Vitaminas - Escola de Química / UFRJ

Vitaminas
Elementos nutritivos essenciais para a vida (VITA),
que na sua maioria possuem na sua estrutura
compostos nitrogenados (AMINAS)
O corpo humano deve receber as vitaminas através:
- alimentação
- por administração exógena (injeção ou via oral)
- por aproveitamento das vitaminas formadas pela flora intestinal
Compostos orgânicos obtidos em uma dieta normal e
capazes de manter a vida e promover o crescimento
As necessidades de vitaminas variam em função de:
sexo, idade, peso, altura, necessidades calóricas,
estados de gravidez e lactação,
atividade física, etc.
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Características
•
•
•
•
essenciais para o crescimento e o
funcionamento metabólico normal
de um organismo;
ativas em doses mínimas;
não apresentem valor energético
inerente;
não possam ser biossintetizadas
pelos organismos
Principais vitaminas existentes:
Vitamina A (caroteno, retinol)
Vitaminas do complexo B:
B1 (tiamina)
B2 (riboflavina)
B3 (niacina, niacinamida)
B4 (adenina)
B5 (ácido pantotênico)
B6 (piridoxina)
B7 (biotina)
B9 (ácido fólico)
B10, B11 (fatores do crescimento)
B12 (cobalamina, cianocobalamina)
B13 (ácido orótico)
B15 (ácido pangâmico)
Vitamina C (ácido ascórbico)
Vitamina D (calciferol, ergosterol)
Vitamina E (tocoferol)
Vitamina K
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Grupos das Vitaminas:
9 Lipossolúveis - solúveis em lipídeos: absorvidas juntamente com as gorduras
da alimentação
9 Hidrossolúveis - solúveis em água: excretadas pela urina em pequenas
quantidades, não sendo armazenadas no organismo em quantidades
apreciáveis
A maioria das vitaminas hidrossolúveis
são constituintes necessários de
coenzimas que apresentam papel
importante em diversos caminhos
metabólicos
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Produção
A maioria das vitaminas são produzidas por síntese química
Vitamina B12 - exclusivamente produzida por fermentação
Vitamina C - por semi-síntese
Vitamina B12
Vitamina C
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Vitamina C
Vitamin C is widely available in
the form of tablets and powders.
The Redoxon brand, launched in
1934 by Hoffmann-La Roche, was
the first mass-produced synthetic
vitamin C.
(L - Ácido ascórbico)
9 sólido branco cristalino
9 ponto de fusão: 190 - 192 °C
9 inodoro
9 sabor ácido
9 solúvel em água, álcoois e acetona
9 insolúvel nos demais solventes orgânicos
9 sensível à luz
9 resistente ao calor
9 características anti-oxidantes
Ácido ascórbico
(forma reduzida
vitamina C)
Ácido dehidroascórbico
(forma oxidada vitamina C)
Produção Mundial estimada = 110.000 ton/ano
Mercado ≅ US$ 60 milhões
Maiores produtores: BASF/TAKEDA, DSM, MERCK,
China Pharmaceutical Group Ltd.
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Produção de Vitamina C
Meio de Produção: 20% sorbitol
3 – 5% milhocina
0,1% octadecanol
(antiespumante)
ácidos pantotênico,
p-amino-benzóico,
nicotênico (traços)
Inóculo: 3 a 4% volume total
Agente: Gluconobacter (Acetobacter) suboxidans
Di-acetoneketogulonic
acid
Ketogulonic
acid
Condições: Fermentação submersa
30 – 40% VVM
agitação mecânica
T = 30 – 35oC
pH = 5,5 – 6,0
rendimento = 98%
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Vitamina B12
(Cianocobalamina)
9 sólido cristalino cor vermelho escuro
9 inodoro
9 insípido
9 higroscópico
9 muito solúvel em água e etanol
9 insolúvel em solventes orgânicos
9 decompõe-se em meio alcalino e em soluções com valores de pH < 4,5
síntese química é praticamente impossível
Ð
grande número de reações requeridas (70 reações)
Produção Mundial estimada = 3 t / ano
Mercado ≅ US$ 71 milhões
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Produção de Vitamina B12
Agentes:
• Streptomyces – S. griseus, S. olivaceus (NRRL B-1125)
• Bacillus – B. megatherium (NRRL B938; NRRL B1372; NRRL B938R)
• Propionobacterium – P. freundereichii ATCC 6207, P. shermanii ATCC 13673
produzem vitamina B12 intracelularmente
excretam os ácidos propiônico e acético (inibem o crescimento celular)
• Pseudomonas – P. denitrificans
produção de vitamina durante toda a fermentação
adição de sal de cobalto e DBI (5,6-dimetilbenzimidazol): essenciais para a
biossíntese
aerobiose intensa
produção totalmente dependente de betaína (H3C)3N(+)-CH2-CO2(-): ativação da
biossíntese ou aumento na permeabilidade da membrana
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Produção
de Vitamina B12:
Biossíntese de
Cobalaminas
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Produção de Vitamina B12
Meios:
Glicose
Milhocina
Óleo de soja
CoCl2.6H20
CaCO3
pH
Precursores:
Crescimento
0,5%
0,5%
0,1%
2 ppm
--7,0
Produção
1,0%
4,0%
0,1%
9 ppm
0,5%
7,0
100mL meio
shaker 30oC / 48 h
• colina ou dimetilbenzeno –
doadores de radical metil
• cianetos – sob a forma de
ferrocianeto
4 L meio
aeração 30oC / 48 h
Propagador -170 L meio
aeração / agitação
inóculo (≅ 5%)
o
25 - 28 C
agitação
(72 rpm)
aeração
(0.5 VVM)
70-90 h
anti-espumante
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Produção de Vitamina B12
Melhor rendimento obtido em 80oF ( ≅ 26,6oC)
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Produção de Vitamina B12
A maior parte da vitamina
B12 fica retida no micélio
Manter o pH = 7.0-7.5 (adição de H2SO4)
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Caldo fermentado
Recuperação e
Purificação
Acidificação com H2SO4
Adição de Na2SO3
(para proteger a vitamina)
Aquecimento
80-120oC / 10-30 min
(para lise das células)
Centrifugação
micélio e sólidos
Residuais
Adição de KCN
em presença de NaNO2
(conversão de cobalamina em
cianocobalamina mais estável)
Adsorção
em amberlite, alumina, sílica-gel
Eluição com álcool-água ou fenol-água
Evaporação
Cristalização
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