Витамин С - один из представителей полимеров. Его применение в медицине

Витамин С – жизненно важное соединение, чьи биологические функции связаны с участием в биосинтезе стероидов и реакциях гидроксилирования и, в частности, в превращении пролина в оксипролин (биосинтез коллагена). Участвует в биологическом окислении в тканях, синтезе гормонов, предохраняет адреналин от окисления, способствует повышению свертываемости крови и регенерации тканей, влияет на процесс биосинтеза межклеточного вещества — гиалуроновой кислоты.

При недостатке витамина С  нарушается обмен в соединительной ткани, понижается проницаемость капилляров, что ведет к кровоизлияниям и цинге.

Витамином С (аскорбиновой кислотой) называют g-лактон –2,3-дегидро-L-(+)-гулоновой кислоты. Формулу аскорбиновой кислоты изображают двояко:

Аскорбиновая кислота обратимо переходит в дегидроформу:

                   O                                                           O

             C                                                           C

НО-С                                                     О = С

           

НО-С    О                   - 2H                   О = С     О

                 

        H-C                          + 2H                      H-C

HO-C-H                                                HO-C-H

            

СH₂-OH                                                 СH₂-OH

L-аскорбиновая                            Дегидроаскорбиновая кислота                                                 кислота

(восстановленная форма)         (окисленная форма)

Ввиду наличия в молекуле двойной связи возможно существование геометрических цис- и транс-изомеров кислоты аскорбиновой. Однако пока известен только один из них – цис-изомер. Два ассиметрических атома углерода обусловливают существование четырех оптических изомеров. Все они получены синтетически, однако только l-изомер является физиологически активным.

Существование витамина С было доказано в результате научных экспериментов на морских свинках в 1907 – 1912 гг. Эти работы показали, что известное с давних времен заболевание цинга вызывается отсутствием в пище некоторого фактора, который получил название антицинготного (антискорбутного) фактора или витамина С. Химическое строение витамина С было установлено в 1930 – 1932 гг. в результате работ Альберта Сент-Дьерди, Нормана Хэворса и  Глена Кинга. В 1933 г. Таудеуш Райхштайн впервые синтезировал аскорбиновую кислоту, используя в качестве исходного продукта L-ксилозу. Промышленное производство аскорбиновой кислоты начато в 1936 г.

Кислоту аскорбиновую можно выделить из растительного сырья, в частности из плодов шиповника. Промышленный способ получения кислоты аскорбиновой основан на сочетании химического и микробиологического синтеза из D-глюкозы. Глюконовая кислота и ее g-лактон – простые продукты окисления (дегидрогенизации) глюкозы. Еще в начале 20-х гг. было налажено производство этой кислоты из глюкозы при участии Asperillus nigeг. Нейтрализация кислоты позволяла получать большой выход продукта. В погруженных культурах за 48 ч. конверсии субстрата он составлял 90%: исследования  на полупромышленных установках показали, что если ферментацию вести при повышенном давлении, то выход кислоты за 24 ч. составляет 95% от теоретического при использовании раствора глюкозы с концентрацией 150-200 г/л. Процесс можно вести и в полунепрерывном режиме заново используя мицелий (до 9 раз подряд).

В настоящее время применяют метод синтеза аскорбиновой кислоты, основанный на использовании Gluconobacter (старое название – Acetobacter) suboxydans.

1.  На первой стадииD-глюкозу восстанавливают в D-сорбит каталитическим гидрированием. Истользуют никелевые катализаторы.

2.  Микробиологическая стадия – окисление D-сорбита до L-сорбозы. D-сорбит подвергают глубокому биохимическому окислению Gluconobacter suboxydans. Фермент, непосредственно осуществляющий процесс окисления – сорбитолдегидрогеназа. Для использования на следующей стадии продукт выделяют в кристаллическом виде.

3.  L-сорбозу подвергают ацетонированию (чтобы не допустить окисления четырех гидроксилов).

4.  Полученную диацетон L-сорбозу окисляют до диацетонгулоновой кислоты, в присутствии NaOCl и никелевого катализатора.

5.  Процесс омыления и лактонизацию 2-кето-L-гулоновой кислоты до кислоты аскорбиновой.

6.  Очистка аскорбиновой кислоты пропусканием через колонну активированного угля и кристаллизация.

Остановимся подробнее на стадии ферментации D-сорбита культурой Gluconobacter suboxydans. Процесс ферментации – аэробный, протекает с выделением энергии и требует постоянного охлаждения. Посевной материал хранится при -70°С. Пересеивают на чашки, либо колбы на 750 мл. с широким отверстием для максимальной аэрации. Чистота исходного материала должна быть не менее 99,5%. Необходима ежедневная проверка на заражение дрожжами. Среда – 77,5% глюкозы (в т.ч. 90% - жидкой и 10% кристаллической), 20% сорбита, 2% остальных сахаров, 0,5% кукурузы (как источник азота и углерода) и NH₄PO₄. Вода должна отвечать стандартам GLP (good laboratory practice). pH удерживается около 4,0, для чего добавляют уксусную кислоту. В качестве пеногасителей используют олеиновую кислоту и силикон.

Питательную среду стерилизуют одним из двух способов:

1)  термическая стерилизация – 10 мин. при 135°С с последующим ступенчатым или непрерывным охлаждением до 37°С;

2)  стерилизация фильтрованием;

Воздух очищается прохождением через фильтры с диаметром отверстия 0,8 мм., затем 0,2 мм. и подается вентилятором в ферментер. Непрерывно охлаждается, чтобы поддержать температуру 35°С. Поддерживается избыточное давление, чтобы предотвратить обратный засос воздуха.