第十一章 維生素及輔酶類藥物

第十一章維生素及輔酶類藥物1、定義：

維生素（Vitamin）：是生物體內(nèi)一類量微、化學(xué)結(jié)構(gòu)各異，具有特殊功能的小分子化合物，它們大多需要從外界攝取。一、維生素的基本概念

第一節(jié)維生素及輔酶2、特點：（1）參與生物生長發(fā)育和代謝所必需的一類微量有機物質(zhì);（2）需求量很小，每日僅以mg或ug計;

日需量：VA0.8-1.7mg；VB11-2mg；VB21-2mg；泛酸3-5mg；VB62-3mg；VD0.01-0.02mg；葉酸0.4mg；生物素0.22mg；VE14-24mg；VC60-100mg。1（3）在體內(nèi)不能合成或合成量不足，必須由食物供給;（4）絕大多數(shù)以輔酶或輔基形式參與體內(nèi)酶促反應(yīng)體系，在代謝中起調(diào)節(jié)作用;（5）“維生素缺乏癥”;煙酸—癩皮病；VB1—腳氣??；VA—夜盲癥；VC—壞血病（6）在生物體內(nèi)的作用，不同于糖類、脂類或蛋白質(zhì)，不作為C、N或能源;不用來供能或構(gòu)成生物體的組成部分，但是代謝過程中必需的。另外，有些化合物，具有生物活性，有人稱之為“類維生素”，如類黃酮、肉堿、?；撬岬取?小分子化合物，結(jié)構(gòu)上差異很大4、維生素的分類⑴溶解性區(qū)分脂溶性：包括維生素A、D3、D2、E、K，溶于脂肪及有機溶劑，在食物中常于脂類共存水溶性：包括B族維生素（B1、B2、B6、PP、B12、葉酸、泛酸、生物素等）和維生素C，溶于水⑵化學(xué)結(jié)構(gòu)：無共同性脂肪族、芳香族、脂環(huán)族、雜環(huán)和甾類化合物等3、命名：

Vitamin：V加上拉丁字母。多種混合再加上1、2、3等數(shù)字，按發(fā)現(xiàn)的先后順序命名例如：1913年美國化學(xué)家Mendal和Osborni發(fā)現(xiàn)了VAMcCollum和Davis發(fā)現(xiàn)了VB3二、維生素與輔酶、輔基的關(guān)系維生素與輔酶、輔基的關(guān)系輔酶（coenzyme）:與脫輔酶結(jié)合松弛的小分子有機物(通過透析可以除去，如輔酶1和輔酶2)。輔基（prostheticgroup）:以共價鍵結(jié)合，需一定化學(xué)處理才能與蛋白質(zhì)分開。如FAD、鐵卟啉。本身是輔酶或輔基的組成部分酶：簡單蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì)：酶蛋白輔基因子：輔酶輔基金屬離子456三、維生素的國際市場2001年我國VH投產(chǎn)，成為世界上能生產(chǎn)全部維生素品種的國家之一。14種維生素全部實現(xiàn)了國產(chǎn)化，其中VC

、VB2國際領(lǐng)先。2002年形成三足鼎立局面：我國+其它

30%，瑞士羅氏

40%；德國巴斯夫（兼并日本武田）

28%

羅氏是全球最大的維生素產(chǎn)品生產(chǎn)和經(jīng)營商，占整個維生素市場的40%;巴斯夫（脂溶性產(chǎn)品）。我國維生素整體產(chǎn)業(yè)：

①技術(shù)成熟，需求穩(wěn)定而有潛力，市場透明度大。

②產(chǎn)量高，品質(zhì)全，規(guī)模大，生產(chǎn)工藝先進，價格具有競爭力。2004年20億＄：VC5億＄；VA5億＄；VE10億＄VE：浙江新和成股份有限公司1996年生產(chǎn)2001年產(chǎn)量達萬噸，2003年產(chǎn)量達兩萬頓。2002年出口8883萬$,2003年達1.28億$，增加了44.6%VA：企業(yè)不多，產(chǎn)量偏小→同上，1999年投產(chǎn)2000t/a

7Vc國內(nèi)市場：國內(nèi)消費不足，Vc國內(nèi)僅用4000噸，人均年用量<4g，歐美>60～90g8第二節(jié)維生素輔酶類藥物的生產(chǎn)方法化學(xué)合成法：

煙酸、煙酰胺、葉酸、硫辛酸、VB1、VB6、VD、VE、VK等微生物發(fā)酵法：

VB1、VB2、VC和生物素、β-胡羅卜素生物提取法：輔酶Q，蘆丁，VB12

一、概論9重要的維生素及輔酶類藥物

10二、重要維生素及輔酶類藥物的生產(chǎn)方法和工藝

1.維生素B2①核黃素（Riboflavin）,水溶性的。

主要生理功能：合成核黃素單核苷酸（FMN）和黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD），作為氧化還原酶的電子受體。缺乏癥：皮炎人用0.3～1.8mg/d；用于動物飼料。②生產(chǎn)方法：化學(xué)合成占主要地位。收率最高為60%，并產(chǎn)生大量廢物。需要大量的有機溶劑和高耗能。發(fā)酵法，總產(chǎn)量3000噸以上。11生產(chǎn)菌種：阿氏假囊酵母(Eremotecium

ashbyii)15g/L棉阿舒囊菌(Ashbya

gossypii)15g/L假絲酵母（Candidafamata）20g/L[美]ADM公司枯草芽孢桿菌（Bacillussubtilis）

基因工程菌株

（蘇聯(lián)構(gòu)建）缺點：需嚴格控制Fe2+，15μmol/L以下，防止抑制作用。優(yōu)點：生長快，核黃素合成與菌體的生長無聯(lián)系。12（1）概述：VitaminC，又稱抗壞血酸（Ascorbicacid），C6H8O6：176.13化學(xué)名：L-2,3,5,6-四羥基-2-己烯酸-γ內(nèi)酯熔點：191～192oC,比旋光度：+20.5‘～+21.5’；pH:2.4～2.8,溶液消光值：≤0.01透光度：3g/15ml,細度：≥50%（40-80目）2.維生素C人、猴、豚鼠在肝臟中缺少古洛內(nèi)酯酶（L-gulonolactone

oxidase）,不能在體內(nèi)合成。壞血病表現(xiàn)：毛細管脆弱，皮膚出現(xiàn)小血斑，牙齦發(fā)炎出血，牙齒動搖等。13（2）生產(chǎn)方法

化學(xué)合成法：萊氏法(1933年德國化學(xué)家Reichstein發(fā)明），轉(zhuǎn)化率60%左右

60’世界各國→簡化‘萊氏法’研究，但目前仍處于實驗室階段；

全化學(xué)合成法：三步全化學(xué)合成法葡萄糖或葡萄糖內(nèi)酯→丙酮化→催化氧化→水解→Vc

特點:丙酮用大,需要鉑做催化劑,收率25%-28%(很低)

二步發(fā)酵法→70’年代中科院微生物所尹光琳等和北京制藥廠等單位共同發(fā)明；轉(zhuǎn)化率80%左右,收率47%-55%；

80年代初上海第二制藥廠中試成功并首先投入生產(chǎn)；

發(fā)酵法

新二步發(fā)酵法:1983年日本鹽野義制藥公司園天高康提出,

葡萄糖串聯(lián)法,歐文式菌+棒桿菌,總轉(zhuǎn)化率84.6%

葡萄糖→2,5-二酮葡萄糖酸(2,5-DKG)→2-酮基-L-古龍酸→Vc一步發(fā)酵法：基因工程菌

D-葡萄糖→2-KLG，轉(zhuǎn)化率49.4%參考書：焦瑞身主編,《微生物工程》.北京:化工出版社，2003年7月,P208-22014①萊氏法：反應(yīng)途徑

15①萊氏法：工藝特點

以D-山梨醇為原料，經(jīng)黑醋菌（Acefobacter

Melanogenum）,一步發(fā)酵得L-山梨糖，再經(jīng)丙酮酸縮合，經(jīng)氯酸鈉氧化及鹽酸轉(zhuǎn)化等5步制備Vc。主要步驟有5步，工藝成熟，總轉(zhuǎn)化率60%左右。缺點：生產(chǎn)工序繁雜，反應(yīng)劇烈，對設(shè)備要求高，勞動強度較大，環(huán)境壓力大（使用了大量的有毒、易燃易爆化學(xué)品，如丙酮，次氯酸鈉）1molD-葡萄糖(分子量180)

→1molVc(分子量176)，理論轉(zhuǎn)化率98%，但實際上由于分子重排，3個H和1個O不可能來源于葡萄糖，實際轉(zhuǎn)化率低得多，總轉(zhuǎn)化率在60%左右。16②二步發(fā)酵法：反應(yīng)途徑1718混合菌株第二步發(fā)酵是關(guān)鍵，D-山梨醇是發(fā)酵的主要原料。第一步發(fā)酵成的L-山梨糖（發(fā)酵液）于80oC加熱10min(或不加熱)，再加入輔料（玉米漿、尿素和無機鹽）進行第二步發(fā)酵。初期pH7.0，定期加入堿液調(diào)pH以保持產(chǎn)酸的正常進行。發(fā)酵終了，pH7.2，溫度略升高。此時，L-山梨糖已耗盡，”大菌”游離，芽孢及殘存菌體已逐步自溶，整個發(fā)酵過程結(jié)束，發(fā)酵液經(jīng)提取、化學(xué)轉(zhuǎn)化和精制→Vc的成品。以生物氧化代替化學(xué)氧化，創(chuàng)造了具有中國特色的技術(shù)路線，二十多年來，菌株性能一直很穩(wěn)定，發(fā)酵轉(zhuǎn)化率80%左右，Vc總轉(zhuǎn)化率47%，最高可達55%，處于世界領(lǐng)先水平。維生素C生產(chǎn)的二步發(fā)酵法主要發(fā)明人：中科院微生物研究所：尹光琳，陶增鑫，嚴自正，北京制藥廠：寧文珠，王長會，王書鼎②二步發(fā)酵法：工藝特點19A、生產(chǎn)菌種一步發(fā)酵用菌：D-山梨醇

L-山梨糖國外：生黑葡萄糖醋桿菌（Gluconobacter

melanogenus）,

工廠通稱“黑醋菌”。

國內(nèi)：R-30,A-1,S-7,N0-3,

其中R-30，N0-3具有抗噬菌體特性的高產(chǎn)菌。其他菌株：弱氧化醋酸桿菌（Acetobacter

suboxydans）氧化②二步發(fā)酵法：工藝要點

兩步發(fā)酵用菌：L-山梨糖

2-酮基-L-古龍酸混合菌株：產(chǎn)酸“小菌”AS1.945→SCB329

伴生“大菌”搭配組合而成混合培養(yǎng)氧化葡萄糖酸桿菌（Gluconobacter

oxydans)巨大芽孢桿菌(bacillusmegateriun)

條紋假單胞桿菌

20

伴生菌作用：促進小菌旺盛發(fā)育和大量產(chǎn)酸本身單獨不能利用L-山梨糖產(chǎn)酸，在芽孢開始時達到產(chǎn)酸量高峰。SCB329-SCB933組合菌系：

工業(yè)L-山梨糖發(fā)酵產(chǎn)酸率83.99%L-山梨糖酵液產(chǎn)酸率85.50%。①二者之間的合理搭配是工藝成功的關(guān)鍵②在混合培養(yǎng)發(fā)酵中，伴生“大菌”生成芽孢時達到產(chǎn)酸高峰，游離芽孢自溶后產(chǎn)酸量下降。掌握大小菌生長特征和生理生化特征是發(fā)酵正常的關(guān)鍵。21

B、生產(chǎn)菌種的培養(yǎng)發(fā)酵條件分批發(fā)酵條件：

發(fā)酵培養(yǎng)基含量80g/L山梨糖，

接種量5%

通氣1：0.8～1：1.0

溶氧25%～30%

溫度28±2oCpH6.7～7.2（流加30%NaOH調(diào)節(jié)）

攪拌速度：200r/min（初始），上升至1000r/min

中間檢測：4～8h取樣

1.觀察菌體形態(tài)2.測定殘?zhí)橇亢?-KLG

放罐：殘?zhí)?lt;5g/L22B、生產(chǎn)菌種的培養(yǎng)發(fā)酵條件流加發(fā)酵條件：

1.解除底物抑制；

2.避免一次投糖過多造成細胞大量生長（耗氧過多往往造成通風攪拌的設(shè)備匹配不足）優(yōu)越性

初始L-山梨糖30～50g/L,其他相同。

補糖：第一次:發(fā)酵8～10h時，總糖達100g/L左右，并略提高pH和溫度第二次:發(fā)酵20～24h時，總糖達140g/L左右

放罐：殘?zhí)?lt;5g/L；

發(fā)酵周期：40-50h；

2-KLG產(chǎn)量：115～130g/L，

轉(zhuǎn)化率：88%（摩爾分數(shù)）。23①依靠pH的調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)：從產(chǎn)酸高峰起，隨2-KLG的提高，適當提高pH有利于產(chǎn)酸。②生長溫度二者稍有差異,依靠溫度來調(diào)節(jié):不僅影響二者的生長速率，還影響大菌芽孢的形成。