煙酸（英文名：Nicotinic Acid），分子式為C?H?NO?，化學(xué)名稱吡啶3-羧酸，又名煙酸堿、尼古丁酸、維生素PP，是一種水溶性維生素，屬于維生素B族。與煙酰胺（Nicotinamide,NAM）、煙酰胺核苷（Nicotinamide riboside,NR）及NMN（Nicotinamide 單核苷酸,NMN）同為維生素B3的不同形式，煙酸外觀為白色針狀結(jié)晶或粉末，味酸，在空氣中穩(wěn)定，不吸潮，無毒害作用。
煙酸是人體中必不可少的營(yíng)養(yǎng)成分,是人體細(xì)胞呼吸作用和代謝糖類必須的物質(zhì)。煙酸在保持組織完整和調(diào)控機(jī)體內(nèi)物質(zhì)代謝方面扮演著重要角色，能夠維持肌肉和神經(jīng)細(xì)胞的健全和預(yù)防煙酸缺乏癥。其廣泛存在于動(dòng)植物中，動(dòng)物肉和肝臟、酵母、谷類、豆類中煙酸含量較高，蔬菜中煙酸含量較少。
煙酸是一種重要的醫(yī)藥原料和化工中間體，在化學(xué)、制藥和食品加工領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。煙酸對(duì)受到腸道菌群紊亂影響的動(dòng)物壽命（尤其是農(nóng)場(chǎng)動(dòng)物）也至關(guān)重要，因此，每年有超過生產(chǎn)總值60%的煙酸被用作家禽、魚或家畜飼料的添加劑。
歷史背景
煙酸最早是由德國(guó)化學(xué)家Huber在實(shí)驗(yàn)室合成。1867年，他在煙草中提取了尼古丁，用硫酸和重鉻酸鉀氧化尼古丁，得到了一種化學(xué)式為C?H?NO?的化合物，但直到1870年，他才認(rèn)識(shí)到它是吡啶羧酸。“煙酸”一詞最早是由維也納化學(xué)家Weidel提出使用的，他用硝酸氧化煙堿標(biāo)準(zhǔn)品，生成了一種化合物，他認(rèn)為該化合物的成分為C??H?N?O?。后來，德國(guó)化學(xué)家Laiblin證明，這種化合物是吡羧酸，它與Huber所合成的化合物是相同的。1879年，Weidel從β-吡啶中生產(chǎn)出相同的化合物，從而證明煙酸是β-吡啶羧酸。1912年日本化學(xué)家Suzuki，Shimamura和Odake第一次從米糠中提取出煙酸化合物，這是人們首次發(fā)現(xiàn)天然煙酸。
1936年，美國(guó)生物化學(xué)家Koehn和Elvehjem從肝臟中制備了一種不含維生素B2的濃縮物，這種濃縮物在治療小雞皮炎和犬類黑舌病方面有很好的效果。進(jìn)一步純化得到了含有極少量固體物質(zhì)的濃縮物，最后Elvehjem、Madden、Strong和Woolley證明了煙酸在治療黑舌病中的作用，并從濃縮物中分離出煙酰胺。煙酸在治療黑舌病方面的活性很快就被一些工作者所證實(shí)。隨后，美國(guó)化學(xué)家Spies、Cooper和Blankenhorn以及Fonts于1937年11月首次發(fā)現(xiàn)煙酸在防治人類煙酸缺乏癥中也具有重要的療效，將之命名為維生素PP，從此煙酸的作用才被發(fā)現(xiàn)。
煙酸來源
煙酸廣泛存在于動(dòng)物器官中，動(dòng)物和魚的副產(chǎn)品，谷物蒸餾副產(chǎn)品，酵母，發(fā)酵溶液和油籽粉是很好的煙酸來源。煙酸在肝、腎、首畜肉、魚以及堅(jiān)果中含量豐富；乳、蛋類中煙酸含量雖然不高，但色氨酸較多，可轉(zhuǎn)化為煙酸。玉米、油籽粉、谷物及其副產(chǎn)品中的煙酸主要是以結(jié)合型形式存在，其營(yíng)養(yǎng)不能被直接吸收利用。如果用堿處理谷物、玉米等食物，可將結(jié)合型的煙酸水解成為游離的煙酸，從而被機(jī)體利用。例如，在中國(guó)新疆地區(qū)用碳酸氫鈉處理玉米做成玉米餅，可以改善煙酸吸收率，在預(yù)防煙酸缺乏癥方面取得了良好的效果。
理化性質(zhì)
煙酸是吡啶的衍生物，一般以白色針狀結(jié)晶或結(jié)晶粉末存在，味酸。在水中略溶，顯弱酸性，在25 °C下，每1 g煙酸可溶于60 mL或80 mL水，在乙醇中微溶，易溶于沸水、沸乙醇、硫酸鹽溶液和碳酸鈉試液或氫氧化鈉試液，在乙醚中幾乎不溶。煙酸是所有維生素中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，性質(zhì)最穩(wěn)定的一種維生素，在酸、堿、氧、重金屬離子、光或加熱等條件下均不易破壞。煙酸中含有羧基，因此可以與其他化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)，合成其他醫(yī)藥品，如合成尼可剎米、煙酸肌醇脂、滅脂靈等等。
生理功能
煙酸與煙酰胺（Nicotinamide,NAM）、煙酰胺核苷（Nicotinamide riboside,NR）及NMN（Nicotinamide 單核苷酸,NMN）同為維生素B3的不同形式，煙酸主要以輔酶形式廣泛存在人和動(dòng)物體內(nèi)各組織中，以肝內(nèi)濃度最高，其次是心臟和腎臟，血液中相對(duì)較少。煙酸可構(gòu)建輔酶I（NAD）和輔酶II（NADP），在生物氧化還原反應(yīng)中起電子載體和遞氫體作用。也可以作為參與非氧化還原信號(hào)通路的酶的底物，從而調(diào)節(jié)基因表達(dá)、細(xì)胞周期進(jìn)程、DNA修復(fù)和細(xì)胞死亡等生物功能。煙酸也是葡萄糖耐量因子的組成成分。葡萄糖耐量因子是由三價(jià)鉻、煙酸、谷胱甘肽組成的一種復(fù)合體，是胰島素的輔助因子，有增加葡萄糖的利用及促使葡萄糖轉(zhuǎn)化為脂肪的作用，促進(jìn)消化系統(tǒng)的健康，減輕胃腸障礙。煙酸還能促進(jìn)細(xì)胞組織的代謝，維持正常發(fā)育和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育。還有研究報(bào)告，服用煙酸能降低血膽固醇、三酸甘油脂及β-脂蛋白濃度及擴(kuò)張血管，促進(jìn)血液循環(huán)，使血壓下降。大劑量煙酸對(duì)復(fù)發(fā)性非致命的心肌梗死有一定的保護(hù)作用。煙酸還可以預(yù)防煙酸缺乏癥。
人體需求量
煙酸缺乏表現(xiàn)
煙酸缺乏癥最早是由西班牙醫(yī)生Gaspar Casal在1735年1月報(bào)告，他發(fā)現(xiàn)在以玉米為主食的貧窮農(nóng)民的手足背上都有典型的紅色光澤皮疹，并稱之為“mal de la rosa”。這種疾病稱為“4D征”，即皮炎（Dermatitis）、腹瀉（Diarrhea）、癡呆（Dementia）和死亡（死亡），后來被稱為糙皮病。糙皮病主要是煙酸缺乏引起的，致病因素主要是由飲食中煙酸或色氨酸攝入量不足引起的，另一方面是酗酒、神經(jīng)性厭食癥、藥物等等繼發(fā)性原因?qū)е碌摹?/p>
皮膚損害
煙酸缺乏癥患者可出現(xiàn)以下4種類型的皮損：光敏性皮損，癥狀為面部、手背、腳等暴露部位患上皮炎，皮炎開始的癥狀是出現(xiàn)紅斑，并伴有灼痛和皮膚水腫，可能加重形成水皰；會(huì)陰部皮損，癥狀為陰囊和會(huì)陰部紅斑；骨突出部位皮膚增厚及色素沉著表現(xiàn)為皮膚增厚、出現(xiàn)裂紋和色素沉著；面部脂溢性皮炎主要發(fā)生在頭皮、鼻翼、前額、頸部等部位。
消化系統(tǒng)
消化系統(tǒng)癥狀有口角炎、舌炎、腹瀉等。口角炎以口角濕白、糜爛為主。舌炎最初表現(xiàn)為舌尖部分充血發(fā)紅，狀乳頭增大；其后全舌、口腔黏膜、咽頭及食道均可呈現(xiàn)紅腫，上皮脫落，并有淺表潰瘍，引起舌痛及進(jìn)食下咽困難，唾液分泌增多；隨病程進(jìn)展，舌面灰白、乳頭萎縮。腹瀉也是該病的典型癥狀，表現(xiàn)為早期多患便秘，其后由于消化腺體的萎縮及腸炎的發(fā)生伴有次數(shù)不等的腹瀉，大便呈水樣或糊狀，量多且有惡臭，也可能帶血，如病變接近肛門可出現(xiàn)里急后重。
神經(jīng)系統(tǒng)
神經(jīng)系統(tǒng)癥狀在初期很少出現(xiàn)，輕癥患者會(huì)出現(xiàn)全身乏力、煩躁、抑郁、健忘及失眠等。重癥患者則會(huì)有妄、狂躁、幻視、幻聽、神智不清、木僵，甚至癡呆。慢性病例常有周圍多發(fā)性末梢神經(jīng)炎，如四肢異常等表現(xiàn)。需要注意的是，有報(bào)道過沒有出現(xiàn)皮疹和腹瀉，而僅僅出現(xiàn)癡呆表現(xiàn)的煙酸缺乏癥。當(dāng)患者出現(xiàn)記憶力喪失、精神失常時(shí)表明已經(jīng)進(jìn)入腦病階段。在極少數(shù)情況下患者也可因腦橋中央髓鞘溶解癥而致死。
制備方法
煙酸最早是在實(shí)驗(yàn)室氧化尼古丁制備而成，早期工業(yè)生產(chǎn)煙酸的方法是選擇高錳酸鉀、二氧化錳、硫酸或高氯酸等作為氧化劑，通過氧化3-(吡咯烷-2-基)吡啶、喹啉或3-甲基吡啶合成煙酸。也有人提出通過氧化三氧化鉻來生產(chǎn)煙酸，但是由于原料成本過高，產(chǎn)率低（9 t三氧化鉻可生產(chǎn)1 t煙酸），且氧化劑有致癌性，不能用作飼料添加劑和食品制藥中，導(dǎo)致其未能成功商業(yè)化生產(chǎn)。
氨氧化
工業(yè)上煙酸也可通過氣相氨氧化3-甲基吡啶，然后水解成煙酰胺或煙酸來生產(chǎn)制備。早期的合成方案是使用流化床反應(yīng)器和異質(zhì)催化劑，3-甲基吡啶、空氣和氨氣在280 ℃-500 ℃的溫度范圍內(nèi)，0.5 MPa的壓力下進(jìn)行反應(yīng)。該工藝曾一度在歐洲、亞洲和印度流行了30年。
液相氧化
液相氧化法包括高錳酸鉀氧化法、硝酸氧化法、硝酸-硫酸氧化法等。高錳酸鉀氧化法的做法是將3-甲基吡啶和水混合加熱，而后分批加入高錳酸鉀攪拌進(jìn)行氧化反應(yīng)，最后經(jīng)蒸餾、冷卻結(jié)晶、重結(jié)晶等工序處理的到成品煙酸。該方法的關(guān)鍵在于挑選一種優(yōu)質(zhì)催化劑。硝酸氧化法同樣以3-甲基吡啶為原料，將其與硝酸的水溶液混合后在一定溫度和壓力下進(jìn)行反應(yīng)，而后經(jīng)濃縮、結(jié)晶等工序處理可得煙酸。硝酸-硫酸氧化法采用熔融狀態(tài)的3-甲基吡啶硫酸鹽為原料，以硝酸-硫酸混合酸作為氧化劑，該方法能高效制取煙酸，并且反應(yīng)過程中生成的二氧化氮，可用硝酸吸收后重新用于反應(yīng)。
氣相氧化
氣相氧化法將空氣或富氧空氣作為氧化劑，能夠?qū)?a href="/hebeideji/8640688101103574345.html">3-甲基吡啶直接氧化成煙酸。相較傳統(tǒng)工藝，氣相氧化法具有過程簡(jiǎn)單、成本低、污染少、產(chǎn)物純度高等優(yōu)點(diǎn)。該工藝過程是無溶劑的，并且是在異質(zhì)催化劑的存在下進(jìn)行的，屬于綠色化學(xué)的生產(chǎn)方式。雖然該工藝具有很大的優(yōu)勢(shì)，但是在實(shí)際應(yīng)用中還存在許多困難，包括在工藝溫度下容易脫羧和凝華，反應(yīng)過程較慢，且與液相工藝相比，由于氧化過程很完全，導(dǎo)致生產(chǎn)的副產(chǎn)物很多，因而還沒有大批量推廣生產(chǎn)。目前氣相氧化法合成煙酸研究的核心問題是開發(fā)具有優(yōu)良催化活性、穩(wěn)定性和選擇性的催化劑。
生物轉(zhuǎn)化
生物轉(zhuǎn)化法制備煙酸主要是靠特定的酶實(shí)現(xiàn)的。比如紅球菌，具有較高的苯甲腈酶活性，并可確保3-基吡啶可100%轉(zhuǎn)化為煙酸。還有研究通過在柱狀生物反應(yīng)器中使用紅色諾卡氏菌和蒼白桿菌生產(chǎn)耐熱硝化酶，以催化3-氰基吡啶水解為煙酸，而不會(huì)形成煙酰胺。另外還有一種生物轉(zhuǎn)化法，真菌硝化酶可以將3-氰基吡啶轉(zhuǎn)化為煙酸。可用于攪拌膜生物反應(yīng)器的植物酰胺酶也是很有前景的煙酸生產(chǎn)生物轉(zhuǎn)化工藝，這是一種可用于連續(xù)生物轉(zhuǎn)化的生產(chǎn)工藝。
電化學(xué)氧化
電化學(xué)氧化也是一種用于合成煙酸的方法。可以通過帶有錫陽(yáng)極和鉑陰極的電池氧化3-甲基吡啶得到高飽和濃度煙酸。此外，通過使用鉛電池氧化3-甲基吡啶，也在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了良好效果和較高的產(chǎn)率。然而，此工藝生產(chǎn)1 t煙酸需要消耗11 MWh的電力，這種能耗較大，成本太高。
應(yīng)用領(lǐng)域
食品添加劑
煙酸長(zhǎng)期攝入不足會(huì)導(dǎo)致煙酸缺乏癥或賴皮病，并且目前尚未有因食物中煙酸過量引起中毒的報(bào)道，故煙酸可以用作食品添加劑，如在嬰兒配方奶粉中加入煙酸。
飼料添加劑
研究表明煙酸具有增強(qiáng)畜禽抗病能力、維持皮毛健康、改善肉質(zhì)等作用，是動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育不可缺少的一種物質(zhì)，谷物類飼料中的煙酸主要以結(jié)合態(tài)的形式存在，很難被動(dòng)物吸收，所以需要額外往飼料中添加合成煙酸。向飼料中加入適量的煙酸，喂養(yǎng)仔豬（雞）能使其迅速增加重量。給產(chǎn)蛋雞喂養(yǎng)煙酸類飼料，能提高其產(chǎn)蛋率，并且使雞蛋中也含有一定的煙酸，能夠提高雞蛋的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。
醫(yī)藥和醫(yī)藥中間體
煙酸能夠作為調(diào)脂藥物，產(chǎn)生降脂、抗炎、保護(hù)內(nèi)皮的作用，和他汀類藥物配合使用，能夠有效改善動(dòng)脈粥樣硬化；煙酸對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)具有保護(hù)作用，能夠改善神經(jīng)功能。另外煙酸還可以合成多種藥物中間體，進(jìn)而得到其他藥物。例如煙酸經(jīng)過氧化氫氧化、氯化和水解合成的2-氯煙酸就是一種應(yīng)用極其廣泛且很重要的藥物中間體。
染料應(yīng)用
真絲屬于蛋白質(zhì)纖維，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)中含有氨基酸而具有兩性結(jié)構(gòu)。在中性、采用活性染料對(duì)真絲染色的條件下，使用煙酸作為催化劑，能夠有效提高真絲上染料的固色率并且對(duì)真絲的光澤和機(jī)械性能起保護(hù)作用。
其它工業(yè)應(yīng)用
煙酸及其衍生物是重要的化工助劑、緩釋抑制劑。如煙酸可以在電鍍時(shí)充當(dāng)光亮添加劑，合成鹽酸的衍生物可以增強(qiáng)鋼的緩蝕性能。
安全事宜
與乙醇或辛辣食物同時(shí)服用會(huì)增加臉部瘙癢紅腫的風(fēng)險(xiǎn)。攝入過高劑量的煙酸，會(huì)導(dǎo)致瘙癢癥、皮疹、惡心、嘔吐、腹瀉、肝功能異常、低血壓、心跳過快、高血糖等癥狀，攝入煙酸超標(biāo)的人群，出現(xiàn)心律失常和心室顫動(dòng)的概率更高。
參考資料 >