《维生素C概述及其合成工艺》由会员分享，可在线阅读，更多相关《维生素C概述及其合成工艺（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、维生素 C 概述及其合成工艺应化 072 李林艳 2007034210 计算机网络维生素 C (Vitamin C, VC)主要存在于生物组织中,在新鲜水果、蔬菜和动物肝脏中的含量尤为丰富。VC 的化学名称为 L ( + ) - 苏阿糖型- 2, 3, 4, 5, 6 - 五羟基- 2 - 己烯酸- 4 - 内酯 ,分子式为 C6H8O6 ,分子量 176. 13 VC 中文别称 L-抗坏血酸，维他命 C，丙种维生素，英文名称：Vitamin C ，L(+)-Ascorbic acid。 ,结构式 ，VC 是一种人体必需的水溶性维生素,也是一种抗氧化剂,广泛应用于医药、食品、饲料、化妆品等诸多
2、领域,具有广阔的市场前景。VC 自 1928 年发现以来，是维生素类药物中发展最快、产量最大、用途最广的品种。随着其用途的开发和人们物质文化生活水平的不断提高，对维生素 C 的需求量与日俱增。为了提高 VC 的质量和收率 ,国内外一直在对其生产工艺不断地进行改进。VC 主要生理功能 （例如、）1、 促进骨胶原的生物合成。利于组织创伤口的更快愈合； 2、 促进氨基酸中酪氨酸和色氨酸的代谢，延长肌体寿命。 3、 改善铁、钙和叶酸的利用。 4、 改善脂肪和类脂特别是胆固醇的代谢，预防心血管病。 5、 促进牙齿和骨骼的生长，防止牙床出血。； 6、 增强肌体对外界环境的抗应激能力和免疫力。 药物作用 维
3、生素 C 在体内参与多种反应，如参 与氧化还原过程，在生物氧化和还原作用以及细胞呼吸中起重要作用。从组织水平看，维生素 C 的主要作用是与细胞间质的合成有关。包括胶原，牙和骨的基质，以及毛细血管内皮细胞间的接合物。因此，当 VC缺乏所引起的坏血病时，伴有胶原合成缺陷，表现为创伤难以愈合，牙齿形成障碍和毛细血管破损引起大量瘀血点，瘀血点融合形成瘀斑。 1胶原蛋白的合成需要维生素 C 参加，所以 VC 缺乏，胶原蛋白不能正常合成，导致细胞连接障碍。人体由细胞组成，细胞靠细胞间质把它们联系起来，细胞间质的关键成分是胶原蛋面发生，则产生淤血、紫癍；在体内发生则引起疼痛和关节涨痛。严重情况在胃、肠道、鼻
4、、肾脏及骨膜白。胶原蛋白占身体蛋白质的 1/3，生成结缔组织，构成身体骨架。如骨骼、血管、韧带等，决定了皮肤的弹性，保护大脑，并且有助于人体创伤的愈合。 2坏血病。血管壁的强度和 VC 有很大关系。微血管是所有血管中最细小的，管壁可能只有一个细胞的厚度，其强度、弹性是由负责连接细胞具有胶泥作用的胶原蛋白所决定。当体内 VC 不足，微血管容易破裂，血液流到邻近组织。这种情况在皮肤表下面均可有出血现象，乃至死亡。 3牙龈萎缩、出血。健康的牙床紧紧包住每一颗牙齿。牙龈是软组织，当缺乏蛋白质、钙、VC 时易产生牙龈萎缩、出血。 4预防动脉硬化。可促进胆固醇的排泄，防止胆固醇在动脉内壁沉积，甚至可以使沉
5、积的粥样斑块溶解。 5.是一种水溶性的强有力的抗氧化剂。可以保护其它抗氧化剂，如维生素 A、维生素E、不饱和脂肪酸，防止自由基对人体的伤害。 6治疗贫血。使难以吸收利用的三价铁还原成二价铁，促进肠道对铁的吸收，提高肝脏对铁的利用率，有助于治疗缺铁性贫血。 7防癌。丰富的胶原蛋白有助于防止癌细胞的扩散；VC 的抗氧化作用可以抵御自由基对细胞的伤害防止细胞的变异；阻断亚硝酸盐和仲胺形成强致癌物亚硝胺。曾有人对因癌症死亡病人解剖发现病人体内的 VC 含量几乎为零。 8保护细胞、解毒，保护肝脏。在人的生命活动中，保证细胞的完整性和代谢的正常进行至关重要。为此，谷胱甘肽和酶起着重要作用。 谷胱甘肽是由谷
6、氨酸、胱氨酸和甘氨酸组成的短肽，在体内有氧化还原作用。它有两种存在形式，即氧化型和还原型，还原型对保证细胞膜的完整性起重要作用。VC 是一种强抗氧化剂，其本身被氧化，而使氧化型谷胱甘肽还原为还原型谷胱甘肽，从而发挥抗氧化作用。 酶是生化反应的催化剂，有些酶需要有自由的琉基（-SH）才能保持活性。VC 能够使双硫键（-S-S）还原为-SH，从而提高相关酶的活性，发挥抗氧化的作用。 从以上可知，只要 VC 充足，则 VC、谷胱甘肽、-SH 形成有力的抗氧化组合拳，清除自由基，阻止脂类过氧化及某些化学物质的毒害作用，保护肝脏的解毒能力和细胞的正常代谢。9提高人体的免疫力。 白细胞含有丰富的 VC，当
7、机体感染时白细胞内的 VC 急剧减少。VC 可增强中性粒细胞的趋化性和变形能力，提高杀菌能力。 促进淋巴母细胞的生成，提高机体对外来和恶变细胞的识别和杀灭。 参与免疫球蛋白的合成。 提高 CI 补体酯酶活性，增加补体 CI 的产生。 促进干扰素的产生，干扰病毒 mRNA 的转录，抑制病毒的增生。10提高机体的应急能力。人体受到异常的刺激，如剧痛、寒冷、缺氧、精神强刺激，会引发抵御异常刺激的紧张状态。该状态伴有一系列身体，包括交感神经兴奋、肾上腺髓质和皮质激素分泌增多。肾上腺髓质所分泌的肾上腺素和去甲肾上腺素是有酪氨酸转化而来，在次过程需要 VC 的参与。 进入人体的维生素 C 很快分布于个组织
8、器官，在正常情况下，人体维生素 C 库为 1500 毫克。多余的大部分随尿排出，少部分随大便、汗及呼吸道排出。但是在感染情况下，人体所需的为平时的 20-40 倍之多，而且所有的药物都会破坏体内的 VC。所以在人体有状态的情况下补充 VC 是非常有益的。维生素 C 是维持生物正常生长发育必需的一类微量营养物质，医学研究它对人体健康具有极其重要的药理作用，促进骨胶原的生物合成，利于组织创伤口的更快愈合；促进氨基酸中酪氨酸和色氨酸的代谢，延长肌体寿命；改善铁、钙和叶酸的利用；改善脂肪和类脂特别是胆固醇的代谢，预防心血管病；促进牙齿和骨骼的生长，防止牙床出血；增强肌体对外界环境的抗应激能力和免疫力。
9、其药理作用应用于治坏血病，抗癌，抗衰老，治疗不孕症，精神病肝胆疾病，防治体脉粥样硬化等方面。同时维生素 C 对人体也有副作用。维生素 C 的毒性很小，但服用过多仍可产生一些不良反应。常见的有 1,胃肠道反应：长期大剂量口服维生素 C 可致恶心、呕吐、腹痛、腹泻、胃酸过多、胃液返流等，还可引起胃溃疡疼痛加剧甚至出血。为减轻以上反应，宜饭后吃药或减少剂量。2、泌尿系统的损害：服用大剂量维生素 C 可引发泌尿系结石。3、血液系统损害。4、影响生育能力:生育期妇女,若每天给予维生素 C2g 以上,可降低生育能力。5、假性糖尿: 6、过敏反应:个别病人应用维生素 C 后可出现过敏反应，如发热、皮疹、荨麻
10、疹,严重者可致过敏性休克。7、其他反应:少数病人可出现面部潮红、头痛、失眠等。8、长期大剂量使用维生素 C 时,可致低钠血钠症、高钙血症、高尿酸血症以及痛风性关节炎发作等。动脉硬化病人应用大剂量维生素 C,可使血清胆固醇升高，偶可引起突然死亡。大剂量应用维生素 C，还可引起对高海拔缺氧抵抗力显著丧失。对呼吸系统疾病、感冒及其它传染病人,每日剂量不宜超过 2g。 9、大剂量高浓度静注维生素 C 时可引起静脉炎。10、致畸作用:孕妇长期大剂量(每日 2g 以上)服用，可影响胎儿发育,且胎儿出生后易引起坏血病。 11、干扰大便隐血试验:维生素 C 每日口服大于 2g 时，可掩盖大便隐血试验,造成假阴
11、性反应。12、乳儿服用大剂量维生紊 C,往往会出现乏力、徐脉（脉搏慢）、血小板增多、肠蠕动亢进、消化不良、不安、皮疹、浮肿等。生长期儿童服用大剂量维生素C，可使儿童日后易患骨病。故乳儿宜慎用。13、近期美国研究发现，维生素 C 能作为催化剂帮助生成一种“基因毒素”，而这种毒素与 DNA 即遗传物质脱氧核糖核酸作用后，将会导致 DNA 发生突变(致癌等)。维生素 C 能驱除细胞内的有害自由基，而这些有害自由基是高度活跃分子，除了能直接损伤 DNA 外，还能通过转化亚油酸间接地发挥作用。而亚油酸则是存在与葵花子、葡萄、红花、食用油以及人体血浆中主要的多不饱和脂肪酸。自由基首先将亚油酸转化为另外一种
12、叫脂类氢过氧化物的物质，然后当某种金属离子存在并充当催化剂时，脂类氢过氧化物就会进一步降解成为能破坏 DNA 的“基因毒素”。在试管实验中，还发现维生素 C 能够在没有金属离子存在的情况下替代其作用，而诱发脂类氢过氧化物产生“基因毒素”。所以维生素 C 在保护 DNA 的同时也具有伤害 DNA 的能力。制备维生素 C 常见的方法有以下几种：一莱氏法莱氏法是 1933 年德国化学家 Reichstein 等发明的最早应用于工业生产 VC 的方法。该法以葡萄糖为原料,经催化加氢制取 D - 山梨醇, 然后用醋酸菌发酵生成 L - 山梨糖, 再经酮化和化学氧化,水解后得到 2 - 酮基- L - 古
13、洛糖酸(2 - KLG) ,再经盐酸酸化得到 VC。莱氏法生产的 VC 产品质量好、收率高。由于生产原料廉价易得, 中间产物的化学性质稳定, 但是莱氏法也存在不少缺陷,诸如生产工序多、劳动强度较大,使用大量有毒、易燃化学药品,容易造成环境污染等。二二步发酵法。该法以生物氧化过程代替莱氏路线中的部分纯化过程,简化了生产工艺, 降低了生产成本,减少了“ 三废”污染,多年以来一直被国内厂家使用。二步发酵法生产 VC 可以分为发酵、提取和转化三大步骤,即 D - 山梨醇先经细菌氧化为 L - 山梨糖,再通过细菌发酵生成 VC 前体 2 -KLG,最后用化学法将 2 - KLG 转化为 VC。2. 1发
14、酵工艺二步发酵法的生物转化过程如下: D - 山梨醇黑醋酸菌L - 山梨糖 大菌、小菌 混合发酵 2 - KLG 其中,D - 山梨醇转化为 L - 山梨糖是由黑醋酸菌完成的, 该工艺在莱氏法中就已使用,由于工艺成熟且生物转化率高(98%以上) ,因此在二步发酵法中得以延用。近年来 ,国内外对这项工艺的研究甚少,研究方向主要集中在二步发酵法的第二步, 即由 L - 山梨糖转化为 2 - KLG。该步为混菌发酵,目前其代谢机制尚不清楚, 也未得到相关基因。自二步发酵法发明推广以来,国内外对该步的研究除了优化发酵工艺外 ,主要集中在大、小菌的关系和优良菌株的选育方面。VC 工业生产常用的小菌为氧化
15、葡萄糖酸杆菌,大菌为巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌或条纹假单孢杆菌。焦迎晖等通过分析 VC 二步发酵过程中活菌数、产酸量、pH值和糖酸转化活力等,进一步证实了小菌具有将 L - 山梨糖转化为 2 - KLG 的能力, 而大菌本身不产酸,其作用仅仅是通过刺激小菌的生长而促进小菌产酸。冯树等研究发现大菌的胞外液还具有促进小菌转化 L - 山梨糖生成 2 - KLG 的作用,具有该作用的组分的分子量包括 30 - 50 kD 和大于 100kD 两部分 ,其中前者是一种含铁和锌的蛋白质。刘祯等发现一株葡萄糖酸杆菌正向突变株,该菌株前期生长及产酸明显高于生产菌株 201C,经流加发酵工艺培养,可缩短发酵周
16、期 8 h,山梨糖生成 2 - KLG 的摩尔转化率达 80%。陈建华等用配对法筛选得到氧化葡萄糖酸杆菌 10 - 3 的优良伴生菌短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus) 97002,混合菌发酵生产 2 - KLG,山梨糖的转化率达 90%。2. 2提取工艺二步发酵法两次发酵以后,发酵液中仅含 8 %左右的 2 - KLG,而残留菌丝体、蛋白质、多糖或悬浮微粒等杂质的含量却很高。这给 2 - KLG 的分离提纯带来了很大困难 ,致使后处理费用占总成本的比例较大。目前, VC 工业生产中常用的 2 - KLG 的分离提纯方法有加热沉淀法、化学凝聚法和超滤法。2. 2. 1加热沉淀法加热沉淀法是 2 - KLG 分离提纯的传统工艺, 分离手段较为落后。此工艺通用氢型树脂 ,调pH 至蛋白质的等电点后加热除蛋白。采用此工艺会造成有效成分在高温下降解损失,且发酵液直接通过树脂柱,造成树脂表面污染,降低树脂的交换容量和收率。两次通过树脂柱带进了大量
