制药工艺学第十八章-维生素的生产工艺.ppt

第四篇 药物制备工艺学药物制备工艺学 第十八章第十八章 维生素发酵生产工艺维生素发酵生产工艺 定义：维生素是一类生物生长发育起调节作用的、化学结构不同的、小分子有机化合物，人体内不能合成，必须从食物等中摄取。18.1 概概 述述 维生素有以下特点：维生素有以下特点：（1 1）维生素是天然食物中的一种成分维生素是天然食物中的一种成分，是一种活性物质是一种活性物质，对机对机体代谢起调节和整合作用体代谢起调节和整合作用。（2 2）维生素需求量很小维生素需求量很小。（3 3）大多数维生素在体内不能合成，要从外界摄取。）大多数维生素在体内不能合成，要从外界摄取。（4 4）绝大多数维生素是通过辅酶或辅基的的形式参与体内酶促）绝大多数维生素是通过辅酶或辅基的的形式参与体内酶促反应体系。反应体系。（5 5）人体内维生素缺乏时，会发生一类特殊的疾病，称）人体内维生素缺乏时，会发生一类特殊的疾病，称“维生维生素缺乏症素缺乏症”。维生素并不是补品，人体每日需要量是一定的，。维生素并不是补品，人体每日需要量是一定的，多摄入并不一定好，使用不当，反而会导致疾病。多摄入并不一定好，使用不当，反而会导致疾病。概概 述述 维生素分为脂溶性和水溶性两大类。维生素分为脂溶性和水溶性两大类。脂溶性：脂溶性：维生素维生素A A，D D，E E，K K，Q Q和硫辛酸等。和硫辛酸等。水溶性：水溶性：维生素维生素B B1 1、B B2 2、B B6 6、B B1212、烟酸、泛、烟酸、泛 酸、叶酸、生物素和维生素酸、叶酸、生物素和维生素C C等。等。概概 述述 维生素的分类维生素的分类 5 名称名称 学名及俗名学名及俗名 生物作用生物作用 维生素维生素A族族 视黄醇视黄醇 抗干眼病抗干眼病 维生素维生素D2 麦角钙化醇麦角钙化醇 抗软骨病抗软骨病 维生素维生素D3 胆钙化醇胆钙化醇 抗软骨病抗软骨病 维生素维生素E族族 生育酚生育酚 抗不育抗不育 维生素维生素F族族 亚油酸，亚麻酸，花生四烯酸亚油酸，亚麻酸，花生四烯酸 降胆固醇及防血栓降胆固醇及防血栓 维生素维生素K族族 叶绿醌，合欢醌，叶绿醌，合欢醌，甲基萘醌甲基萘醌 抗出血抗出血 维生素可分为脂溶性维生素和水溶性维生素维生素可分为脂溶性维生素和水溶性维生素两大类。两大类。水溶性维生素水溶性维生素 名称名称 学名及俗名学名及俗名 生物作用生物作用 维生素维生素B1 硫胺素硫胺素 抗神经类抗神经类 维生素维生素B2 核黄素核黄素 抗口角溃疡，唇炎抗口角溃疡，唇炎 维生素维生素B3族（维生素族（维生素PP）烟酸，烟酰胺烟酸，烟酰胺 抗糙皮病抗糙皮病 维生素维生素B5 泛酸泛酸 抗癞皮病抗癞皮病 维生素维生素B6族族 吡哆醇，吡哆醛，吡哆胺吡哆醇，吡哆醛，吡哆胺 抗皮炎抗皮炎 维生素维生素B9族族 叶酸，黄嘌呤，赤嘌呤，蝶酸等叶酸，黄嘌呤，赤嘌呤，蝶酸等 抗恶性贫血抗恶性贫血 维生素维生素B12 钴胺素，氰钴氨素，羟钴胺素等钴胺素，氰钴氨素，羟钴胺素等 抗恶性贫血抗恶性贫血 维生素维生素B13 乳清酸乳清酸 抗早衰抗早衰 维生素维生素BT L L肉碱肉碱 营养强化剂营养强化剂 维生素维生素C 抗坏血酸抗坏血酸 抗坏血病抗坏血病 维生素维生素H （维生素（维生素B8）生物素生物素 抗毛发脱落及脂肪代谢混乱抗毛发脱落及脂肪代谢混乱 维生素与辅酶、辅基的关系维生素与辅酶、辅基的关系 长期以来，人们就认识到食物中缺乏某种维生素，会导致长期以来，人们就认识到食物中缺乏某种维生素，会导致某种疾病，维生素在机体的代谢中起着十分重要的作用，后来陆某种疾病，维生素在机体的代谢中起着十分重要的作用，后来陆续发现大部分维生素或者其本身就是辅酶、辅基，或者是辅酶、续发现大部分维生素或者其本身就是辅酶、辅基，或者是辅酶、辅基的组成部分。例如维生素辅基的组成部分。例如维生素B B1 1（硫胺素），它在体内的辅酶形（硫胺素），它在体内的辅酶形式是硫胺素焦磷酸（式是硫胺素焦磷酸（TPPTPP），是），是酮酸氧化脱羧酶的辅酶，又酮酸氧化脱羧酶的辅酶，又如泛酸，其辅酶形式是如泛酸，其辅酶形式是C CO OA A，是转乙酰基酶的辅酶。，是转乙酰基酶的辅酶。概概 述述 生产方法生产方法 （1 1）化学合成法化学合成法 烟酸烟酸、烟酰胺烟酰胺、叶酸叶酸、维生素维生素B B1 1、B B6 6、D D、E E、K K等等。（2 2）发酵法发酵法 B B1212、B B2 2，维生素维生素C C和生物素和生物素，维生素原等维生素原等。（3 3）生物提取法生物提取法 从猪心中提取辅酶从猪心中提取辅酶Q Q1010，从槐花米中提取芦丁，从提取链霉素后的，从槐花米中提取芦丁，从提取链霉素后的废液中提取废液中提取B B1212等。等。概概 述述 生产工艺 主要维生素的生产有三种方法。1.微生物发酵和微藻类的生物转化法微生物发酵和微藻类的生物转化法（统称生物合成法）发展非常快。2.化学合成法化学合成法是目前生产维生素得主要方法。3.天然提取法天然提取法是从富含维生素的天然食物或药用植物中浓缩、提取而得。目前只有极少数得维生素采用提取法。如维生素A原、维生素E等。脂溶性维生素工业生产状况脂溶性维生素工业生产状况 水溶性维生素工业生产状况水溶性维生素工业生产状况 现状 2001年维生素H投产成功，我国成为世界上极少数能够生产全部维生素品种的国家。2002年我国维生素原料产量达8.2万吨，其中维生素C超过5万吨，成为世界上最大的原料药生产国和出口国。维生素制剂年产量260280亿支/片/瓶，以片剂、注射液和胶囊为主。中国科学院上海生物技术研究所发明了维生素C的两步发酵法，使国内维生素C的生产技术达到世界先进水平。湖北广济药业公司对维生素B2实验室发酵生产技术的进一步改进，使其实现了维生素B2工业化的规模生产。浙江新和成股份有限公司在国内首先实现了维生素E中间体三甲基氢醌和异植物醇的工业化生产，打破了国外维生素巨头的技术垄断。中科院攻克的维生素D3生产新工艺，使国内维生素D3的成本低于国外同类产品10%15%。维生素中生产难度最大的产品维生素H在浙江医药股份有限公司及新和成公司研制成功，填补了维生素产品国产化的一个空白。2005年6月，浙江鑫富收购了湖州狮王，一跃成为全球D-泛酸钙的龙头。现在，占据了国际50%的市场和国内90%市场的鑫富药业在有效消化国际市场上部分存量后，自去年下半年开始对产品进行试探性提价，目前已累计上涨超过80，充分证明了公司在国际上的定价能力。广济药业核黄素（维生素B2）国内外市场占有率也达到了85%和35%。目前年产能超过2500吨，2007年计划将核黄素产能扩大到3000吨。Vc自91起中国就逐渐成为全球的生产基地，仅东北制药一家就占全球20%的市场份额，而目前的上涨主要是由于中国各主要VC生产厂限制产量所至，这也充分说明了中国在国际市场中的定价能力。18.2 维生素C的生产工艺 18.2.1 概述 维生素C又称抗坏血酸(ascorbic acid)，能参与人体内多种代谢过程，使组织产生胶原质，影响毛细血管的渗透性及血浆的凝固，刺激人体造血功能，增强机体的免疫力。另外，由于它具有较强的还原能力，可作为抗氧化剂，已在医药、食品工业等方面获得广泛应用。现状现状 维生素C（vitamin C）是目前世界上产销量最大，应用范围最广的维生素产品。目前全世界维生素C的产量约为10万吨/年，全球市场销售额5亿美元。18.2.2维生素的化学结构和性质维生素的化学结构和性质 维生素维生素C(C(多羟基不饱和内酯衍生物多羟基不饱和内酯衍生物)分子中有两个手分子中有两个手性碳原子性碳原子，故有故有4 4种光学异构体种光学异构体，其中其中L L（+）抗坏血酸效抗坏血酸效果最好果最好，其他三种临床效果很低或无效其他三种临床效果很低或无效。OCCCCCH2COHHOHHOHOOHOCCCCCH2COHHOHHOHOOHOCCCCCH2COHHOHHOHOOHOCCCCCH2COHHOHHOOHOHL-抗坏血酸D-抗坏血酸L-异 抗坏血酸D-异抗坏血酸 1818.2 2.3 3维生素的化学结构和性质维生素的化学结构和性质 白色粉末白色粉末，无臭无臭、味酸味酸、熔点熔点190190-192192，易溶于水易溶于水，略溶于乙醇略溶于乙醇，不溶于乙醚不溶于乙醚，氯仿及石油醚等氯仿及石油醚等。它是一它是一种还原剂种还原剂，易受光易受光、热热、氧等破坏氧等破坏，尤其在碱液中或尤其在碱液中或有微量金属离子存在时有微量金属离子存在时，分解更快分解更快，但干燥结晶较稳但干燥结晶较稳定定。18.2.3生产工艺生产工艺 莱氏化学合成法莱氏化学合成法 二步发酵法二步发酵法 18.2.3.1工艺路线发展 莱氏法化学合成（1933年莱氏(Reichstein)）莱氏法是维生素C生产的经典方法，是由Reichstein和Grussner研究开发的。以D-葡萄糖作为起始原料，经催化加氢制成D-山梨醇，再经醋杆菌深层发酵氧化制得收率很高的L-山梨糖，L-山梨糖经丙酮和硫酸处理（生产上俗称丙酸化）生成双丙酮-L-山梨糖（简称双酮糖），再用苯或甲苯提取，提取液经水法除去单酮山梨糖后蒸去溶剂而后分离出来，用高锰酸钠氧化、水解、酯化、转化、中和便得Vc。维生素维生素C生产工艺生产工艺 1818.2 2.3 3.2 2 莱氏法莱氏法 化学合成工艺化学合成工艺 (CH3)2COCH2OHCCCCCHOHOHOHHOHHHOHCH2OHCCCCCH2OHHHOH3CH3CCH3CH3OH2CH2OHCCCCCH2OHHOHOHHOHHHOHO2COOHCCCCCH2OHHOHHOHOHOHH2SO4KMnO4NaOHO2OCCCCCH2CHOOHHHOHOOHCH2OHCCCCCH2OHHOHHOHOHOHCOOHCCCCCH2OHHHOH3CH3CCH3CH3O内酯化烯醇化D-葡萄糖D-山梨醇L-山梨醇双丙酮-L-山梨糖双丙酮-L-古龙酸2-酮基-L-古龙酸维生素-CH2O18.2.3.2 18.2.3.2 莱氏法工艺路线莱氏法工艺路线 转化 酸化 HCl 氧化 NaOH,O2,KMnO4 酮化 H2SO4丙酮 加氢 H2 D-葡萄糖 D-山梨醇 双丙酮-L-山梨糖 维生素C L-山梨糖 酶菌氧化 O2 双丙酮-L-古龙酸 2-酮-L-古龙酸 维生素维生素C生产工艺生产工艺 18.2.3.2莱氏法工艺过程莱氏法工艺过程 山梨醇发酵菌种山梨醇发酵菌种 醋酸杆菌属可使山梨醇氧化成山梨糖醋酸杆菌属可使山梨醇氧化成山梨糖。发酵条件发酵条件 温度为温度为26-30，最适最适pH为为4.4-6.8。pH4.0以下以下菌的活性受影响菌的活性受影响。用用0.5%酵母浸膏为主要营养源酵母浸膏为主要营养源，山梨醇浓度为山梨醇浓度为19.8%，通气通气量量1800ml/min，30培养培养33h，山梨糖收率可达山梨糖收率可达97.6%。氮源：氮源：无机氮源不能利用无机氮源不能利用，使用有机氮源使用有机氮源。金属离子的影响：金属离子的影响：Ni2+、Cu2+能阻止菌的发育能阻止菌的发育，铁能妨碍发酵铁能妨碍发酵，为为了使发酵顺利进行了使发酵顺利进行，需用阳离子交换树脂将山梨醇中的金属离子去掉需用阳离子交换树脂将山梨醇中的金属离子去掉。整个合成过程中必须保持第整个合成过程中必须保持第4位碳原子的构型不变；位碳原子的构型不变；维生素维生素C的总收率约的总收率约60%。-国外工艺中主要采用国外工艺中主要采用 C-4内酯化、内酯化、C-2烯醇化：烯醇化：酸转化：配料比酸转化：配料比2-酮基酮基-L-古龙酸：古龙酸：38%盐酸：盐酸：丙酮丙酮=1：0.4：0.3（质量（质量/体积）体积）碱转化：先形成碱转化：先形成2-酮基酮基-L-古龙酸甲酯，加古龙酸甲酯，加NaHCO3 转化生成维生素转化生成维生素C钠盐，经氢型离子交换钠盐，经氢型离子交换树脂酸化，在树脂酸化，在50-55下减压烘干，得粗品维生素下减压烘干，得粗品维生素C。18.2.3.3