关于维生素C生产工艺的综述
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摘要:重点介绍了维生素C的生产方法,并对维生素C新技术的发展进行了展望。
Abstract: The production process of Vitamin C is introduced and the prospects of the new technology for Vitamin C are looked ahead.
关键词:维生素C;生产方法;发展
Key words: Vitamin C;production way;development
中图分类号:R94 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)12-0250-01
0引言
维生素C,又名L-抗坏血酸,是人体营养所必需的水溶性维生素。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。以下是对其生产工艺的综述:
1维生素C的生产历史
维生素 C最早由瑞士化学家Tadeus Reichstein于1933年用化学方法合成,并用于工业生产。
2维生素C的生产方法
2.1 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。
2.2 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。
2.3 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。
2.4 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。
2.5 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。
3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。