维生素C的文献.doc

关于维生素C生产工艺及发展前景
石磊（48）
（制药工程系 生物化工工艺30902）
摘要：简要介绍了维生素C的基础知识其应用领域、其研究现状、发展方向
关键词：维生素C、生产工艺、发展前景

一、维生素C简介
维生素C又名抗坏血酸,是一种水溶性维生素C,广泛存在于人体以及动植物体内,人体自身不能合成,需从外界摄取。随着维生素C应用范围不断扩大,维生素C的
市场需求量也在不断地增长。最早实现维生素C工业化生产的工艺是德国Reichstein于1934年发明的五步化学反应和一步生物转化,将葡萄糖转化为2-酮基-L-古龙酸(2-Keto-L-Gulonic acid, 2-KGA),再经酯化生成维生素C。但该法存在能耗高、消耗大量有机溶剂、环境污染严重等缺点。因此需要开发更经济、更具有竞争力的生物转化法或完全生物转化法。与“莱氏法”生产维生素C的六
步化学反应相比,用微生物从D-山梨醇或D-葡萄糖经两步发酵生成2-KGA,再经甲醇酯化生产维生素C的生物技术法,具有工艺流程简单、生产周期短、成本低廉等优点。在贮藏、加工和烹调时容易被破坏，易被氧化和分解。在食品加
工业中，用做抗氧化剂以保存食品价值。在人体中，抗坏血酸有助维
持机体的免疫系统健康，参与胶原、肉碱及神经递质的合成，是人体
新陈代谢所必需的辅助化学物；广泛用于医疗、药品、食品、饲料等
领域，具有广阔的前景。在自然界中，多数动物可利用葡萄糖的碳链，经葡糖醛酸glucuronic acid）、葡糖酸（gluconic acid）、葡糖酸内酯gluconolactone），再经葡糖酸内酯酶（gluconolactonase）的作用生成维生素C（抗坏血酸）。但人类及其它灵长类、豚鼠体内缺乏葡糖酸内酯酶，不能合成维生素C，必须由食物供给。
二、维生素C的生产工艺现状
我国的维生素工业起源于50年代末，当时主要以生产医用原料为目的。近年来，国内的科研单位和企业在维生素行业取得的科研成果和技术突破，是我国维生素生产商得以在激烈的竞争中生存并壮大的重要原因。其中最为典型的是我国科研人员开发的维生素C两步发酵法，并经过企业不断的改进优化，使我国的维生素C生产技术达到世界先进水平，极大地推动了我国成为维
生素强国的进程。
在几十年的工艺发展中,维生素C的工艺发生了较大的变化,目前维生素C主要的生产方法是莱氏法和两步发酵法。
1.1莱氏法
最早用于工业生产的经典方法，由Reichstein和Grussner研究开发。以葡萄糖为原料，经催化加氢得D-山梨醇，然后经醋酸菌发酵生成L-山梨糖，再经酮化和化学氧化，水解后得到2-酮基-L-古龙酸，再经盐酸酸化得到VC。该法生产的产品质量好，收率高，曾经是VC生产的主要方法；但也存在严重不足：生产过程过长、工序多、难以连续化操作；耗费大量有毒易燃化学药品，造成严重的环境污染；劳动强度大等。
1.2二步发酵法
相对于莱氏法而言，1980年由中国科学院研究员尹光琳发明。该法是先将葡萄糖还原成为山梨醇，经过第一次细菌发酵成为山梨糖，再经过第二次细菌发酵转化为KGA（2-keto-gulonic acid），最后异化成为VC。此种方法使制药成本大大降低，原料用量减少，生产安全性增强。
1.3生物合成途径
L-AA的生物合成在动物及植物中有着不同的生物合成途径。在动物体内，D-葡萄糖是最初的合成前体，通过D-葡糖醛酸和L-古洛糖-1，4-内酯生成。D-葡糖醛酸首先缩成L-古洛糖酸并通过脱水生成L-古洛糖-1,4-内酯，再通过微粒体中L-古洛糖-1，4-内酯氧化酶氧化生成VC。L-古洛糖-1，4-内酯氧化酶已经在鼠、羊和鸡中被分离鉴定。生物合成L-AA还未被建立，但现有证据表明在植物中的ASA存在两种生物合成途径。其一为从D-半乳糖经L-半乳糖酸-1，4-内酯（L-GL），L-GL被L-GL脱氢酶氧化生成L-AA，L-GL脱氢酶是存在线粒体内膜上的一类固有的酶。L-GL脱氢酶已从马铃薯根中被提纯。另一途径是D-葡萄糖经L-山梨糖酮并转换生成L-AA，此过程伴有NADP的减少，该途径在碗豆及菠菜叶中有发现。
1.4采用重组DNA技术，构成工程菌，实现从葡萄糖到2-氧代-L-古洛糖酸的一步发酵。这种优化菌种，改良代谢途径的方式，开辟了一条新途径。除以上途径外，还有以下合成方法的报道：①葡萄糖三步法；②葡萄糖醛酸内酯法；③5-氧代葡萄糖酸钙法；④2，5-二氧代-D-葡萄糖酸法
1.5基因工程
抗坏血酸曾一度由脱氢抗坏血酸还原酶（DHAR）催化其氧化形成获得。植物中维生素C含量可通过提高抗坏血酸循环中相关的酶表达而被提高。DHAR在菠菜叶（Hossain etal.,1984）中，土豆块茎Dipierro and Borranccino，1991）中被分离鉴定，也在动物中发现，一种鼠GSH依赖性DHAR被纯化。Urano等首次报通了DHAR编码基因的cDNA（DHAR1）。在大肠杆菌中重组DHAR1蛋白有活性并且表明该DHAR1蛋白同源物存在于各类植物中。尽管水稻中DHAR1蛋白比鼠中的DHAR具有更高的专一性，但他们的相似性很小。
2美国Rochehol山g公司和Genentech
公司开发出“GLc维生素c”技术，它将葡萄糖一步直接转化成2一酮基一L古龙酸，该研究采用DNA重组种的先进生物工程技术，它将大大缩短采用山梨醇生产vc的传统工艺路线。目前国内外vc合成工艺的研究缩短了由葡萄糖转化为vc的工艺路线，从而提高了vc的收率，而生物工程技术的应用将取代传统的老工艺技术。
3中科院上海生物工程中心在交大生
物科学与技术系协作下，采用葡萄塘直接发酵生成vc重要的中间产物(前体)的工艺，填补了我国以葡萄搪为原料直接产生vc前体研究的空白，开拓了用高技术生产vc的前景。
最近法国一学者发表了一种采用三步合成法生产vc的新工艺。该工艺利用制糖业的一种易得的副产品L一半乳搪酸一l，4一内醋为原料，在打开内醋环的同时，对3、4、5、6位轻基进行选择性保护(以缩醛形式)，然后氧化2位上的游离经基，用乙醛的甲醇盐酸溶液(室温6小时)处理得3、4、5、6一二一。一亚乙基半乳糖酸甲醋，再用乙醛、乙醇以及丙醛、甲醛处理，经两步合成即得
4维生素C发展新技术
据悉，利用具有自主知识产权的离子束生物技术———微生物菌种的改良，在维生素C系列高产菌选育及工业化生产应用等方面取得了突出的成果。据报道华北制药集团新药研发中心———研究对象是生产菌株，经过约三年的努力，他们在国际上率先完成了我国维生素C生产菌株-产酸菌全基因组序列测定，为进一步研究维生素C生产的重要中间体2-酮基-L-古龙酸的遗传背景及代谢途径奠定了基础，通过对基因组的生物信息学分析与注释，找到了一系列与2-酮基-L-古龙酸代谢密切相关的关键酶基因，并进行了功能验证，对其中一些关键基因申请了专利。相信随着化学工程、基因工程、代谢工程技术的广泛应用，和我国自主创新能力的不断提高，必将为提高我国VC的研究及生产水平提供源头性创新的依据，并极大推动我国成为维生素强国的进程。
三、维生素C的市场应用前景
维生素C是目前世界产销量最大，应用范围最广泛的维生素产品。全国市场年销售额达5亿美元，年产量达9万多吨。维生素C在我国医药工业中也是超重量级品种，目前年产量为5万多吨，出口量和出口创汇额都居我国医药行业之首。2002年我国维生素C出口创汇1.5亿美元，2003年我国各种维生素C出口量为5.4万吨，比2002年的4.4万吨增长了23%；出口金额为3.3亿美元，平均价格约为6.10美元/公斤，比2002年上涨了83.52%。同时我国也是全球市场维生素C的主要生产国和供应商，目前产量和贸易量均占世界的50%左右。1.维生素C在医药行业的发展
以中国为主的亚洲国家,维生素C生产与消费严重不平衡。我国大部分维生素C用于出口,而国内消费严重不足,维生素C每年用量仅为4000t左右,我国维生素C人均年用量不足4g,远远低于欧美发达国家的人均年用量60~90g,因而国内维生素C市场潜力十分巨大。如按欧美发达国家人均年用量的1/5计,国内的需求量就有100%的增长空间。维生素保健品市场潜力十分广阔随着生产水平的提高,人们自身的保健意识正在不断增强。在国内,维生素是最主要的营养保健品,维生素对维持人体健康的作用有充分的科学依据,深入人心。根据统计,美国保健品市场中,维生素产品市场规模为8亿~10亿美元,占整个保健品市场15%的份额。2003年年初,发生在中国和东南亚地区的非典事件,极大地促进了公民健康意识的提高。维生素产品作为最具有科学依据的保健品,迅速被广大市民所接受,维生素C冲剂、维生素C复合冲剂、复合维生素片等维生素保健品供不应求,一个巨大的维生素保健品市场正在快速形成。
2.维生素C在饲料行业的发展
近年来,虽然全球维生素市场增长率仅有3%~4%,但全球多维和预混料产品的市场增长率却高达9%以上。罗氏、巴斯夫等维生素制造巨头在全球的维生素销售中,40%是通过多维和预混料销售给终端客户的。中国的饲料企业的集中度已经比较高,前20家饲料集团掌握了全国30%的市场。单一维生素企业的生产能力也已经高度集中,如前三名生产企业拥有全国维生素C 60%的产量。但多维和预混料市场还是十分分散,以中小企业为主,缺少有品牌知名度的国产多维和预混料产品。具有一定规模的企业大部分是饲料集团自己配套的预混料厂,产品基本自给,还有70%的市场留给了专业预混料厂商。国内维生素生产企业从单一维生素产品,逐步向多维和预混料产品衍生将是一个趋势。
三、结束语
为了进一步提高发酵法生产维生素C的竞争力,今后的研究工作应集中在:(1)深入研究以D-山梨醇为底物的二步发酵工艺中大小菌混合培养的关系,这是提高生物技术法生产维生素C的关键;(2)生物技术法生产维生素C的关键酶的催化机制和调控机制还需要进一步研究;(3)对一步发酵菌株关于2-KGA生产基因的表达系统继续进行深入的研究,找出影响发酵产率的关键因素。维生素C的用处很广泛，近几年的销售量增大，发展比较迅速。经不断研究，生产工艺上发生了较大的变化，提高了生产效率，降低了工作条件。维生素C是目前世界产销量最大，应用最广泛的维生素产品。在国内,维生素是最主要的营养保健品,维生素对维持人体健康的作用有充分的科学依据,深入人心。维生素C不仅在保健方面比较火热，在我国医药工业中也是超重量级品种，有较大的发展前景。从以上的内容也可看出维生素C有良好的发展现状和优越的市场前景。
参考文献(References):
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4、维生素C的工艺及产品开发 王曦 （山东省医药工业研究所）《山东医药工业》1994年第十三卷第4期
5、药学清报通讯2992年，2月