid）（合成生产）在体内被还原为四氢叶酸（缩写THFA或THF），是一碳基团转移酶的辅酶。双键解N5一碳单位供给（五）维生素B6（vitaminB6）（合成生产）1、组成（结构），性质三种维生素都是白色结晶，吡多醇易溶于水和乙醇，微溶于脂肪溶剂，对光敏感，对热稳定，但吡多醛和吡多胺在高温时迅速破坏。这三种形式都存在于自然界的食物中，但在体内则以吡多醛和吡哆胺形成存在，它们是转氨酶和脱羧酶的辅酶。化学合成生产（六）维生素B12（Cyahocobalamin）（发酵生产）1、组成（结构）、性质（转位酶）（七）维生素A和维生素A原（β-胡萝卜素）1、合成生产维生素A2、发酵法生产：菌丝体内，取其菌丝真空干燥（八）维生素D21、组成（结构）、性质维生素D种类很多，均系类固醇衍生物。溶于大多数有机溶剂，不溶于水，性质稳定。其主要生化作用是维持钙、无机磷浓度，促进成骨作用。2、生产工艺（1）工艺路线：（九）维生素K1、组成（结构）、性质维生素K是一类2－甲基－1，4－萘醌的衍生物。其中以天然的维生素K2和K1以及人工合成的K3和K4较为常见。维生素K1呈黄色晶体。K3是与亚硫酸氢钠的化合物，为白色晶体，易吸潮，溶于乙醇，几乎不溶于苯和醚。维生素K4是与二分子乙酸缩合的二乙酰甲萘醌。化学合成法生产（十）维生素E1、组成（结构），性质维生素E又称生育酚，多存在于植物组织中，如麦胚油，豆类等含量十分丰富。由于环上的甲基位置和数目不同，有α、β、γ、δ生育酚等，天然的生育酚都是D型。维生素E为油状物，在无氧条件下，对热稳定。易溶于有机溶剂，不溶于水。维生素E对氧敏感，所以常用来保护比它不易氧化的物质免受氧化，因而具有抗氧化剂的作用。临床上用于治疗习惯性流产和女性不育症。是优良的抗氧剂和抗衰老剂。（十一）辅酶I（脱氢酶的辅酶）CoI是具有较强吸湿性的白色粉末，易溶于水或生理盐水，不溶于丙酮等有机溶剂，为两性分子，等电点pH3，在干燥状态和低温下稳定。在生物氧化过程中作为氢的受体或供体，起传递氢的作用，可加强体内物质的氧化并供给能量。为两性分子，等电点pH3。广泛存在于动植物中，如酵母、谷类、豆类、动物的肝脏、肉类等。（十二）辅酶Q1、组成（结构）、性质自然界存在的辅酶Q（CoQ），不同生物来源的CoQ侧链的n值为6～10，人体辅酶Q的n＝10，即为CoQ10，不同一般。辅酶Q10又称为泛醌Q10，为黄色或淡橙黄色、无臭、无味结晶性粉末，易溶于氯仿、苯、四氯化碳，溶于丙酮、乙醚、石油醚；微溶于乙醇，实际上不溶于水和甲醇。定，熔点49℃。2、生产工艺（1）技术路线（以猪心为原料）皂化想法有趣：皂化脂背景（十三）辅酶A1、组成（结构）、性质具有典型的硫醇味，易溶于水，不溶于丙酮、乙醚和乙醇中，是一种强酸。第一节概述一、化学结构式二、理化性质水溶性酸性还原性水解性OOHOOHHOHOH第二节合成路线一、莱氏法D-山梨醇为原料，经醋酸菌一步发酵得L-山梨糖，丙酮酮醇缩合、次氯酸钠氧化剂盐酸转化等5步第二节合成路线优点工艺成熟、产品质量好生产周期短，总收率高（66%）缺点工序多，耗用原料多有易燃易爆有机溶剂对劳动保护和安全生产要求高第二节合成路线二、两步发酵法简化缩短的莱氏法优点缩短工序降低了原料成本节约了大量有机溶剂，减少了“三废”多数是液体物料，有利于机械化和自动化生产缺点总收率较低（45-48%）发酵单位体积产率低（60mg/100mL）设备体积大，能耗大第二节合成路线三、全化学合成方法三步法：将葡萄糖或葡萄糖醛酸内酯丙酮化、催化、氧化、水解还原成维生素葡萄糖为原料的缺点：丙酮用量大、须用昂贵的铂金属催化剂、收率低（25-28%）四、其他方法GLC技术DNA重组菌种第三节生产工艺原理和过程一、莱氏法生产维生素C的工艺原理和过程D-山梨醇的制备L-山梨糖的制备2,3,4,6-双酮基-L-山梨糖（双丙酮糖）的制备2,3,4,6-双酮基-L-古龙酸（双丙酮古龙酸）的制备粗品维生素C的制备粗品维生素C的精制1、D-山梨醇的制备（1）工艺原理控制压力、氢做还原剂、镍作催化剂1、D-山梨醇的制备（2）工艺过程在70-75℃下加水溶解葡萄糖，50%溶液氢气纯度≥99.3%、压强0.04MPa时，将糖液冲入釜内加入活性镍催化剂加碱液调pH8.2-8.4，通蒸汽，并搅拌温度升至120-135℃时关闭蒸汽控制温度在150-155℃，压强3.8-4.0MPa反应至不吸收氢气为反应终点0.2-0.3MPa压强下压料至沉淀缸、过滤、树脂交换处理收率95%1、D-山梨醇的制备（3）反应条件及影响因素pH值葡萄糖水pH8.0-8.5偏高或偏低会使甘露醇（副产物）含量增加设备材质山梨醇能溶解多种金属避免使用铁、铝或铜制设备，而用不锈钢副产物影响甘露醇影响产物比旋度残糖含量影响产物比旋度——氢化反应的终点指标1、D-山梨醇的制备（4）注意事项及三废处理车间进行还原反应时氢气自制，故配有氢气柜。应杜绝火源，以免氢气发生爆炸废镍催化剂可压制成块，冶炼回收再生废液中的镍经沉淀后可回收废酸、废碱经中和后放入下水道2、L-山梨糖的制备（1）工艺原理选择性地使C2位的羟基氧化成羰基生物氧化黑醋菌2、L-山梨糖的制备（2）工艺过程菌种部分斜面培养基中菌种活化传代24h后，产糖量达到100mg/mL。在30℃培养48h，镜检菌体正常、无杂菌放0-5℃冰箱保存备用。发酵部分投料。D-山梨醇浓度为16%-20%培养基控制pH5.4-5.6，120℃灭菌0.5h在发酵罐中培养（温度30-32℃；压力0.03-0.05MPa）2、L-山梨糖的制备一级种子罐发酵率40%以上，二级种子罐发酵率50%以上发酵培养的山梨醇的投料浓度为25%当发酵率在95%以上时，温度略高（31-33℃）；pH7.2左右，即为发酵终点控制真空度在0.05MPa以上，温度60℃以下，减压浓缩结晶即得L-山梨糖（3）反应条件及影响因素山梨醇的纯度影响收率山梨醇浓度影响氧化速率金属离子会抑制细菌的脱氢活性生物催化剂能促进细菌生长，提高发酵率2、L-山梨糖的制备空气流量影响深层发酵。一般为0.7-1VVM细菌接种量影响氧化速率（4）注意事项尽量减少染菌途径其途径有种子或发酵罐带菌接种时罐压低于大气压培养基消毒不彻底操作中染菌阀门泄露3、2,3,4,6-双酮基-L-山梨糖的制备（1）工艺原理保护2，3，4，6位羟基3、2,3,4,6-双酮基-L-山梨糖的制备（2）工艺过程配料比L-山梨糖：丙酮：发烟硫酸：氢