维生素是维持人体正常生理功能所必需的一类有机化合物，主要是作为辅酶的组成部分或通过辅酶参与生理生化反应，调节机体代谢。人们日常生活所需要的维生素主要从食物直接取得。除维生素A和D外，所有天然的维生素都能由植物合成，人工合成也是一个重要的来源。

维生素种类很多，其中约有20种对营养和健康起作用。脂溶性维生素有维生素A, D, E和K,水溶性维生素有维生素B和C。各大类维生素中又根据结构不同划分成若干小类，如维生素B可划分为B1,B2,B5,B12等。

1.维生素B

B族维生素在分布和溶解性方面大致相同，在化学结构和生理功能方面自成体系。现己确定B族维生素有十多种，我国允许用于营养强化剂的主要有维生素B1、维生素B2、维生素B5与维生素B12等。下面介绍维生素B1的生产原理与工艺。
维生素B1又称硫胺素、抗神经炎素，是由被取代的嘧啶和噻唑通过亚甲基相连，嘧啶环上的氨基N和噻唑环上的N带有两个正电荷。它可以成盐，使之易溶于水，实际使用的多为盐酸硫胺素、硝酸硫胺素、十六烷基硫胺素等硫胺素的衍生物。维生素B1广泛存在于动植物中，尤其在米糠、大豆、花生、动物内脏和鱼子内含量较高。盐酸硫胺素的化学名称为3-[(4'-氨基-2'-甲基-5'-嘧啶基)］-(2'-羟乙基)-4-甲基氮化噻吩盐酸盐。

维生素B1可以用下列方法合成：过量的盐酸乙脒在碱性介质中与a-二甲氧基甲基-β-甲氧基甲基丙腈（Ⅰ）缩合为3,6-二甲基1,2-二氢-2,4,5,7-四氮茶（Ⅱ)。然后经水解得到（Ⅲ)，再在碱性中闭环成2-甲基4-氨基-5-氨甲基嘧啶（Ⅳ）。（Ⅳ）与二硫化碳和氨水作用得到（V)，然后与乙酸-γ-氯代-γ-乙酸丙酯(Ⅳ）缩合之后，再在盐酸中水解和环合即得到硫代硫胺盐酸盐（Ⅶ）。用氨水中和，过氧化氢氧化后，再以硝酸转化为硝酸氨硫胺，最后加盐酸即得到成品。生产工艺流程参见图4-10，其合成反应路线如下：

图4-10维生素B1生产工艺流程图

将过量的盐酸乙脒与a-二甲氧基甲基-β-甲氧基甲基丙腈加入反应釜D101中，在碱性介质中缩合为3,6-二甲基1,2-二氢-2,4,5,7-四氮荼(Ⅱ)。然后经水解得到中间产物(Ⅲ），再在碱性中闭环成2-甲基-4-氨基-5-氨甲基嘧啶(Ⅳ)。导入D 102中，继续与二硫化碳和氨水作用得到（V），然后与乙酸-γ-氯代-γ-乙酸丙酯缩合之后，再在盐酸中水解和环合即得到硫代硫胺盐酸盐。泵入D103，用氨水中和，过氧化氢氧化后，再以硝酸转化为硝酸氨硫胺，最后加盐酸即得到成品。

维生素B1在人体内形成磷酸酯硫胺盐，它是一种生物催化剂，作为辅酶成分参与糖质代谢。缺少维生素B1会发生脚气病和神经系统病变。一般添加在面包、饼干、白米和酱油中，使用时应按食品形态选用适宜的维生素B1衍生物。

2.维生素C

维生素C具有防治坏血病的功能，又有显著的酸性，所以又称抗坏血酸。它是己糖酸的内酯物，具有烯酸式结构。维生素C具有4个光学异构体，其中L-抗坏血酸的生物活性最高，其他3个光学异构体均无生物活性。由于维生素C呈酸性，不宜添加在乳制品中。一般使用的是中性的L-抗坏血酸钠盐。维生素C及其钠盐都是水溶性的，不能用于无水食品和脂类食品。而最近合成的维生素C的酯类，如L-抗坏血酸棕榈酸酯和L-抗坏血酸硬脂酸酯都是一类良好的脂溶性维生素C的衍生物，这类酯在高温下活性仍然保持不变。

人体内不能合成维生素C，主要是通过食物摄取。维生素C最早是从动植物中提炼出来的。后来发展出化学制造法，以及发酵及化学共享的制造法。发酵法是用微生物或酶将有机化合物分解成其他化合物的方法。现在的维生素C工业制造法有两种，一种是Reichstein发明的一段发酵制造法，一种是尹光琳发明较新的两段发酵法。

Reichstein制造法是瑞士化学家Reichstein发明的制造法，现在仍被西方大药厂如罗氏公司(Hoffmann-La Roche), BASF及日本武田制药厂等采用。中国药厂全部采用两段发酵法，欧洲的新厂也开始使用两段发酵法。

两种方法的第一阶段都相同，就是先将葡萄糖在高温下还原而制成山梨醇(Sorbitol)，再将山梨醇发酵变成山梨糖(Sorbose)。Reichstein制造法将山梨糖加丙酮制成二丙酮山梨糖（Di-acetone sorbose)，然后再用氯及氢氧化钠氧化成为二丙酮古龙酸DAKS (Di-acetone-ketogulonic acid)。DAKS溶解在混合的有机溶液中，经过酸的催化重组成为维生素C，最后粗制的维生素C经过再结晶成为纯粹的维生素C。Reichstein制造法多年来经过许多技术及化学的改进，使得每一步骤的转化效率都提高到90％，所以从葡萄糖制造维生素C的整体效率是60％。合成反应路线如下：

Reichstein制造法需要许多有机及无机化学物质和溶剂，例如丙酮、硫酸和氢氧化钠等。虽然有些化合物可以回收，但是需要严格的环保控制和高昂的废弃物处理费用。两段发酵法是中国微生物学家尹光琳开发的，所有的中国维生素C药厂都采用此法。许多西方药厂也得到此法的专利使用权，包括Roche和BASF-Merck合作的计划。此法的设备费用及操作投资都较低，生产成本只有Reichstein制造法的三分之一。两段发酵法是用另一发酵法代替Reichstein制造法制造DAKS的步骤。发酵的结果是另一种中间产物2-酮基古龙酸（2-keto-L-gulonic acid, KGA)。最后将KGA转化为维生素C的方法与Reichstein制造法类似。两段发酵法比Reichstein制造法使用的化学原料少，所以成本降低，而且废弃物处的费用也减少。

现在有许多其他制造维生素C的方法在研究发展中，其中最值得注意的有以下两种方法：一是将葡萄糖直接发酵成为KGA，在美国有Genencor. Eastman.Electrosynthesis和MicroGenomics等公司及美国阿冈国家实验室（Argonne National Laboratory）在进行。另一是将细菌的基因重组使得可能用一步发酵直接将葡萄糖转化为维生素C。

维生素C是高等灵长类动物与其他少数生物的必需营养素。抗坏血酸在大多数生物体内可借由新陈代谢制造出来，但是人类是最显著的例外，最广为人知的是缺乏维生素C会造成坏血病。在所有维生素中，维生素C是最不稳定的。在贮藏、加工和烹调时，容易被破坏，它还易被氧化和分解。主要用于粉状食品、固体饮料和保健食品等干状食品，或者果汁、软饮料等液态食品的强化。微胶囊化抗坏血酸强化剂适用于速溶固体饮料、保健食品等干状制品以及马铃薯制品。结晶抗坏血酸制品主要用于肉类腌制、面粉和面团质量改进、稳定加工马铃薯制品。近年来，出现一种新型维生素C磷酸酯镁盐，具有优良的水溶性，且稳定性高于维生素C。

3.维生素E（生育酚）

维生素E即生育酚，化学名称(+/-)-[2R*(4R*,8R*)]-3,4-二氢-2,5,7,8-四甲基-2-(4,8,12-三甲基十三烷基）-6-色满醇，广泛存在于绿色植物中，具有抑制植物组织中脂溶性成分氧化的功能。维生素E是一种有8种形式的脂溶性维生素，是重要的抗氧化剂。维生素E包括生育酚和三烯生育酚两类共8种化合物，即α,β、γ、δ-生育酚和α,β、γ、δ-三烯生育酚，α-生育酚是自然界中分布最广泛、含量最丰富和活性最高的维生素E形式。

市场上主要有天然维生素E和合成维生素E两大类。天然维生素E一般从天然植物中提取，而合成维生素E一般以三甲基氢醌等石油化工副产物为原料制成。天然的维生素E广泛存在于植物的绿色部分以及禾本科种子的胚芽（如小麦胚芽）里，尤其在植物油中含量丰富。

据了解，己经有利用高科技从大豆油中分离提纯出的天然维生素E。这种天然维生素E由于在生产过程中没有产生化学反应，保持了维生素E原有的生理活性和天然属性，更容易被人体吸收利用，而且安全性也高于合成维生素E，更适于长期服用。实验还证明，天然维生素E的抗氧化和抗衰老性能指标都数十倍于合成的维生素E。

生育酚的抗氧化能力来自苯环上的羟基，当结合成酯后便失去抗氧化活性。其同分异构体的抗氧化能力为：α-型＞β-型＞γ-型＞δ-型。通常维生素E对动物油脂的抗氧化效果比对植物油脂的好。生育酚热稳定性高，耐光、耐紫外线、耐放射线性也强。

(1)天然维生素E的提取维生素E主要存在于各种植物原料中，特别是油料种籽中。在各类植物油脂中以小麦胚芽油中的维生素E含量最高，约为180～450mg/l00g。目前，国内外主要以此类油为原料进行天然维生素E的提取。在一般油脂中生育酚含量约为40mg/100g。

从皂脚中提取维生素E是将小麦胚芽油碱炼时所得的皂脚用0.5mol几的NaOH乙醇溶液再行皂化，然后用极性溶剂（甲醇、乙醇、丙醇等）萃取，将所得的不皂化物溶液冷冻，除去蜡及部分甾醇，溶液经活性炭脱色，可得浓度10％～15％的维生素E。将其经真空蒸馏或分子蒸馏可得浓度更高的产品。工艺流程如图4-11所示。

图4-11从皂脚中提取浓缩维生素E

也可以用冷冻法处理皂脚后分去沉淀，再用NaOH的乙醇溶液进行皂化除去沉淀。然后用石油醚萃取可溶部分，再用洋皂地黄苷处理萃取液，除去硬脂后，用热乙醇抽提，再进行高真空蒸馏即可得生育酚成品。

(2）合成法制备生育酚合成维生素E主要以三甲基氢醌、异植物醇为原料，在氯化锌等脱水对作用下进行缩合而制取。工艺流程见图4-12。

将原料三甲基氢醌和异植物醇加入F101中进行混合配料。混合物导入D101中，在氯化锌等脱水剂作用下脱水，然后进行缩合生成生育酚，并在T101中进行溶剂回收；同时对其进行提取，再与乙酐进行酯化反应，然后在D104中进行洗涤，再在T102中进行溶剂回收，洗涤液在T103中进行蒸馏分离，馏分经L101过滤可得成品维生素E。

图4-12维生素E生产工艺流程图

主要原料及消耗定额（t/t)：三甲基氢醌0.34，异植物醇0.68,溶剂0.85，汽油0.45，甲醇0.60。

维生素E用于医药、食品、饲料及化妆品等工业中。在医疗方面，维生素E可治疗冠心病、动脉硬化、血栓、血液循环障碍、皮炎及预防衰老等。维生素E在食品工业中被广泛用作婴儿食品、疗效食品及乳制品等的抗氧化剂或营养强化剂，在国际上最大用量是作为天然抗氧剂。因维生素E具有美容、预防衰老的特殊功能，所以其产品在化妆品中的用量也占了很大比例。

另外，生育酚对人体最重要的生理功能是促进生殖。它能促进性激素分泌，使男子精子活力和数量增加；使女子雌性激素浓度增高，提高生育能力，预防流产。维生素E缺乏时会出现翠丸萎缩和上皮细胞变性，孕育异常。在临床上常用维生素E治疗先兆流产和习惯性流产，另外对防治男性不育症也有一定帮助。

4.维生素A

维生素A是β-紫罗兰酮衍生物的总称，化学名称为全反式3,7-二甲基-9-(2,6,6-三甲基环己-1-烯基-1-)2,6,8-壬四烯-1-醇醋酸酯。它具有多烯酸结构，侧链上的4个双键必须和环内双键共轭，否则活性消失。维生素A为徽黄色晶体，熔点56～60℃，易溶于油脂和有机溶剂中，不溶于水。维生素A广泛存在于鱼的肝脏、牛奶、鸡蛋之中。维生素A醋酸酯的稳定性比维生素A高，它水解后生成维生素A。

维生素A过去主要从鱼肝油中提取，现多用合成法制得。

维生素A具有促进生长发育和繁殖，延长寿命，维持上皮组织结构完整和保护视力的功能，常用于防止角膜软化、夜盲、皮肤干燥等症。一般添加在植物油和乳制品中。