維生素D2產品開發(fā)

維生素D2產品開發(fā)VD2是VD的一種活化形式，由存在植物、真菌體內的VD2前體-麥角固醇(又稱麥角甾醇)經紫外線照射轉變而來，它的化學名稱為9,10- 開環(huán)麥角甾- 5,7,10(19),22- 四烯-3- 醇。分子式C28H44O，分子量396.66，其分子結構式為：圖1 維生素D2的分子結構式維生素D2促進小腸黏膜刷狀緣對鈣的吸收及腎小管重吸收磷，提高血鈣、血磷濃度，協同甲狀旁腺激素（PTH）、降鈣素（CT），促進舊骨釋放磷酸鈣，維持及調節(jié)血漿鈣、磷正常濃度。維生素D2促使鈣沉著于新骨形成部位，使枸櫞酸鹽在骨中沉積，促進骨鈣化及成骨細胞功能和骨樣組織成熟。維生素D2攝入后，在細胞微粒體中受25-羥化酶系統催化生成骨化二醇(25-OHD3)，經腎近曲小管細胞1-羥化酶系統催化，生成具有生物活性的骨化三醇1-25-(OH)2D3。VD2是一種具有廣泛效應的激素載體，與人體鈣、磷的吸收有關，具有明顯的抗癌功效1。此外有研究認為VD2可刺激某些植物根系的生成。1.1 維生素D2的傳統生產工藝維生素D2傳統的工業(yè)生產方法是以麥角甾醇為原料，在加溫的特定條件下，于乙醇溶液中在波長為280nm左右的紫外線照射，然后除去溶劑，殘留物中的麥角骨化醇經過馬來酐，檸糠酐處理后轉變?yōu)槎┗衔?，使其形成堿金屬鹽，轉移至水溶液內分離，再用有機溶劑提取維生素D2，制成3，5-二硝基苯甲酸酯，反復結晶，皂化后用丙酮使維生素D2再結晶，即可得到維生素D2成品，其生產工藝中的主要副產物是速甾醇，它經光照射可轉化為光甾醇。 1.2 我國維生素D2生產工藝研究的新進展目前，中國的維生素D2生產水平低，成本高，得率只有2022，與發(fā)達國家生產水平（得率30-33%）相差很大，因此提高麥角固醇的發(fā)酵水平，已成為中國維生素D2發(fā)展的迫切要求。合成VD2的原料麥角固醇，主要來自酵母發(fā)酵、從生產青霉素等藥物的廢菌絲或植物油、香菇等產品中提取。最近，我們得知，我國南方有從糖蜜提取麥角固醇，價格可接受，來源充足，我們檢測的結果表明質量合格。1.3 本研究所采用的生產工藝流程麥角固醇（或麥角甾醇）是生產維生素D2、激素黃體酮、可的松的原料。本研究所用的麥角固醇的來源是從酵母菌中提取。生產工藝大體為：高產量的麥角固醇酵母菌種種子培養(yǎng)擴大培養(yǎng)發(fā)酵罐發(fā)酵高產酵母、高產麥角固醇麥角固醇酵母菌壓濾或離心干燥經光化學方法維生素D2。1.3.1 菌種篩選本研究通過酵母菌發(fā)酵來生產麥角固醇，然后通過光化學方法轉化為維生素D2。選育高產麥角固醇的菌種是VD2生產的第一步，也是最重要的一步。Eugene選育生產麥角固醇的酵母菌，麥角固醇產量可達細胞干重的2%3%2。Savard3采用青霉菌生產麥角固醇，產量達細胞干重的1.8%。國內在麥角固醇產生菌的自然篩選上，也開展了積極的研究。莫湘筠等4測定了33株酵母菌的麥角固醇含量，其中2株釀酒酵母的麥角固醇含量分別高達4.33%和3.3%。張博潤等人5分析了231株不同種、屬酵母菌的麥角固醇含量，發(fā)現不同種屬之間差異很大，最高可達細胞干重的3%，最低的只有0.7%。自然選育是一種簡單易行的選育方法，但是它的缺點是效率低、進展慢。因此，把自然選育和誘變育種（紫外線、EMS復合誘變等），雜交育種，原生質體融合等其他育種方法結合使用，可以收到較好效果。1.3.2 改善發(fā)酵工藝控制微生物發(fā)酵的生產水平不僅取決于生產菌種本身的性能，還要賦予它合適的環(huán)境條件才能使它的生產能力充分表達出來。因此優(yōu)化發(fā)酵條件，控制發(fā)酵工藝是進一步提高麥角固醇產量的重要手段。通過實驗來綜合研究碳源、氮源、無機鹽、通氣條件、初始pH值、溫度等條件對麥角固醇產量的影響，并對這些因素進行優(yōu)化組合，找出麥角固醇產量最高時的發(fā)酵條件。1.3.3 光化學合成維生素D2麥角固醇紫外光轉化過程中主要產物的相互關系見圖2。注：Ergosterol為麥角固醇，Tachysterol為速固醇，Pre- ergocalciferol為VD2前體，Lumisterol為光固醇。傳統的光化學反應生產工藝，是利用多個低功率汞燈進行長時間連續(xù)光照，在這樣的光化學反應條件下會有大量副產物生成，限制了VD2的收率，并給產品的提純帶來極大難度，影響產品質量。因此，國內原有的幾家VD2生產企業(yè)被迫停產。有鑒于此，在本項目中我們提出了一條生產VD 2的新工藝路線。我們以麥角固醇為起始原料，分離鑒定了所有光化學反應的主要產物并測定了它們的克分子消光系數，建立了指導生產的檢測方法；仔細進行了光化學反應動力學分析，確定了最佳反應條件，包括反應用的光源、反應器、溶劑、濃度以及合適的反應時間。光化學反應結束后，很方便地將光化學反應混合物與麥角固醇分開。麥角固醇可再用；光化學反應混合物熱異構化反應后直接制備結晶，整個過程無需柱層析，生產路線大大縮短。在VD2結晶過程中，我們的工藝盡量從環(huán)境友好考慮，避開了慣用的毒性和氣味較大的溶劑。1.4 市場需求VD2不僅是維持人類健康和家畜正常生長、繁殖的重要維生素，而且是一些貴重藥物的中間體，在國內外均有廣闊的市場。中國每年食用、藥用維生素D2的年需求量可達到100噸，再加上飼料業(yè)對VD2 的需求，中國的VD2年需求量可達到200噸，而年產量遠達不到要求。國際上，生產VD2的企業(yè)主要有巴斯夫公司、羅氏公司、日清化學公司等主要供應歐洲和日本市場。在國內，目前生產VD2的廠家主要有廣州第三制藥廠、江西贛南制藥廠、四川省內江匯鑫實業(yè)總公司、山東東辰集團、上海第六制藥廠和東北制藥總廠。1.5 生產成本估算光化學生產VD2新工藝的成本估算如下：（1）原材料成本：每生產1公斤結晶VD2的費用：原材料 消耗量(公斤) 原材料價格(元/公斤) 原材料成本(元)麥角固醇 3.3 2500 8250乙醇 50 4 200石油醚 100 4 400乙酸乙酯 80 5 400總計 9250在國內現在每公斤VD2的市場價格為1600017000元，而其成本為9250元，收益可觀，因此該工藝路線在經濟上是可行的。（2）以建設一個年產3噸VD2的企業(yè)需投資：進口光化學反應裝置： 150萬元光化學生產、后處理與精烘包廠房： 150萬元反應釜、附屬設備與安裝費等： 300萬元總經費： 600萬元（3）以建設一個年產3噸VD2的企業(yè)的其它消耗：項目名稱 年消耗（元） 每公斤VD2消耗（元）人工費 180,000 60（15人，1000元/月）設備折舊費 533333 178(總投資800萬元，按15年折舊)電消耗 384000 128（按1920元/天，年工作日200天）設備維修費 40000 13(總投資的5%)總計 379綜上，生產每公斤VD2的總成本為9250元+379元=9629元1.6 投資效益分析目前，國產VD2每公斤售價約為16000元。因關稅等因素，進口VD2每公斤售價約為4800美元。以建設一個年產為3噸VD2的企業(yè)計，需要固定資產投資800萬元（包括廠房和設備等），需要流動資金投入650萬元/年，年銷售收入4800萬元，減去總成本，可實現銷售毛利3381.3萬元/年，扣除銷售稅金（17%）、教育附加（0.45%）、城市建設維護費（0.79%）、社會事業(yè)發(fā)展費（0.2%），稅前利潤為2757.8萬元，因高新技術企業(yè)享受2減3免的稅收優(yōu)惠，因此該企業(yè)當年即可收回投資。參考文獻1 張博潤,蔡金科. 麥角固醇高產菌株的選育. 微生物學通報,1993 ,20 (6) :3353382 陳思蕓,蕭