维生素c

维生素C（Vitamin C），别名抗坏血酸（Ascorbic acid）^[1]，分子式为C6H8O6，^[2]是含有6个碳原子的多羟基化合物^[4]，是维持机体正常生理功能及细胞内特异代谢反应所必需一种水溶性维生素^[5]。纯品维生素C外观^[6]为白色结晶或结晶性粉末，其易溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚、氯仿、苯、油脂、石油醚等^[3]。维生素C具有酸性、还原性、旋光性以及糖类的性质^[3]，在人体中具有羟化、抗氧化、提高免疫力以及解毒的作用。^[7]工业上主要通过生物合成（发酵）法来制备维生素C^[8]，维生素C主要应用于医疗领域和食品领域。^[9][10]

人类历史上曾经有一种十分可怕的疾病——坏血病，^[11]发现与征服坏血病的斗争是营养学科发展历史中的重要篇章。^[12]

2000多年前，古罗马帝国军队远征非洲，士兵因吃不到蔬菜水果成批病倒，生病的士兵脸色由苍白变为暗黑，牙缝出血，关节肿胀疼痛，这种症状后来被人称医药之父的希腊人希波克拉底（Hippocrates，公元前160-377年）叫做坏血病综合征。^[12]1492年著名航海家、探险家克里斯托弗·哥伦布（Cristóbal Colón）航行发现美洲，带来了欧洲地理大发现和海外贸易高潮，远洋航行的船员经常罹患坏血病^[13]，历史学家保守估计在大航海时代有超过200万名船员死于坏血病。^[14]1743年，有科学家发现橘子和柠檬汁能很好地预防和治疗坏血病。^[15]1907年两位挪威化学家霍尔斯特（A.Holst，1860-1931）和普洛奇（T.Frolich）通过实验证明通过单一谷物饲养的豚鼠会患上坏血病，并且能够通过投喂柠檬、柑橘等进行治愈，二人认为柠檬等食物中存在和之前发现的维生素一样的人体必不可少的重要物质，他们将其命名为“维生素C”。^[16]

1928年，在英国进行科学研究的匈牙利科学家阿尔伯特·圣捷尔吉（Albert Szen-Györgyi ，1893-1983）从柑橘类水果以及牛肾上腺中提取出了少量的这种物质，而后在美国工作期间他又提取出了25 g结晶，并将这种物质命名为“己糖醛酸”^[17]，但他并不确定这种物质与维生素的关系，于是圣捷尔吉访问英国科学家霍沃斯（Walter Normann Haworth）请他研究这种物质的结构。1932年美国化学家金（C.CKing，1896-1988）等人证明了从柠檬中分离得到的具有抗坏血病作用的物质和己糖醛酸是同一种物质，于是他们将其命名为更有特色的“抗坏血酸”（Ascorbic acid），后来经过对不同来源试样的研究，证明了抗坏血酸与维生素C是同一种物质。^[16]

1933年家霍沃思首先以L-木糖醇为原料，通过增长碳链等方法合成维生素C，不过由于L-木糖醇难以获得，这种合成方法只有实验室和历史上的意义。几乎在同一时间，瑞士化学赖希施泰因（T.Reichstein，1897-1996）以D-葡萄糖为原料，中间采用微生物氧化法合成了维生素C，^[16]该方法的专利于1934年被罗氏公司够得，成为了接下来50余年工业生产维生素C的主要方法，罗氏公司也因此在当时独占了维生素C的市场。^[18]1937年圣捷尔吉凭借发现维生素C以及相关成果获得了诺贝尔生理学奖暨医学奖，^[17]霍沃思则凭借合成维生素C以及对碳水化合物的研究获得了诺贝尔化学奖^[19][20]。

1948年美国东部流行非典型肺炎（SARS），1949年小儿麻痹症在全世界流行，在各国医师束手无策的情况下，美国南卡洛林纳州的医生弗莱德·R·克伦纳（Fred R.Klenner)通过静脉注射维生素C治愈了患这两种病的病人，而后他又发现静脉注射维生素C能够治疗所有病毒感染类的疾病，如肝炎、流行性感冒以及许多其他急性和慢性的疾病。^[18]1965年，美国科学家莱纳斯·卡尔·鲍林（Linus Carl Pauling）发现维生素具有预防癌症的疗效。^[21]

维生素C主要存在于各种新鲜蔬菜和水果中，苜蓿、苋菜、刺梨、酸枣、沙棘等的维生素C含量尤为丰富。^[22]

其他如动物性食物肝脏和肾脏中含有少量的维生素C，肉、鱼、禽、蛋奶中维生素C含量都很少，薯类含有一定量的维生素C。^[22]

维生素C是含有6个碳原子的多羟基化合物，其中C1与C4位能够形成内酯环，C2与C3位上两个相邻的烯醇式羟基容易被氧化。^[4]

维生素C中含有与羰基共轭的烯二醇结构以及五元内脂环，性质非常活泼。维生素C化学结构与糖相似，含有两个手性碳原子（C4,C5）^[3]，故其存在4种旋光异构体，其中L-抗坏血酸活性最高，其他3种活性很低。^[23]

外观：白色结晶或结晶性粉末。^[3]溶解性：易溶于水，微溶于乙醇^[3]，不溶于乙醚、氯仿、苯、油脂、石油醚等^[3]。旋光性：维生素C有4个光学异构体，含L-抗坏血酸0.10 g/ml的水溶液的比旋度为+20.5 °-+21.5 °。^[3]酸性：维生素C中有烯二醇基，具有酸性，一般表现为一元酸能与碳酸氢钠反应生成钠盐。^[3]糖类性质：维生素C的化学结构类似于糖，具有糖的性质，能够在盐酸或三氯醋酸存在的条件下水解、脱羧生成戊糖，继续失水生成糠醛，加入吡咯加热至50 ℃会产生蓝色。^[3]紫外线吸收特性：由于维生素C分子中存在共轭双键，它的稀盐酸溶液在243 nm波长处有最大吸收，最大吸收波长在酸性或碱性条件下会红移至265 nm处。^[3]还原性：维生素中的烯二醇基还原性很强^[3]，在酸性环境中稳定，在热、光、有氧以及碱性环境下易遭到破坏。^[7]维生素C被氧化会生成有二酮基结构的去氢维生素C，去氢维生素C经加氢还原后又可得到维生素C。另外在碱性溶液以及强酸溶液中，去氢维生素C能进一步水解得到二酮古洛糖酸。^[3]

维生素C在人体中参与羟化反应，该反应与人体内多种重要物质的代谢有关。例如维生素C能够参与并促进胆固醇转化为胆汁酸的羟化光过程；增强混合功能氧化酶活性；参与羟化酶作用，对氨基酸合成神经递质5-羟色胺、去甲肾上腺素起到促进作用。^[7]

维生素C还原性较强，是很好的水溶性抗氧化剂，能够还原人体内的羟自由基、超氧化物以及其他活性氧化物，能够清除自由基并防止脂质发生过氧化反应。^[7]

白细胞的吞噬功能与血浆中维生素水平有关；维生素C的抗氧化作用能够将抗体中的二硫键（—S—S—）还原成巯基（—SH），进而促进胱氨酸还原成半胱氨酸，最终起到促进抗体的形成的作用。^[7]

大剂量维生素C能够对Pb2+、Hg2+、Cd2+等重金属离子、细菌毒素、苯和某些药物起解素作用。主要机制如下：维生素C的强还原性能够将人体内的氧化型谷胱甘肽，而后与重金属离子形成复合物排出体外；由于维生素C中C2位上的氧带负电，因此维生素C自身也能与金属离子结合并经尿排出人体；维生素C能增强酶的活性（羟化作用）进而促进毒物和药物的解毒。

通过食物摄入的维生素C在人体中的吸收方式主要是在小肠上段靠一种转运蛋白主动转运，少量经被动扩散吸收。维生素C摄入含量较低时几乎能全部被吸收，摄入量达到500 mg/d时，吸收率会下降至75%左右。被吸收的维生素C会迅速进入血液循环，进入人体的不同组织器官。^[7]

大部分维生素C在人体内会代谢分解为草酸、2,3-二酮古洛躺酸或与硫酸结合成抗坏血酸-2-硫酸经尿液排出；一部分则会直接由尿液排出。尿液中排出量受维生素C摄入量、肾功能以及人体内存储量的影响。^[7]

^[5]

维生素C的生产方法大体可分为化学合成法、生物合成（发酵）法和半合成（化学合成结合生物合成）法。由于化学合成法合成路线长、收率低，并没有实现工业生产，这里不作介绍。^[8]

2-酮基-L-古龙酸是维生素C合成的直接前体，D-葡萄糖转化为2-酮tóng基-L-古龙酸的途径有6条，这里介绍实现工业生产的2条：L-山梨糖醇途径（即两步发酵法）和2-酮基-L-古龙酸途径（一步法）。^[8]

第一步发酵：以山梨醇、酵母膏、玉米浆、碳酸钙等为中子和发酵培养基，使用弱氧化醋酸杆菌（Acetobacter suboxydans）进行发酵，将D-山梨醇转化为L-山梨糖。发酵结束后对发酵液进行低温灭菌，作为第二步发酵原料。^[8]

第二步发酵：以L-山梨糖、尿素、玉米浆、磷酸二氢钾、碳酸钙等作为种子和培养基，在中性条件下混合培养氧化葡萄糖酸杆菌（Gluconobacter oxydans，小菌）和巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium，大菌）。大小菌经扩大培养后投入装有第一步发酵液的发酵罐，通入无菌空气进行搅拌，发酵过程会将L-山梨糖转化为2-酮基-L-古龙酸。^[8]

提取工艺：二步发酵得到的发酵液中存在蛋白质、菌体等杂质，通常采用加热沉淀、超滤法、化学凝聚法等进行分离提纯得到2-酮基-L-古龙酸，而后用碱转化法将2-酮基-L-古龙酸在甲醇中通过浓硫酸催化酯zhǐ化得到2-酮基-L古龙酸甲酯，再添加碳酸氢钠将其转化成维生素C钠盐，酸化后可得维生素C。最后进行结晶精制可得成品维生素C。^[8]

两步法具有糖酸转化率高、工艺成熟、成本低、污染少的优点，是世界上大规模工业化制备维生素C的主要方法。^[8]

该方法有两种路径，一条是通过欧文菌先将葡萄糖转化成2,5-二酮基-D-葡萄糖酸，然后由棒状杆菌将2,5-二酮基-D-葡萄糖酸转化成2-酮基-L-古龙酸，此方法在原料和菌体处理方面不具备优势，未投入工业生产；另一条是构建基因工程菌来实现一步转化，例如将棒状杆菌的2,5-二酮基-D-葡萄糖酸还原酶基因克隆到欧文菌中，进而做到将D-葡萄糖直接转化成2-酮基-L-古龙酸。^[8]

采用化学法结合发酵粉生产维生素C的“莱氏法”曾是世界几大制药公司采用的生产方法。该方法使用弱氧化醋酸杆菌、生黑葡萄糖杆菌（Gluconobacter melanogenus）等微生物将D-山梨糖醇转化为L-山梨糖，然后使用化学合成法合成2-酮基-L-古龙酸，再通过化学转化的到维生素C。^[8]

硝酸银、高锰酸钾、氯化汞、亚甲蓝、碱性酒石酸铜溶液（斐林试液）等氧化剂均能将维生素C氧化成去氢维生素C，并且这些试剂被维生素C还原后会产生沉淀或者发生颜色变化，通过观察这些现象能够鉴别维生素C。^[24]维生素C与硝酸银反应方程如下：^[25]

维生素C具有糖类的性质，能够在盐酸或三氯醋酸的条件下水解、脱羧生成戊糖，继续失水变为糠醛，此时在50 ℃下与吡咯反应会产生蓝色。涉及的反应如下：^[25]

0.01 mol/L的盐酸溶液中的维生素C在243 nm有唯一最大的吸收特性，根据这点可以使用紫外分光广度法鉴别。^[24]

维生素C临床上主要用于防治坏血病，预防冠心病，大剂量静脉注射可用于克山病的治疗，也可以作为高铁血红蛋白症、尿的酸化、紫癜以及各种急慢性传染病的辅助治疗手段；^[9]维生素C能抑制人卵巢癌细胞增生以及肿瘤生长，有潜在的抗癌作用；维生素C与布洛芬、酮洛芬等洛芬类药物形成酯后，能够形成新的单体进而增强药物的水溶性，提高药物利用度，减少药物对胃肠道的副作用。^[26]

维生素C在食品工业可作为抗氧化剂、保鲜剂、护色剂等，例如应用于果蔬运输、包装、加工过程中能起到保鲜、抗褐变的作用；在茶叶以及茶饮加工过程中能抑制茶素的异构化，保护茶多酚的稳定性，还能提高茶黄素、茶红素含量，提高红茶的品质；应用于面制品制作能够改善蛋白质性质、提高面团流变学特性；应用于肉制品能够抑制脂类氧化，油脂氧化对食品保质和营养成分均有负面影响，还能降低肉制品中致癌物亚硝酸盐的浓度。^[10]

维生素C的衍生物L-抗坏血酸磷酸酯镁可以作为皮肤护理类化妆品的添加剂；L-抗坏血酸-2-多聚磷酸酯在水中能长时间保持稳定，并且具有较好的抗氧化性、热稳定性以及抗紫外线能力，可作为渔业或水产养殖饲料添加剂。^[10]

维生素C对皮肤、眼睛以及呼吸道有刺激性，有出现接触发生湿疹、荨麻疹以及哮喘过敏反应的病例。^[2]维生素C缺乏和过量都具有一定的危害。^[7]

维生素C缺乏的早期症状是轻度疲劳，进而出现全身乏力、倦怠、皮肤出现瘀斑、牙龈发炎疼痛等。维生素C长期严重缺乏可能会导致坏血病，导致胶原结构受损，进而引发毛细血管广泛出血，主要症状为牙龈出血、皮下片状瘀yū斑、骨膜下出血，甚至是尿血、便血等，严重时还会出现颅内、胸腔、腹腔出血；牙龈结缔组织结构受损，严重时会导致牙齿松动与脱落；骨骼病变、骨质疏松，出现关节疼痛、骨痛、骨骼变形等。^[7]

维生素C毒性很小，但过量服用也会产生副作用，若成人每日摄入超过2-3 g的维生素C，可能引起渗透性腹泻，出现腹泻、腹痛等症状病导致人体脱水；另外维生素C的代谢产物之一是草酸，过量摄入可能会导致泌尿系统结石。^[7]

眼睛接触：使用清水或生理盐水冲洗患者眼睛20-30分钟，而后就医。^[2]

皮肤接触：脱掉被污染的衣物，立即用肥皂和水清洗被污染的皮肤，若出现皮肤发红或刺激疼痛症状及时就医。^[2]

鼻腔吸入：若出现喘息、咳嗽、呼吸急促等症状，立即就医。^[2]

口腔摄入：不要催吐，如果患者仍有意识，可以饮用一两杯水进行稀释；如果患者昏迷或有抽搐症状，使其侧卧并保持头部低于身体，保持呼吸畅通，即刻送医。^[2]

泄漏时应用水润湿溢出的产品，然后将其收集到合适的容器中，使用浸湿的吸水纸清洁和收集残余的材料。将被污染的衣物和吸水纸密封在塑料袋中方便最后处理，使用肥皂水清洗受污染所有受污染的地方。^[2]

避免与强氧化剂以及强碱一起存放，需要存放在充有有惰性气体的密封容器中，并在低温环境下保存。^[2]