第八章生物基精细化学品

1、.第八章第八章 生物基精细化学品生物基精细化学品1. 1. 大豆和玉米加工过程大豆和玉米加工过程2. 2. 大豆和玉米基植物化学品大豆和玉米基植物化学品3.3.来源于其他生物质资源的精细化学品来源于其他生物质资源的精细化学品.Product of Biorefinery高值产品生物基材料 + 植物化学品（phytochemicals）+ 高附加值发酵产品.玉米湿磨工艺玉米湿磨工艺麸质粗粉麸质饲料胚芽粗粉玉米油胚芽.大豆加工工艺大豆加工工艺l 首先将大豆蛋白从油脂中分离。首先将大豆蛋白从油脂中分离。l 从大豆蛋白质中可分离异黄酮、皂素、蛋白酶抑制剂等植物化学品。从大豆蛋白质中可分离异黄酮、皂素、

2、蛋白酶抑制剂等植物化学品。l 粗豆油纯化过程可以得到植物化学品：脱胶粗豆油纯化过程可以得到植物化学品：脱胶软磷脂，黏土脱色软磷脂，黏土脱色叶绿叶绿色，水蒸气蒸馏脱臭色，水蒸气蒸馏脱臭甾醇和生育酚，精制甾醇和生育酚，精制脂肪酸。脂肪酸。.第八章第八章 生物基精细化学品生物基精细化学品1. 1. 大豆和玉米加工过程大豆和玉米加工过程2. 2. 大豆和玉米基植物化学品大豆和玉米基植物化学品（1 1）植物甾醇）植物甾醇（2 2）软磷脂）软磷脂（3 3）类胡萝卜素）类胡萝卜素（4 4）植物雌激素）植物雌激素（5 5）皂素）皂素（6 6）蛋白酶抑制剂）蛋白酶抑制剂（7 7）生育酚）生育酚3.3.来源于其他

3、生物质资源的精细化学品来源于其他生物质资源的精细化学品.（1）植物甾醇（）植物甾醇（phytosterols）谷甾醇（大豆，60%）菜油甾醇（大豆，20%）Stigmasterol甾醇（大豆，20%）.胆固醇（胆固醇（cholesterol ）l 胆固醇是动物组织细胞所不可缺少的重要物质，它不仅参胆固醇是动物组织细胞所不可缺少的重要物质，它不仅参与形成与形成细胞膜细胞膜，而且是合成，而且是合成胆汁酸胆汁酸，维生素维生素D D以及以及甾体甾体激激素的原料。素的原料。l 分为分为高密度胆固醇高密度胆固醇和低密度胆固醇，前者对心血管有保护和低密度胆固醇，前者对心血管有保护作用，通常称之为作用，通常称

4、之为“好胆固醇好胆固醇”，后者偏高，冠心病的危，后者偏高，冠心病的危险性就会增加，通常称之为险性就会增加，通常称之为“坏胆固醇坏胆固醇”。血液中胆固醇。血液中胆固醇正常含量每单位在正常含量每单位在140-199140-199毫克之间。毫克之间。 .控制胆固醇（控制胆固醇（cholesterol ）l 成年美国人成年美国人25%25%胆固醇偏高。胆固醇偏高。l 高胆固醇食物：猪脑、动物内脏、蛋黄、鱿鱼、贝壳类、高胆固醇食物：猪脑、动物内脏、蛋黄、鱿鱼、贝壳类、奶油、黄油、羊肉、猪油、牛油等动物油脂中含有较多胆奶油、黄油、羊肉、猪油、牛油等动物油脂中含有较多胆固醇。而且，这些油脂中的饱和脂肪酸还可

5、以促进肝脏合固醇。而且，这些油脂中的饱和脂肪酸还可以促进肝脏合成更多的胆固醇。成更多的胆固醇。 l 合理控制胆固醇饮食：多吃鱼、富含纤维食物、大豆制品，合理控制胆固醇饮食：多吃鱼、富含纤维食物、大豆制品，摄入足量的维生素摄入足量的维生素C C和少吃高脂类食品。和少吃高脂类食品。.l 自然界中胆固醇主要存在于动物性食物之中，植物中没有胆自然界中胆固醇主要存在于动物性食物之中，植物中没有胆固醇，但存在结构上与胆固醇十分相似的物质固醇，但存在结构上与胆固醇十分相似的物质植物甾醇植物甾醇。l 植物甾醇无致动脉粥样硬化的作用，在肠粘膜，植物甾醇植物甾醇无致动脉粥样硬化的作用，在肠粘膜，植物甾醇（特别是（

6、特别是谷甾醇谷甾醇）可以）可以竞争性抑制胆固醇的吸收竞争性抑制胆固醇的吸收。 l 甾醇通过微生物发酵可以转化为重要的其他甾体：甾醇通过微生物发酵可以转化为重要的其他甾体：4-4-雄甾烯雄甾烯- -3,17-3,17-二、二、1,4-1,4-雄甾二烯雄甾二烯3,17-3,17-二酮、睾丸激素等。二酮、睾丸激素等。植物甾醇的作用植物甾醇的作用.（2 2）软磷脂（）软磷脂（lecithinlecithin）l 软磷脂也称为磷脂酰胆碱。软磷脂也称为磷脂酰胆碱。l 在大豆油加工过程中，通过脱胶过程中粗豆油中分离得到。在大豆油加工过程中，通过脱胶过程中粗豆油中分离得到。l 软磷脂可用作乳化剂。软磷脂可用作

7、乳化剂。l 参与细胞膜的活动、脂肪运输、类胆碱的神经传递等，也可降参与细胞膜的活动、脂肪运输、类胆碱的神经传递等，也可降低血浆中胆固醇含量，并提供充足的能提高感知能力的胆碱。低血浆中胆固醇含量，并提供充足的能提高感知能力的胆碱。.（3 3）类胡萝卜素（）类胡萝卜素（carotenoidscarotenoids）-胡萝卜素-玉米黄质素黄体素玉米黄素叶黄素.类胡萝卜素作用类胡萝卜素作用l 玉米中的色素主要是胡萝卜素和叶黄素，每千克玉米含20-80mg。l 类胡萝卜素是动物中维生素A的最直接来源，但叶黄素只起色素作用，不是维生素A的前体；叶黄素可用于治疗眼科疾病斑疹恶化。l 多烯结构，对光、热和空气

8、不稳定，可用作抗氧化剂。.-胡萝卜素胡萝卜素有机合成：有机合成：ROCHEROCHE、BASFBASF，反式；，反式；wittig wittig 反应，反应，PPhPPh3 3O O不能回收；不能回收；DSMDSM发酵：反式；藻类、棕榈油中含大量顺式构型和发酵：反式；藻类、棕榈油中含大量顺式构型和-胡萝卜素。胡萝卜素。.（4 4）植物雌激素（）植物雌激素（phytoestrogensphytoestrogens）染料木黄酮异黄酮苷l 每千克大豆蛋白含每千克大豆蛋白含40mg植物雌激素，主要是异黄酮类物植物雌激素，主要是异黄酮类物质质染料木黄酮和异黄酮苷。染料木黄酮和异黄酮苷。l 可降低乳腺癌和

9、前列腺癌的发病率，染料木黄酮还可以降可降低乳腺癌和前列腺癌的发病率，染料木黄酮还可以降低有害胆固醇的水平。低有害胆固醇的水平。.异黄酮作用异黄酮作用l 改善肤质、缓解更年期不适：改善肤质、缓解更年期不适：l 抗衰老：抗衰老：l 改善经期不适：改善经期不适：l 预防骨质疏松：预防骨质疏松：l 预防心血管疾病：预防心血管疾病：l 预防乳腺癌：预防乳腺癌：l 改善产后精神障碍改善产后精神障碍l 提高性生活质量提高性生活质量。 .（5）皂素（）皂素（saponins）.皂素作用皂素作用l 皂素占大豆总质量的皂素占大豆总质量的6%6%。l 与胆固醇结合，防止胆固醇在血液中的再吸附。与胆固醇结合，防止胆固

10、醇在血液中的再吸附。l 抑制脂肪在内脏中的堆积，控制肥胖。抑制脂肪在内脏中的堆积，控制肥胖。l 与胆酸紧密结合，降低结肠癌的发病率。与胆酸紧密结合，降低结肠癌的发病率。l 清除肠道内的毒素和硬化物质。清除肠道内的毒素和硬化物质。.（六）蛋白酶抑制剂（六）蛋白酶抑制剂（protease inhibitors）l 蛋白酶抑制剂占大豆蛋白总量的蛋白酶抑制剂占大豆蛋白总量的6%，也存在玉米、水稻，也存在玉米、水稻等其他农作物中。等其他农作物中。l Bowman-Birk Inhibitor （BBI），相对分子量），相对分子量8000的多肽，的多肽，是有效的胰凝乳蛋白酶和胰岛素抑制剂；还可以用于辐射是

11、有效的胰凝乳蛋白酶和胰岛素抑制剂；还可以用于辐射保护药物。保护药物。l -淀粉酶抑制剂。淀粉酶抑制剂。l 白芸豆.（七）生育酚（七）生育酚（tocopherols）l 天然抗氧化剂。天然抗氧化剂。l 可从大豆油脱臭馏出物中分离得到。可从大豆油脱臭馏出物中分离得到。l 大豆中含有的主要是大豆中含有的主要是-生育酚（生育酚（62%），其次为），其次为-生育酚生育酚（25%25%），），-生育酚（生育酚（12%）和）和-生育酚（生育酚（1%1%）。）。l 玉米中主要是玉米中主要是-生育酚和生育酚和-生育酚，每千克玉米油中生育酚，每千克玉米油中500-1000mg 生育酚。生育酚。l 天然的维生素天然

12、的维生素E是是d- -生育酚，合成维生素生育酚，合成维生素E是是dl- -生育酚。生育酚。l 小麦胚芽.生育酚的结构式生育酚的结构式维生素维生素E（-生育酚）生育酚）.维生素维生素E（-生育酚）立体异构体的生物活性生育酚）立体异构体的生物活性.天然维生素天然维生素El 天然维生素天然维生素E E从天然植物油提取，对人体无副作用，可以长期服用。从天然植物油提取，对人体无副作用，可以长期服用。l 合成合成VEVE是以石油化工副产物为原料制成，有化工中间产物（主环），是以石油化工副产物为原料制成，有化工中间产物（主环），对人体健康存在潜在威胁，不适宜长期服用。对人体健康存在潜在威胁，不适宜长期服用。

13、l 而且天然维而且天然维E E具有较高的生物活性，是合成维生素具有较高的生物活性，是合成维生素E E的的2 2倍，所以更容倍，所以更容易被人体吸收利用，其生物利用度为合成维生素易被人体吸收利用，其生物利用度为合成维生素E E的的2-82-8倍。倍。l 天然维生素天然维生素E E的抗氧化和抗衰老性能指标都数十倍于合成维生素的抗氧化和抗衰老性能指标都数十倍于合成维生素E E。l 在欧美发达国家，天然维生素在欧美发达国家，天然维生素E E几乎全部被用于人类保健品和药品生几乎全部被用于人类保健品和药品生产，而合成维生素产，而合成维生素E E被逐渐禁止应用于人体食用，而只用于饲料加。被逐渐禁止应用于人体

14、食用，而只用于饲料加。.Synthesis of Vitamin ELewis Acid, ZnCl2TMHQIPL.(1)2,3,5-(1)2,3,5-三甲基氢醌（三甲基氢醌（TMHQ)TMHQ)的的 合成合成 CH3CH3CH3H2SO4CH3CH3CH3HO3SKNO3, H2SO4CH3CH3CH3NO2HO3SO2NSn, HClCH3CH3CH3NH2 .HClHCl.H2NNa2Cr2O7, H2SO4CH3CH3CH3OO C6H6TM.(2)(2)异植物醇（异植物醇（IPLIPL）的合成）的合成(Roche,BASF,(Roche,BASF,西南化工研究院）西南化工研究院）O

15、+HCCHOHLindlar catalystOHAl(i-PrO)3CH3COCH2COOEtOHCCHNa， NH3OH.(2)(2)异植物醇（异植物醇（IPLIPL）的合成）的合成(Roche,BASF,(Roche,BASF,西南化工研究院）西南化工研究院）Lindlar catalystOHOHFOLH2Al(i-OPr)3MAAO GAClTHF,MgCOLOHAl(i-OPr)3MAA.(2)(2)异植物醇（异植物醇（IPLIPL）的合成）的合成(Roche,BASF,(Roche,BASF,西南化工研究院）西南化工研究院）COLOHAl(i-OPr)3MAAFAOTHF, Mg

16、ClPd-C, H2PAOOH.第八章第八章 生物基精细化学品生物基精细化学品1. 1. 大豆和玉米加工过程大豆和玉米加工过程2. 2. 大豆和玉米基植物化学品大豆和玉米基植物化学品3.3.来源于其他生物质资源的精细化学品来源于其他生物质资源的精细化学品.产物精炼副产物产物精炼副产物生物基精细化学品生物基精细化学品l 植物油炼制过程中的植物油炼制过程中的植物甾醇、软磷脂、生育酚等。植物甾醇、软磷脂、生育酚等。l 制糖过程中的制糖过程中的 甜菜碱、果胶和棉子糖。甜菜碱、果胶和棉子糖。l 从金鸡纳树皮中提取奎宁过程中的奎宁酸。从金鸡纳树皮中提取奎宁过程中的奎宁酸。l 龙虾和河虾中的壳聚糖和红色素。

17、龙虾和河虾中的壳聚糖和红色素。l 羊毛提炼过程中的羊毛脂、羊毛脂醇和胆固醇。羊毛提炼过程中的羊毛脂、羊毛脂醇和胆固醇。.（1）半合成制备抗癌药物紫杉醇）半合成制备抗癌药物紫杉醇.（2）香草醛）香草醛l 重要的香料，产量重要的香料，产量1400014000吨吨/ /年；香草豆中提取，但含量仅为年；香草豆中提取，但含量仅为1.5-2.0%1.5-2.0%。l 香草豆市场动荡：香草豆市场动荡：20042004年全球产量年全球产量19751975吨，吨，20052005年年12751275吨，吨，20042004年年60$/kg60$/kg，20032003年年500$/kg500$/kg。l 挪威挪

18、威BorregaardBorregaard公司通过化学氧化法从天然木质素合成香草醛，公司通过化学氧化法从天然木质素合成香草醛，20002000吨吨/ /年，年，1 1吨树木可炼制吨树木可炼制4 4公斤。公斤。l 两步酶法转化阿魏酸（两步酶法转化阿魏酸（3 3）制备香草醛，）制备香草醛，700$/kg700$/kg，远高于化学合成的，远高于化学合成的价格价格10$/kg10$/kg。.Rhodia 合成工艺合成工艺儿茶酚儿茶酚可以葡萄糖为原料，通过微生物转化制备儿茶酚可以葡萄糖为原料，通过微生物转化制备儿茶酚.两种松萜可来自松树加工硫酸盐纤维素过程的副产物两种松萜可来自松树加工硫酸盐纤维素过程的

19、副产物天然硫酸盐松脂。天然硫酸盐松脂。柠檬精油可从柑橘或柠檬皮中提取。柠檬精油可从柑橘或柠檬皮中提取。（3）单萜（异戊二烯二聚体）单萜（异戊二烯二聚体C10）.柠檬精油烷氧基化柠檬精油烷氧基化固体酸催化固体酸催化.芳樟醇的半合成工艺芳樟醇的半合成工艺四元环不稳定四元环不稳定.芳樟醇的化学合成工艺芳樟醇的化学合成工艺（RocheRoche、BASFBASF、NHUNHU、西南化工研究院）、西南化工研究院）O+HCCHOHLindlar catalystOHAl(i-PrO)3CH3COCH2COOEtOHCCHNa， NH3OH.（-）-薄荷醇薄荷醇l 需求需求15000吨吨/年。年。l 20%

20、通过化学合成制得，生成通过化学合成制得，生成8种异构体，仅（种异构体，仅（1R,2S,3R）-（-）-薄荷醇有效。薄荷醇有效。l Takasago半合成工艺：半合成工艺：.龙脑烯醛龙脑烯醛.Bayer-Villiger氧化氧化如果用间氯过氧苯甲酸如果用间氯过氧苯甲酸 或或Ti/H2o2则主要产物为环氧化物则主要产物为环氧化物.（4）生物碱）生物碱.吗啡最古老的生物碱，吗啡最古老的生物碱，1805年德国药剂师从鸦片（太阳晒干年德国药剂师从鸦片（太阳晒干的罂粟乳胶（含吗啡的罂粟乳胶（含吗啡20%）中分离出来。）中分离出来。吗啡和可待因吗啡和可待因.两条合法的吗啡合成工艺两条合法的吗啡合成工艺.吗啡

21、衍生物吗啡衍生物.（5 5）类固醇（）类固醇（steroidsteroid）l 其他名称：甾类化合物 l 定义：环戊烷多氢菲的衍生物。l 种类繁多，包括固醇类、心糖苷配基、胆汁酸、肾上腺皮质素、维生素D、性激素以及致癌烃类等。l 人工合成的类固醇药物如抗炎剂（氢化泼尼松、地塞米松），促进蛋白质合成的类固醇药物和口服避孕药等。.类固醇类固醇.（六）手性合成中的应用（六）手性合成中的应用l L-L-脯氨酸、生物碱在脯氨酸、生物碱在aldolaldol、michael addition michael addition 、催化氧、催化氧化等反应中的应用。化等反应中的应用。99.7%ee.（七）抗疟疾特效药（七）抗疟疾特效药青蒿素青蒿素.（八）抗禽流感药（八）抗禽流感药达菲达菲.物达菲的手性制造物达菲的手性制造抗禽流感药物（抗禽流感药物（Tamiflu，商品名：达菲），商