Tổng hợp Vitamin B12

BÁO CÁO MÔN HÓA HỮU CƠ Đề tài: TỔNG HỢP VITAMIN B12 TP HCM - 2015 MỤC LỤC Trang I Khái quát…………………………………………………………… … II Vitamin B12…………………………………………………………….2 Giới thiệu chung………………………………….……………… …….2 Cấu tạo hóa học…………………………………………………… … 3 Tính chất……………………………………………………………… 4 Vi sinh vật tham gia tổng hợp vitamin B12………… …… … ………5 Công nghệ sản xuất…………………………………………………….7 Một số sản phẩm B12 ứng dung thị trường…………….… ………9 I.KHÁI QUÁT - Vitamin chất hữu không cung cấp lượng cho tế bào trình phát triển Tuy nhiên, vai trò vitamin lại vô quan trọng cho hoạt động sống tế bào: vitamin thúc đẩy trình trao đổi chất thành phần thiếu cấu tạo nhiều loại enzym Do việc nghiên cứu, sản xuất vitamin trở nên cần thiết Hình Các loại Vitamin - Vitamin sử dụng chủ yếu ba lĩnh vực: + Y học Hình 2: Vitamin dạng thuốc + Thực phẩm cho người Hình 3: Vitamin dạng thực phẩm +Thức ăn gia súc -Các nhà khoa học áp dụng nhiều phương pháp khác công nghệ sản xuất vitamin Bao gồm phương pháp sau: +Chiết rút từ nguồn nguyên liệu thực vật vật động vật +Tổng hợp hóa học + Tổng hợp sinh học Cả ba phương pháp có ưu nhược điểm riêng, phương pháp cho vitamin riêng Do để sản xuất vitamin từ nguồn nguyên liệu với phương pháp khác nhau, người ta thường nhắm vào hiệu phương pháp, giá thành đóng vai trò quan trọng cho việc định phương pháp sản xuất.Công nghệ sản xuất vitamin theo phương pháp sinh học tập trung vào số vitamin đặc trưng có hiệu nhất, bao gồm vitamin B12, vitamin B2, hỗn hợp vitamin D2 vitamin nhóm B khác II VITAMIN B12 Giới thiệu chung - Thuật ngữ vitamin B12 rộng, dùng để hợp chất có chứa cobalamin phân tử có chứa kim loại Coban Tại hội nghị quốc tế hóa sinh năm 1961, nhà bác học đề nghị gọi tên nhóm vitamin B12 corinoit Hiện người ta biết khoảng 100 loại chất tương tự vitamin B12 số có chất quan trọng thường gặp cyancobalamin (B12), hydroxycobalamin (B12 ‚b‛), nitritocobalamin (B12 ‚c‛) Hợp chất corinoit bị loại coban gọi corin, acid corinic corin có nhánh bên Dạng tự nhiên hợp chất cobalamin adenosylcobalamin, methylcobalamin hydroxocobalamin._Cyanocobalamin, định nghĩa vitamin B12, hợp chất cobalamin bền vững, sản xuất quy mô công nghiệp không tìm thấy tự nhiên - Vitamin B12 vitamin quan trọng để chữa bệnh thiếu máu nguy hiểm bệnh viêm dây thần kinh ngoại biên, đồng thời vitamin quan trọng cần bổ sung phần ăn động vật người Nó quan trọng trình trao đổi chất: thiếu không đủ vitamin B12 thể ngƣời động vật gây tượng rối loạn trao đổi chất hydratcacbon axit béo Cụ thể: Vitamin B12 tham gia vào việc sinh tổng hợp enzym metyl malomye – CoA - mutase nhiều enzym quan trọng khác Các enzym tham gia vào phản ứng chuyển metyl trình tổng hợp methionin, cholin, thimin - Bởi tổng hợp vitamin B12 phương pháp hóa học khó khăn tốn nên người ta thƣờng sản xuất vitamin B12 đại trà phương pháp lên men vi sinh vật gián đoạn kết hợp gián đoạn liên tục Cấu tạo hóa học - Tên quốc tế: cyanocobalamin hydroxo –cobanamin - Công thức hóa học C63H90N14O14PCo - Cấu trúc hóa học vitamin B12 gồm phần: + Phần cobamid gồm nhân pyrol hydrogen hóa, nhân nguyên tửcoban hóa trị 3; nhân bị nhóm methyl, acetamid propionamid + Phần nucleotid gồm 5,6 dimethylbenzimidazol este hóa acid phosphoric - Cobamid nucleotid nối với qua cầu isopropanol.Nguyên tử coban liênkếtcộng hóa trị với nitơ nhân pyrol, liên kết phối trí với nitơ nhân pyrol lại nitơ nhân benzimidazol; liên kết ion với acid phosphoric Hóa trị cuối coban liên kết với nhóm chức khác tạo vitamin B12 khácnhau Hai chế phẩm vững bền bảo quản chế phẩm dược dụng cyanocobalamin có công thức cấu tạo vàhydroxocobalamin thay CN nhóm OH Hình 4: Cấu tạo vitamin B12 Tính chất - Vitamin B12 thường dạng kết tinh ,có kích thước nhỏ ,màu sẫm đỏ,không có mùivà vị - Vitamin B12 hòa tan nước,trong dung dịch trung tính,trong cồn - Vitamin B12 không hòa tan eter, axeton,benzene,clorofoc -Vitamin B12 bền nhiệt chúng dạng xiamit, tiếp xúc với kim loại nặng dễ hoạt tính, vitamin B12 không bền môi trường pH kiềm -Vitamin B12 có gan phận khác động vật, lại không thấy có mặt tổ chức thực vật bậc cao 4.Vi sinh vật tham gia tổng hợp vitamin B12 -Quá trình sinh tổng hợp vitamin B12 trình phức tạp, trải qua nhiều giai đoạn khác nhờ tham gia củanhiều loại enzyme khác -Quá trình sinh tổng hợp vitamin B12 bắt đầu tạo thành porphinin, sau đógắn nucleotat thành phần khác vào.Porphinin vitamin B12 khác với porphinin xytocrom, clorofin chỗ chứa nhiều nhómCH2CH2COOH CH3 -Co cấu tạo vitamin B12 gắn vào ba hóa trị thong thường ba hóa trị phụ.Co tạo màu đỏ cho vitamin B12 -Tham gia trình tổng hợp vitamin B12 có nhiều vi sinh vật khác 4.1.Vi khuẩn Propionibacterium -Trong giống vi khuần tham gia tổng hợp vitamin B12 có giống Propionibacterium shermanii giống có nhiều ưu điểm nhấtvà đưa vào sản xuất công nghiệp -Vi khuẩn có số đặc điểm sau: •Là trực khuẩn,có kích thước nhỏ •Trong thiên nhiên chúng thường xếp thành đôi chuỗi ngắn •Chúng thuộc loại hiếu khí tùy ý •Chúng có khả lên men acid lactic , glycerol, glucose, fructo, manit, lactose Hình 5: Vi khuẩn Propionibacterium shermanii •Khoảng pH hoạt động 4,5-7,5, pH tối ưu cho việc sinh tổng hợp B12 5,8-7,5 •Nhiệt độ thích hợp cho sinh tổng hợp vitamin B12 28-30C •Các chất dinh dưỡng cho phát triển bao gồm:muối amon,amoniac, CoCl2 Co(NO3)2;các kim loại :Cu ,Fe,Zn,Mn thườnglàm giảm trình tổng hợp B12 •Các vitamin làm tăng hiệu suất tổng hợp vitamin B12 bao gồm: tiamin, biotin,acid nicotinic ,acid tolic 4.2 Xạ khuẩn Actinomyces - Trong giống thuộc Actinomyces có giống Actinomyces olivacens có khả tổng hợp vitamin B12 cao chúng sử dụng để sản xuất vitamin B12 theo quy mô công nghiệp Một số đặc điển quan trọng giống xạ khuẩn •Xạ khuẩn Act Olivacens thuộc loại kị khí tùy tiện •Chúng phát triển mạnh sinh nhiều vitamin B12 môi trường chứa glucose, tinh bột, mật rỉ, bã rượu Trong thành phầnmôi trường cần cho thêm muối amon, muối coban, CaCO3 •Sinh tổng hợp B12 xảy mạnh sau 24 nuôi cấy •Trong trình lên men, xạ khuẩn tạo hai pha rõ rệt: + Pha tạo thành sinh khối + Pha tạo thành vitamin B12 •Thường pha tạo thành vitamin B12 xảy mạnh kết thúc trình tăng sinh khối •pH ban đầu môi trường nên điều chỉnh khoảng Ở pha thứ pH giảm xuống khoảng 6,5 bước sang pha thứ hai pHsẽ tăng lên 8,2-8,7 •Thổi khí có ảnh hưởng lớn đến tổng hợp vitamin B12,do trình lên men bắt buộc phải thổi khí mạnh Hình6: Xạ khuẩn Actinomyces •Nhiệt độ cho phát triển sinh tổng hợp B12 28-300C •Thời gian lên men 60120 4.3.Vi khuẩn sinh metan : - Trong thiên nhiên có nhiều vi sinh vật tham gia nhiều phản ứng tạo khí metan.Khí metan loại khí đốtđược,đồng thời loại khí tạo tượng hiệu ứng nhà kính lớn Cùng với tạo thành khí metan, vi sinh vật tổnghợp số lượng vitamin B12 lớn Đặc điểm chung vi khuẩn sinh khí metan: •Chúng thuộc vi khuẩn gram(-) •Chúng không chuyển động •Không sinh bào tử •Thuộc loại kị khí bắt buộc Hình 7: Vi khuẩn sinh metan Công nghệ sản xuất: 5.1.Giữ giống: - Để sản xuất vitamin B12 theo qui mô côngnghiệp người ta thường sử dụng chủng Prop.shermanii Chủng giữ giốngtrong môi trường thạch nghiêng với glucose,KH2PO4, (NH4)2SO4 - Trong môi trường người ta cho thêm cao ngô nước chiếttrái cây, nuôi vi khuẩn điều kiện nhiệt độ 28-32C thời gian 7-8 ngày, sau bảo quan lạnh,cấy truyền định kỳ thángmột lần 5.2.Nhân giống cho sản xuất: -Nhân giống cho sản xuất thường tiến hành điều kiện kị khí bắt buộc.Môi trường cho nhân giống có lượng đường môi trường lên men,còn thành phần khác môi trường giống môitrường len men - Trong môi trường thành phần đường người ta cho them muối amon, amoniac, CoCl2 Co(NO3)2 Nhân giống trình tăng dung tích, dịch chứa sinh khối qua nhiều cấp Mỗi cấp nhân giống thường tăng dung khối từ 10-15lần Cứ làm toàn dung tích đủ để tiến hành trình lên men -Lưu ý trường hợp không dung chủng vi khuẩn Prop.shermanii để sản xuất vitamin B12 ta dùng xạ khuẩn vi khuẩn sinh khí metan phải thay đổi thành phần môi trường điều kiện nuôi cấy 5.3.Quá trình lên men: 5.3.1.Lên men trực tiếp - Trong trình này, olivaceus Streptomyces cấy môi trường có chứa chất dinh dưỡng glucose nguồn carbon.chloride Cobalt, CoCl2 (ít 10ppm) thêm vào chất tiền thân bổ trợ giai đoạn đầu không liên tục thờigian sản xuất Nồng độ cao CoCl2 thường gây độc hại Lên men thực 27˚C bổ sung thêm khí CO2 trongkhoảng ngày Vào cuối thời kì lên men, Vitamin thu hồi trước tế bào phá hủy vitamin vitamin thu hồi từnước cách lọc ly tâm tốc độ cao Một phần tế bào có chứa vitamin B12 sấy khô dùng làm thức ăn gia súc, gia cầm.Phần nước lọcra tế bào lại axit hóa xử lý với rượu để phục hồi thêm vitamin Đôi cần xử lý nhiệt đểkhai thác triệt để vitamin từ tế bào; vitamin không bền với nhiệt nên nhiệt áp dụng cách thận trọng tínhtoán trước - Trong trình axit hóa, natri sunfit thêm vào để ổn định vitamin Acidified broth dùng để loại bỏ pháttriển tế bào phần nước lọc bốc để khô chân không Vitamin B12 tiếp tục tinh chế cách xử lý với loại phenol acetone Cuối kết tinh dung dịch nước-aceton -Lên men trực tiếp sử dụng Bacillus megaterium, Propionibacterium freudenreichii, Propionibacterium shermanii vàPseudomonas sử dụng cho sản xuất thương mại vitamin B12 Những phương pháp tương tự trên, nhưngkhác suất phục hồi, điều kiện tăng trưởng số lượng lên men trung bình -P shermanii trồng điều kiện kỵ khí ngày 30°C điều kiện hiếu khí ngày, môi trường lên men (tăng trưởng trung bình) chứa glucose, cobalt chloride, cao ngô (một sản phẩm chất thải sản xuất tinh bột),ammonia Amoniac sử dụng hình thức hydroxit amoniac để trì độ pH môi trường Năng suất bình thường 23 mg/lít Propionibacterium sử dụng -Denitrificans Pseudomonas trồng ngày môi trường nuôi cấy hiếu khí có chứa nhiều đường sucrose, betain,axit glutamic, clorua coban, 5, dimethylbenzimidazol, muối 5.3.2.Sản xuất gián tiếp - Vitamin B12 sản phẩm phụ trình lên men kháng sinh khác Grisein, Streptomycin sản xuấtAureomycin Nó hình thành trình lên men acetone- butanol Vitamin B12 có mặt nồng độ cao bùnthải 5.3.3.Kỹ thuật di truyền -Các chủng Streptomyces griseus phát triển thông qua cải tiến giống đột biến có liên quan đến chương trình nghiêm ngặt kỹ thuật tái tổ hợp để sản xuất lượng vitamin B12 nhiều so với sản xuất thuốc kháng sinh Phương pháp tiếpcận di truyềnnhư xáo trộn hệ gen áp dụng khuẩn shermanii Propionibacterium để cải thiện suất thu hồi vitamin B12 -Đối với vi khuẩn Prop Shermanii trình lên men thực pH ban đầu môi trường 6,8-7 Trong trình lên men phải điều chỉnh pH NH4OH -Đối với xạ khuẩn pH ban đầu Trong trình lên men người ta điều chỉnh pH Lượng vitamin B12 bắt đầu tổng hợpmạnh pha thứ hai.Khi pH tăng dần đến vùng kiềm yếu Đối với vi khuẩn sinh metan thường sử dụng môi trường làcác loại phế liệu sản xuất cồn, bia,thậm chí bùn thối,việc điều chỉnh pH không cần đặt nhiều 10 - Nhiệt độ lên men cho vi khuẩn tổng hợp B12 thường nằm khoảng 28-32C -Thời gian lên men thường 5-7 ngày Đối với xạ khuẩn thời gian thường ngắn vi khuẩn Dịch sau nuôi lytâm máy ly tâm cao tốc với tốc độ 10.000 vòng /phút.Sinh khối thu đem sấy khô làm chế phẩm thô cho gia súc đemsing khối chiết rút tinh chế thu nhận vitamin B12 6.Một số sản phẩm B12 ứng dụng thị trường -Hiện thị trường có bán nhiều chế phẩm vitamin B12 kháng sinh tetracycline,clotetracycline mang tênthương mại BIOVIT, chế phẩm vitamin B12 với tetramicin gọitên thương mại TERAVIT hay OTC.Các chế phẩmB12 sử dụng rộng rãi chăn nuôi.Ngoài số công dụng bệnh máu: thiếu máu ác tính tự pháthoặc sau cắt dày, bệnh khác thiếu vitaminB12 hấp thụ Hấp thụ sau cắt phần dày hội chứngquai ruột chột số trường hợp thiếu máu thai nghén Dùng hỗ trợ điều trị với amoni Salicylat làmgiảm hấp thu vitaminB12 Để xác định thiếu vitaminB12 dùng nghiệm pháp thilly VitaminB12 dùng điều trị số bệnh thầnkinh đau thần kinh toạ, đau dây thần kinh cổ, cánh tay, đau bệnh thần kinh, dùng làm thuốc bổ Hình 8: Vitamin B12 thị trường cho người bệnhkêu mệt mỏi trạng thái dễ bị mệt chưa có tính hiệu điều trị bệnh -Vitamin B12 có tác dụng tốt với nhiều người bệnh giúp cho phân chia tái tạo tổ chức tế bào, tổng hợp mạnh protein chuyển hóa lipid Nó tham gia tổng hợp thymidylate- thành phần ADN, cung cấp nguyên liệu để tổng hợp ADN,góp phần vào trình phân chia tế bào thể Nhưng với người bệnh ung thư điều lại lợi Khối u ác tínhcó biểu sinh hóa tổ chức phát triển mạnh, tăng protein có trọng lượng phân tử nhỏ, tăng ADN, ARN trình phân bào Trong đó, vitamin B12 lại thúc đẩy trình này.Vì không nên cho bệnh nhân ung thư sử dụngvitamin B12 11 12 [...]... ruột chột cũng như một số hiếm trường hợp thiếu máu do thai nghén Dùng hỗ trợ khi điều trị với amoni Salicylat vì làmgiảm hấp thu vitaminB12 Để xác định sự thiếu vitaminB12 dùng nghiệm pháp thilly VitaminB12 dùng điều trị một số bệnh thầnkinh như đau thần kinh toạ, đau dây thần kinh cổ, cánh tay, đau do các bệnh thần kinh, hoặc dùng làm thuốc bổ Hình 8: Vitamin B12 trên thị trường cho người bệnhkêu... hoặc trạng thái dễ bị mệt nhưng chưa có căn cứ về tính hiệu quả điều trị bệnh này -Vitamin B12 có tác dụng tốt với nhiều người bệnh vì nó giúp cho sự phân chia và tái tạo tổ chức tế bào, tổng hợp mạnh protein và chuyển hóa lipid Nó tham gia tổng hợp thymidylate- một thành phần trong ADN, cung cấp nguyên liệu để tổng hợp ADN,góp phần vào quá trình phân chia tế bào trong cơ thể Nhưng với người bệnh ung... trường có bán nhiều chế phẩm vitamin B12 cùng kháng sinh tetracycline,clotetracycline được mang tênthương mại là BIOVIT, chế phẩm vitamin B12 với tetramicin được gọitên thương mại là TERAVIT hay OTC.Các chế phẩmB12 này sử dụng rộng rãi trong chăn nuôi.Ngoài ra còn một số công dụng đối với các bệnh về máu: thiếu máu ác tính tự pháthoặc sau khi cắt dạ dày, các bệnh khác thiếu vitaminB12 do hấp thụ kém Hấp... men cho các vi khuẩn tổng hợp B12 thường nằm trong khoảng 28-32C -Thời gian lên men thường là 5-7 ngày Đối với xạ khuẩn thời gian thường ngắn hơn các vi khuẩn Dịch sau khi nuôi sẽ được lytâm ở máy ly tâm cao tốc với tốc độ 10.000 vòng /phút.Sinh khối thu được đem sấy khô làm chế phẩm thô cho gia súc hoặc đemsing khối chiết rút và tinh chế thu nhận vitamin B12 6.Một số sản phẩm B12 ứng dụng trên thị... những biểu hiện sinh hóa của một tổ chức đang phát triển mạnh, tăng protein có trọng lượng phân tử nhỏ, tăng ADN, ARN và quá trình phân bào Trong khi đó, vitamin B12 lại thúc đẩy quá trình này.Vì vậy không nên cho bệnh nhân ung thư sử dụngvitamin B12 11 12