氰鈷胺性質、用途與生產工藝
維生素B12，簡稱VB12，又稱鈷胺素，B族維生素之一，是一類含鈷的咕啉類復雜有機化合物，所含的三價鈷位于類似卟啉的咕啉環(huán)平面的中心。它是目前已發(fā)現的最大、最復雜的維生素分子，也是唯一含有金屬離子的維生素；其結晶為紅色，故又稱紅色維生素。植物不含VB12，也不能制造VB12。肝臟是VB12的最好來源，其次為奶、肉、蛋、魚等。VB12是核糖核酸和脫氧核糖核酸合成過程中必需的一種輔酶，體內VB12缺乏可以引起周圍神經和中樞性腦病等神經系統(tǒng)的病理性改變。
天然鈷配位化合物家族的原型，稱為corrinoids。維生素B12的類似物僅在鈷的β配體上有所不同，稱為鈷胺。幾乎完全由細菌合成。飲食來源包括魚類、肉類、肝臟和奶制品;植物中很少或根本沒有鈷胺。甲基鈷胺和鈷胺作為酶的輔助因子，由機體轉化為其生物活性形式。嚴重缺乏可導致巨幼細胞貧血和/或神經損傷。維生素B12的發(fā)現，首先應歸功于人們在醫(yī)治以英國內科醫(yī)生Addison的名字命名的一種惡性貧血病中所進行的研究工作。該惡性貧血病在當時是一種不治之癥，1926年Minot和Murphy發(fā)現可通過大量攝取生肝來治愈該疾病，為此他們獲得了1934年的諾貝爾生理學和醫(yī)學獎。繼Minot和Murphy的發(fā)現之后，人們又通過肝濃縮物成功地治愈了這種惡性貧血病。
1948年，美國Riches、英國Smith與Parker等人分別從肝濃縮物中分離出一種紅色晶體，定名為維生素B12。同年，美國哥倫比亞大學的R. West證實可通過注射維生素B12來有效地治療惡性貧血病。隨后在1955年，D. Hodgkin等人利用X射線分析確定了維生素B12的晶體結構。他也因此獲得了1964年的諾貝爾化學獎。1972年，Woodward成功地完成了對維生素B12的全合成。
圖1為維生素B12的來源
本品為深紅色結晶或結晶性粉末，無臭，無味，引濕性強。略溶于水或乙醇，不溶于氯仿或乙醚。耐熱，但遇氧化或還原性物質(如維生素C或過氧化氫等)、重金屬鹽類及強酸、強堿，均可失效。
維生素B12是含有鈷離子的等八面體化合物,其中心結構是由四個吡咯(pyrrole)相連接而組成的平面咕啉環(huán)(corrinring)。維生素B12的分子大體由3部分組成:以四個N原子和中心鈷離子相螯合的咕啉環(huán)；5,6-二甲基苯并咪唑(5, 6-dimethylbenzimidazole, DMBI)通過N-7原子和鈷離子相連作為維生素B12分子的低位(α)配基, 此外DMBI還通過磷酸基團和氨丙醇(aminopropanol)相連, 氨丙醇則與吡咯D上的丙酸側鏈共價相連;腺苷(adenosylgroup)或甲基(methylgroup)和鈷離子相連組成維生素B12分子的上位(β)配基。咕啉環(huán)軸向上方的配基不同, 則形成不同類型的維生素B12類物質。羥基(-OH)與咕啉環(huán)中的鈷離子相連形成羥基鈷胺素(hydroxycobalamin), 同樣的, 脫氧腺苷(5′-deoxyadenosyl)、甲基(-CH3 )、氰基(-CN)與鈷離子相連分別生成腺苷鈷胺素(deoxyadenosylcobalamin)、甲基鈷胺素(methylcobalamin)和氰鈷胺素(cyanocobalamin)。自然界中, 微生物生物合成的維生素B12最終形式為腺苷鈷胺素(輔酶B12 )、甲基鈷胺素和羥鈷胺素。但是由于它們的性狀不太穩(wěn)定, 所以在工業(yè)提純過程中人為地加入氰化鈉, 使天然形式的維生素B12轉化為性質更為穩(wěn)定的氰鈷胺素。
圖2為維生素B12的結構
維生素B12是人體必需的唯一含有金屬離子的水溶性維生素。維生素B12缺乏時，主要影響造血系統(tǒng)和神經系統(tǒng)。通過對其生理功能的研究可知，維生素B12是一種人體重要的營養(yǎng)素，參與體內多種代謝，還可有效預防惡性貧血、老年癡呆、抑郁癥等疾病，對保持人類身體健康起著重要作用。2
天然存在的鈷配位化合物家族的原型稱為類可啉。 維生素 B12 的類似物僅在鈷的 β-配體上有所不同，稱為鈷胺素。 幾乎完全由細菌合成。 膳食來源包括魚、肉、肝臟和乳制品； 植物幾乎沒有或沒有鈷胺素。 身體將其轉化為具有生物活性的形式，即甲基鈷胺素和鈷胺素，它們充當酶輔助因子。 嚴重缺乏可能導致巨幼紅細胞性貧血和/或神經功能障礙。
1.維生素B12缺乏的原因
（1）攝入過少 人體不能合成維生素B12。膳食中的維生素B12來源于動物食品，乳及乳制品中含量較少，植物性食品基本不含維生素B12。素食者比起非素食者，更容易發(fā)生維生素B12缺乏。維生素B12的攝入量與血清維生素B12的水平呈正相關。母親的維生素B12缺乏或者攝入不足，可能會因為乳汁中維生素B12含量低導致嬰兒的維生素B12缺乏。
（2）吸收不良 老年人容易發(fā)生維生素B12缺乏，約60% 是由于胃腸原因造成食物中結合的鈷胺素吸收不良。每天服用大于12～30μg的合成維生素B12可使老年人的低維生素B12、高MMA 的風險降低。口服大劑量的維生素B12能使大部分維生素B12缺乏的老年人的MMA恢復正常。
（3）內因子缺乏維生素B12 需要與內因子結合才能最終被吸收。惡性貧血患者產生內因子的自身免疫抗體，可導致嚴重的維生素B12缺乏。
（4）其他 服用抗癲癇藥物、二甲雙胍、組胺H2受體抑制劑和質子泵抑制劑、遺傳性鈷胺傳遞蛋白Ⅱ缺乏、熱帶口炎性腹瀉、幽門螺桿菌感染、寄生蟲感染等，也可導致維生素B12的缺乏。
2.維生素B12缺乏與疾病
（1）貧血 維生素B12缺乏所引起的貧血，同缺乏葉酸一樣，也是巨幼細胞性貧血。然而，無論是老年人還是動物源性食物攝入較少的人群中，維生素B12缺乏的狀態(tài)與貧血并不相關。對于維生素B12缺乏的人群補充維生素B12并不影響全血細胞計數。
（2）高同型半胱氨酸血癥 血液中總同型半胱氨酸濃度超過10 μmol /L 時即可增加動脈粥樣硬化和靜脈血栓形成的危險性。維生素B12參與同型半胱氨酸的甲基化代謝過程，是甲硫氨酸合成酶( 催化同型半胱氨酸甲基化的酶)的必要輔助因子。維生素B12、葉酸濃度與血中同型半胱氨酸濃度相關。在印度素食人群中，冠狀動脈疾病的高發(fā)病率與維生素B12缺乏相關。糖尿病視網膜病變人群中，維生素B12缺乏與高同型半胱氨酸相關，且維生素B12缺乏可能是糖尿病視網膜病變的一個獨立危險因素。但是維生素B12并不能降低心血管病或糖尿病的風險。
（3）神經精神疾病 維生素B12與葉酸對維持中樞神經系統(tǒng)(CNS)正常功能有著舉足輕重的作用。SAM是大腦內甲基的重要供體，甲基化的失衡是神經和精神疾病的原因之一。高同型半胱氨酸也是CNS失常的原因之一，與認知障礙相關。維生素B12或者葉酸缺乏可導致同型半胱氨酸濃度的增加并干擾甲基化狀態(tài)。MMA對神經系統(tǒng)也存在毒性。維生素B12與葉酸可以對老年人CNS病變、情緒異常和癡呆( 包括血管性癡呆和阿爾茨海默病性癡呆) 起到保護作用，另一些研究則為陰性結果。盡管大量文獻表明B族維生素與同型半胱氨酸、認知和情緒障礙、癡呆相關，但即使它們能降低同型半胱氨酸的水平，在隨機對照試驗中尚無清晰的證據表明補充維生素B12與葉酸能改善認知障礙與癡呆，也不能改善抑郁癥狀。
（4）生育與出生缺陷 葉酸是神經管缺陷(NTD)的一個保護因素，與葉酸代謝緊密聯(lián)系的維生素B12也是NTD的一個獨立危險因素。維生素B12缺乏也是懷孕早期流產、反復性流產的危險因素之一。在新生兒期，維生素B12缺乏可嚴重損害神經系統(tǒng)的發(fā)育和功能，嬰兒多表現為生長遲緩和神經系統(tǒng)的缺陷，而不是貧血。嬰兒一旦發(fā)生維生素B12缺乏，維生素B12的低水平將會至少持續(xù)一年。即使早期糾正了維生素B12缺乏，這些孩子仍可能表現為長期的神經、認知損害，包括易激惹、厭食、生長遲緩、發(fā)育倒退和智力低下。
（5）其他 維生素B12缺乏可能增加一些癌癥發(fā)生的機會。維生素B12和骨密度可能相關，但不同的研究結論并不一致。
1.醫(yī)療與保健方面的應用
主要用于治療各種VB12缺乏癥,例如:可以治療巨幼紅細胞性貧血、藥物中毒引起的貧血、再生障礙性貧血和白細胞減少癥等；與泛酸搭配使用, 可以預防惡性貧血癥, 有助于Fe2+的吸收和胃酸的分泌；也被用于治療關節(jié)炎、面部神經麻痹、三叉神經痛、肝炎、皰疹、哮喘和其它過敏癥、過敏性皮炎、尋麻疹、濕疹和滑囊炎；VB12還可以用于神經質、煩躁、失眠、記憶減退、抑郁病癥的治療。新的研究表明, VB12缺乏還會造成抑郁癥等精神疾病。VB12作為治療劑或保健品是十分安全的, 超過RDA幾千倍以上的VB12被靜脈或肌肉注射沒有發(fā)現中毒現象。1
2.在飼料方面的應用
VB12能夠促進家禽、家畜特別是幼禽、幼畜生長發(fā)育、提高飼料蛋白質的利用率, 從而可用作飼料添加劑。用VB12水溶液處理魚卵或魚苗, 能夠提高魚對水中有毒物質如苯和重金屬的耐受力, 降低死亡率。自從歐洲“瘋牛病”事件后, 采用維生素等化學結構明確的營養(yǎng)強化劑來替代“肉骨粉”有了更大的發(fā)展空間。目前世界上生產的VB12大部分用于飼料工業(yè)。
3.在其它方面的應用
在發(fā)達國家,VB12與其他物質復配用于化妝品；在食品工業(yè)上,VB12可作為火腿、香腸、冰淇淋、魚肉醬等食品的著色劑。在家庭生活中,將VB12溶液吸附在活性碳、沸石、無紡纖維或紙上,或制成肥皂、牙膏等；可用于廁所、冰箱等的防臭,消除硫化物和醛的氣味；VB12也可用于環(huán)保中土壤和地表水常見污染物-有機鹵化物的脫鹵。
用水將精確稱取的約30 mg試樣移入一個1000ml容量瓶中，用水定容后混勻。另精確稱取藥典級維生素B12參比標準樣，用水溶解，再用水逐步稀釋至濃度約為30μg/ml的標準溶液。以水作空白試驗，用適宜的分光光度計，同時測定在最大吸收波長處(約361nm)，1 cm比色池中的兩溶液的吸光度。按下列公式計算試樣中維生素B12(C63 H88CoNl4O14P)的含量(mg)。
維生素B12的含量(mg)=C×Au/As
式中c是參比標準液的濃度，其單位為μg/ml；Au和As分別為試樣液和參比標準液的吸光度。
GRAS(FDA，§182．5945，2000)。
GB 14880—94：嬰幼兒食品、強化飲料10～15μg/kg。
FDA，§184．1945(2000)：以(3MP為限。
GB 2760—2002(μg／kg)：軟飲料0.6～1.8；即食早餐谷物食品，5～10；果凍2.0～6.0；可可粉及其他口味營養(yǎng)型固體飲料，1～6.6(相應營養(yǎng)型乳飲料按稀釋倍數降低使用量)。
添加劑中文名稱
允許使用該種添加劑的食品中文名稱
添加劑功能
最大允許使用量（g/kg）
最大允許殘留量（g/kg）
維生素B12
運動營養(yǎng)食品
營養(yǎng)強化劑
0.4－10μg
維生素B12
兒童配方粉
營養(yǎng)強化劑
0.001~0.003mg/100g
[1]李義華. (2006). 維生素B12的臨床應用. 第七屆全軍軍事訓練醫(yī)學學術會議論文匯編 (pp. 77-80).
[2]王華,陳輝,李雪梅,等. 維生素B12功能及營養(yǎng)作用研究[J]. 中國食物與營養(yǎng),2007(2):57-58. https://doi.org/10.3969/j.issn.1006-9577.2007.02.017.
化學性質
深紅色結晶或無定形結晶性粉末，無臭無味。熔點210～220℃(碳化變黑)。1g本品可溶于80mL水，溶于乙醇，不溶于丙酮、乙醚或氯仿。無水物易吸潮，結晶性氰鈷胺在中性和微酸性溶液中對空氣和熱穩(wěn)定性較好，在堿性、強酸及還原劑中不太穩(wěn)定，不耐光和紫外線。
用途
維生素B12缺乏會導致貧血、神經系統(tǒng)障礙。可用于嬰幼兒食品，使用量為10～30μg/kg；在強化飲液中使用量為2～6μg/kg。
用途
主要用于治療巨幼紅細胞貧血、營養(yǎng)性不良、失血性貧血、神經痛及障礙性疾患
用途
作為飼料營養(yǎng)強化劑，具有抗貧血的作用，對惡性貧血、營養(yǎng)性貧血、寄生蟲性貧血均有效用量15-30mg/t。
用途
維生素B12是人體組織代謝過程中所必需的維生素。人體內維生素B12的平均總量為2-5mg，其中50-90%貯存于肝臟內，在機體需要時，釋放入血液中形成紅細胞。長期缺乏B12會導致惡性貧血。B12及葉酸是細胞合成核酸過程中的重要畏酶，參與合成嘌呤、嘧啶、核酸和蛋氨酸等；并可使甲基轉移，而促進但堿的合成；同時可增加糖地元的合成，從而有消除肝臟脂的作用。臨床常作為治療肝病的藥物。人體每天約需維生素B121微克，每天食物中能提供2微克，即可保證正常的需要。維生素B12中的羥鈷素可與氰化物反應，生成氰鈷酸，從而能消除氰化物的毒性。因此，維生素B12缺乏者對氰化物的敏感性比一般人高。維生素B12主要用于治療惡性貧血、巨幼紅細胞貧血、抗葉酸藥起起的貧血和多發(fā)性神經炎等。
生產方法
通過放線菌如灰鏈霉菌等可大量合成維生素B12，工業(yè)上利用此類菌的培養(yǎng)液生產維生素B12。維生素B12的全合成已于1973年由R.B.伍德活德完成，這在有機合成上是一件非常突出的工作。
生產方法
（1）由灰色鏈霉菌發(fā)酵制備，發(fā)酵液酸化后用弱酸性丙烯酸系陽離子交換樹脂——122吸附，再經洗脫、凈化，用1%氰化物轉化，經溶劑和水反復萃取、氧化鉛層析、丙酮結晶得成品。
(2)以葡糖糖、玉米漿為原料，接種薛氏丙酸桿菌（Propionibacterium shermarii）發(fā)酵，向發(fā)酵液中加入氯化鈷、5，6-2甲基苯并咪唑，經提取干燥即得產品。
生產方法
由灰色鏈霉菌發(fā)酵制備，發(fā)酵液酸化后用弱酸性丙烯酸系陽離子交換樹脂——122吸附，再經洗脫、凈化，用1%氰化物轉化，經溶媒和水反復萃取、濃縮、氧化鉛層析、丙酮結晶得成品。
以葡萄糖、玉米漿為原料，接種薛氏丙酸桿菌(Propioni bacterium shermarii)發(fā)酵；向發(fā)酵液中加入氯化鈷、5，6-二甲基苯并咪唑，經提取干燥即得產品。
氰鈷胺
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