第十一章 维生素及辅酶类药物

第十一章维生素及辅酶类药物1、定义：

维生素（Vitamin）：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化合物，它们大多需要从外界摄取。一、维生素的基本概念

第一节维生素及辅酶2、特点：（1）参与生物生长发育和代谢所必需的一类微量有机物质;（2）需求量很小，每日仅以mg或ug计;

日需量：VA0.8-1.7mg；VB11-2mg；VB21-2mg；泛酸3-5mg；VB62-3mg；VD0.01-0.02mg；叶酸0.4mg；生物素0.22mg；VE14-24mg；VC60-100mg。1（3）在体内不能合成或合成量不足，必须由食物供给;（4）绝大多数以辅酶或辅基形式参与体内酶促反应体系，在代谢中起调节作用;（5）“维生素缺乏症”;烟酸—癞皮病；VB1—脚气病；VA—夜盲症；VC—坏血病（6）在生物体内的作用，不同于糖类、脂类或蛋白质，不作为C、N或能源;不用来供能或构成生物体的组成部分，但是代谢过程中必需的。另外，有些化合物，具有生物活性，有人称之为“类维生素”，如类黄酮、肉碱、牛磺酸等。2小分子化合物，结构上差异很大4、维生素的分类⑴溶解性区分脂溶性：包括维生素A、D3、D2、E、K，溶于脂肪及有机溶剂，在食物中常于脂类共存水溶性：包括B族维生素（B1、B2、B6、PP、B12、叶酸、泛酸、生物素等）和维生素C，溶于水⑵化学结构：无共同性脂肪族、芳香族、脂环族、杂环和甾类化合物等3、命名：

Vitamin：V加上拉丁字母。多种混合再加上1、2、3等数字，按发现的先后顺序命名例如：1913年美国化学家Mendal和Osborni发现了VAMcCollum和Davis发现了VB3二、维生素与辅酶、辅基的关系维生素与辅酶、辅基的关系辅酶（coenzyme）:与脱辅酶结合松弛的小分子有机物(通过透析可以除去，如辅酶1和辅酶2)。辅基（prostheticgroup）:以共价键结合，需一定化学处理才能与蛋白质分开。如FAD、铁卟啉。本身是辅酶或辅基的组成部分酶：简单蛋白质结合蛋白质：酶蛋白辅基因子：辅酶辅基金属离子456三、维生素的国际市场2001年我国VH投产，成为世界上能生产全部维生素品种的国家之一。14种维生素全部实现了国产化，其中VC

、VB2国际领先。2002年形成三足鼎立局面：我国+其它

30%，瑞士罗氏

40%；德国巴斯夫（兼并日本武田）

28%

罗氏是全球最大的维生素产品生产和经营商，占整个维生素市场的40%;巴斯夫（脂溶性产品）。我国维生素整体产业：

①技术成熟，需求稳定而有潜力，市场透明度大。

②产量高，品质全，规模大，生产工艺先进，价格具有竞争力。2004年20亿＄：VC5亿＄；VA5亿＄；VE10亿＄VE：浙江新和成股份有限公司1996年生产2001年产量达万吨，2003年产量达两万顿。2002年出口8883万$,2003年达1.28亿$，增加了44.6%VA：企业不多，产量偏小→同上，1999年投产2000t/a

7Vc国内市场：国内消费不足，Vc国内仅用4000吨，人均年用量<4g，欧美>60～90g8第二节维生素辅酶类药物的生产方法化学合成法：

烟酸、烟酰胺、叶酸、硫辛酸、VB1、VB6、VD、VE、VK等微生物发酵法：

VB1、VB2、VC和生物素、β-胡罗卜素生物提取法：辅酶Q，芦丁，VB12

一、概论9重要的维生素及辅酶类药物

10二、重要维生素及辅酶类药物的生产方法和工艺

1.维生素B2①核黄素（Riboflavin）,水溶性的。

主要生理功能：合成核黄素单核苷酸（FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD），作为氧化还原酶的电子受体。缺乏症：皮炎人用0.3～1.8mg/d；用于动物饲料。②生产方法：化学合成占主要地位。收率最高为60%，并产生大量废物。需要大量的有机溶剂和高耗能。发酵法，总产量3000吨以上。11生产菌种：阿氏假囊酵母(Eremotecium

ashbyii)15g/L棉阿舒囊菌(Ashbya

gossypii)15g/L假丝酵母（Candidafamata）20g/L[美]ADM公司枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis）

基因工程菌株

（苏联构建）缺点：需严格控制Fe2+，15μmol/L以下，防止抑制作用。优点：生长快，核黄素合成与菌体的生长无联系。12（1）概述：VitaminC，又称抗坏血酸（Ascorbicacid），C6H8O6：176.13化学名：L-2,3,5,6-四羟基-2-己烯酸-γ内酯熔点：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,细度：≥50%（40-80目）2.维生素C人、猴、豚鼠在肝脏中缺少古洛内酯酶（L-gulonolactone

oxidase）,不能在体内合成。坏血病表现：毛细管脆弱，皮肤出现小血斑，牙龈发炎出血，牙齿动摇等。13（2）生产方法

化学合成法：莱氏法(1933年德国化学家Reichstein发明），转化率60%左右

60’世界各国→简化‘莱氏法’研究，但目前仍处于实验室阶段；

全化学合成法：三步全化学合成法葡萄糖或葡萄糖内酯→丙酮化→催化氧化→水解→Vc

特点:丙酮用大,需要铂做催化剂,收率25%-28%(很低)

二步发酵法→70’年代中科院微生物所尹光琳等和北京制药厂等单位共同发明；转化率80%左右,收率47%-55%；

80年代初上海第二制药厂中试成功并首先投入生产；

发酵法

新二步发酵法:1983年日本盐野义制药公司园天高康提出,

葡萄糖串联法,欧文式菌+棒杆菌,总转化率84.6%

葡萄糖→2,5-二酮葡萄糖酸(2,5-DKG)→2-酮基-L-古龙酸→Vc一步发酵法：基因工程菌

D-葡萄糖→2-KLG，转化率49.4%参考书：焦瑞身主编,《微生物工程》.北京:化工出版社，2003年7月,P208-22014①莱氏法：反应途径

15①莱氏法：工艺特点

以D-山梨醇为原料，经黑醋菌（Acefobacter

Melanogenum）,一步发酵得L-山梨糖，再经丙酮酸缩合，经氯酸钠氧化及盐酸转化等5步制备Vc。主要步骤有5步，工艺成熟，总转化率60%左右。缺点：生产工序繁杂，反应剧烈，对设备要求高，劳动强度较大，环境压力大（使用了大量的有毒、易燃易爆化学品，如丙酮，次氯酸钠）1molD-葡萄糖(分子量180)

→1molVc(分子量176)，理论转化率98%，但实际上由于分子重排，3个H和1个O不可能来源于葡萄糖，实际转化率低得多，总转化率在60%左右。16②二步发酵法：反应途径1718混合菌株第二步发酵是关键，D-山梨醇是发酵的主要原料。第一步发酵成的L-山梨糖（发酵液）于80oC加热10min(或不加热)，再加入辅料（玉米浆、尿素和无机盐）进行第二步发酵。初期pH7.0，定期加入碱液调pH以保持产酸的正常进行。发酵终了，pH7.2，温度略升高。此时，L-山梨糖已耗尽，”大菌”游离，芽孢及残存菌体已逐步自溶，整个发酵过程结束，发酵液经提取、化学转化和精制→Vc的成品。以生物氧化代替化学氧化，创造了具有中国特色的技术路线，二十多年来，菌株性能一直很稳定，发酵转化率80%左右，Vc总转化率47%，最高可达55%，处于世界领先水平。维生素C生产的二步发酵法主要发明人：中科院微生物研究所：尹光琳，陶增鑫，严自正，北京制药厂：宁文珠，王长会，王书鼎②二步发酵法：工艺特点19A、生产菌种一步发酵用菌：D-山梨醇

L-山梨糖国外：生黑葡萄糖醋杆菌（Gluconobacter

melanogenus）,

工厂通称“黑醋菌”。

国内：R-30,A-1,S-7,N0-3,

其中R-30，N0-3具有抗噬菌体特性的高产菌。其他菌株：弱氧化醋酸杆菌（Acetobacter

suboxydans）氧化②二步发酵法：工艺要点

两步发酵用菌：L-山梨糖

2-酮基-L-古龙酸混合菌株：产酸“小菌”AS1.945→SCB329

伴生“大菌”搭配组合而成混合培养氧化葡萄糖酸杆菌（Gluconobacter

oxydans)巨大芽孢杆菌(bacillusmegateriun)

条纹假单胞杆菌

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伴生菌作用：促进小菌旺盛发育和大量产酸本身单独不能利用L-山梨糖产酸，在芽孢开始时达到产酸量高峰。SCB329-SCB933组合菌系：

工业L-山梨糖发酵产酸率83.99%L-山梨糖酵液产酸率85.50%。①二者之间的合理搭配是工艺成功的关键②在混合培养发酵中，伴生“大菌”生成芽孢时达到产酸高峰，游离芽孢自溶后产酸量下降。掌握大小菌生长特征和生理生化特征是发酵正常的关键。21

B、生产菌种的培养发酵条件分批发酵条件：

发酵培养基含量80g/L山梨糖，

接种量5%

通气1：0.8～1：1.0

溶氧25%～30%

温度28±2oCpH6.7～7.2（流加30%NaOH调节）

搅拌速度：200r/min（初始），上升至1000r/min

中间检测：4～8h取样

1.观察菌体形态2.测定残糖量和2-KLG

放罐：残糖<5g/L22B、生产菌种的培养发酵条件流加发酵条件：

1.解除底物抑制；

2.避免一次投糖过多造成细胞大量生长（耗氧过多往往造成通风搅拌的设备匹配不足）优越性

初始L-山梨糖30～50g/L,其他相同。

补糖：第一次:发酵8～10h时，总糖达100g/L左右，并略提高pH和温度第二次:发酵20～24h时，总糖达140g/L左右

放罐：残糖<5g/L；

发酵周期：40-50h；

2-KLG产量：115～130g/L，

转化率：88%（摩尔分数）。23①依靠pH的调节来调节：从产酸高峰起，随2-KLG的提高，适当提高pH有利于产酸。②生长温度二者稍有差异,依靠温度来调节:不仅影响二者的生长速率，还影响大菌芽孢的形成。