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饲用维生素K生产工艺研究进展

  作者: 来源: 日期:2012-10-19  

  维生素K(Vit K)又称凝血维生素,是2-甲基-1,4 -萘醌及其衍生物的总称,包括Vit K1、K2、K3、K4和K5等。其中Vit K1和K2 天然存在,也可人工合成;Vit K3和K4则只能人工合成。Vit K是重要的饲料添加剂,在饲料领域具有重要用途。

  1 Vit K的种类、性质

  Vit K又称叶绿醌,为黄色粘稠油状物,广泛存在于绿色植物与动物肝脏中。Vit K1参与肝内凝血酶的合成,可治疗阻塞性黄疸、疸痿病及初生畜禽出血病。Vit K2为异戊间二烯的多烯化合物,呈淡黄色。前二者均为脂溶性,对热稳定,易被碱、乙醇和光破坏,需避光保存。Vit K3 和Vit K4为水溶性,临床所用Vit K3是Vit K3与亚硫酸氢钠加成物——亚硫酸氢钠甲萘醌。后者为白色晶体,易吸潮,溶于乙醇,几乎不溶于苯和醚。Vit K4是Vit K3与两分子乙酸缩合而成的二乙酰甲萘醌;也有文献将4-亚氨基 -2-甲基萘醌Vit K4。Vit K3、Vit K4 较Vit K1 、Vit K2稳定。Vit K3有特殊刺激性气味,用途与Vit K1相同,但因Vit K3对粘膜有刺激性,所以常用它与亚硫酸氢钠的加成物MSB。Vit K4为白色或淡黄色结晶粉末,活性是Vit K1的3~4 倍,在体内与血清酯酶作用后,可失去两个乙酰基而被氧化成Vit K2。

  成年畜禽一般很少出现Vit K缺乏性出血病,但幼仔偶尔会发生肠黏膜出血或口腔出血。鱼类由于肠道中没有合成Vit K的机制,所以长期摄食Vit K缺乏的饲料可导致鳃、眼或血管出现血斑。此外,服用抗生素、抗球虫药、磺胺类药物或喂饲发霉饲料,也容易引起Vit K缺乏病。

  2 Vit K的生产工艺

  2.1 Vit K原的合成

  2-甲基-1,4-萘醌(2-MNQ)是化学合成Vit K的重要前体,因此被称为Vit K原。工业生产中常以2-甲基萘或2-甲基-1-萘酚为原料,经空气催化氧化或阳极氧化合成。2-甲基-1- 萘酚则可经1-萘酚与甲醇在280~300℃下催化反应合成。2-MNQ的制备方法主要以液相氧化为主,即在酸性介质中用重铬酸钾或重铬酸钠氧化2-甲基萘制得2-MNQ。但该工艺中由于2-甲基萘不溶于水,反应只能在两相界面上进行,进程缓慢,产品收率低;氧化产生的废铬液还容易污染生态环境。

  2.2 Vit K1的生产工艺

  Vit K3乙酰化后再与叶绿醇缩合即得Vit K1;叶绿醇可由蚕沙中提取。

  2.3 Vit K2生产工艺

  1958年,ISLER等首先化学合成出Vit K2,但产率较低。1994年,Hamamura等申请了甲萘醌-环戊二烯加合合成法生产Vit K2的专利。该法简便易行,收率较高,无需外来试剂和金属催化剂,在碱性条件下进行烷基化,能100%保留侧链双键立体构型;合成过程无氧化还原反应,甲萘醌能一直保持到最后;辅助剂环戊二烯易回收再用。室温下,甲萘醌与环戊二烯反应得到内Diels-Alder加合物无色晶体,收率93%。反应中,醌羰基α位非酸性烯属的氢转化成酮基的α位氢,碱取代质子,使二酮的C-4-α位更易进行单烷基化反应。由于在碱性烷基化反应条件下,多不饱和侧链不发生变化,因此,该方法尤其适于高收率地合成Vit K2。此后,该方法又得到了改进,采用相应的烷基化剂在相同反应条件下得到相应产物,收率为 80%~90%,经逆转Diels-Alder反应即可获得Vit K2。

  2.4 Vit K3生产工艺

  Vit K3是最常用的饲料添加剂。传统的Vit K3化学合成工艺主要有如下两条路线:(1)由铬酸或铬酐氧化2-甲基萘制得Vit K3:用铬酸或铬酐氧化2-MN成为2-MNQ,再用亚硫酸氢钠加成即可制得Vit K3,该方法的收率可达51%左右;(2)甲苯醌与苯二烯环合后经铬酸氧化制得Vit K3:将甲苯醌加入冰醋酸中溶解,在20℃下通入一定量的丁二烯,密封静置22 h后,加热使剩余的丁二烯逸出,继续加热至110℃左右回流3 h,再减压蒸馏,回收醋酸,然后冷却至40℃以下,缓慢加入铬酸与等量水的混合物,使温度保持在65~70℃,加热,在70~80℃保温1 h,即生成2-MNQ,过滤、洗涤至无酸即得Vit K3,再与亚硫酸氢钠加成,即得Vit K3 应用品。

  2.5 Vit K4生产工艺

  2-MNQ在醋酸存在下经锌粉还原为2-甲基1,4 -萘二酚,然后在醋酸钠催化下经醋酸酐乙酰化,在 138~142℃下回流2 h即可得到粗品Vit K4。该方法合成路线简单,回收率高达 70%~74%。另外,Vit K3与乙酸作用也可制得Vit K4。

  3 饲用Vit K工业化生产方法展望

  目前,Vit K主要采用化学合成法生产,尚未有生物法生产的报道。由于前者容易造成环境污染,因此研究和尝试生物法(如微生物发酵法)生产Vit K具有广泛前景。Vit K本身就是某些肠道细菌的代谢产物,因此微生物发酵法生产Vit K具有一定可行性,今后可进行这方面研究。

 

 
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