Cos’è la vitamina B3?
La vitamina B3, nota anche come niacina, appartiene alle vitamine del complesso B. L’acido nicotinico e la nicotinamide sono le due principali forme di vitamina B3 e i termini niacina o vitamina B3 sono spesso usati in modo intercambiabile per descrivere uno di questi due composti.
Acido piridina 3-carbossilico e vitamina PP sono altri nomi per l’acido nicotinico, mentre ammide dell’acido piridina 3-carbossilico, piridina 3-carbossamide, vitamina PP e niacinamide sono comunemente usati per riferirsi alla nicotinamide.
L’acido nicotinico è stato sintetizzato per la prima volta nel 1867 tramite degradazione ossidativa della nicotina, ben prima che venisse scoperto il suo ruolo di nutriente essenziale per prevenire la pellagra.
Nei primi anni del 1900, si scoprì che la pellagra era causata da una carenza di acido nicotinico.
La niacina naturale esiste in due forme, acido nicotinico negli alimenti di origine vegetale e nicotinamide nei prodotti di origine animale. Tuttavia, non tutta la niacina naturale presente negli alimenti è biodisponibile per gli esseri umani e gli animali.
Cereali e semi oleosi contengono niacina in un complesso legato e il contenuto medio di niacina nei prodotti alimentari varia da 10 a 200 mg/kg.
Sommario
1. Produzione di vitamina B3
La produzione industriale di acido nicotinico e nicotinamide si basa sulle materie prime 5-etil-2-metilpiridina e 3-metilpiridina (3-picolina).
La 3-metilpiridina è un sottoprodotto ottenuto dalla reazione catalitica in fase gassosa di acetaldeide, formaldeide e ammoniaca. Tuttavia, il prodotto principale è la piridina. La resa della 3-metilpiridina è di circa il 30-50%. La 5-etil-2-metilpiridina, d’altra parte, è prodotta dalla reazione della paraldeide con ammoniaca.
L’acido nicotinico si ottiene direttamente tramite ossidazione con acido nitrico della 5-etil-2-metilpiridina o tramite idrolisi completa della 3-cianopiridina.
La nicotinamide, d’altra parte, può essere ottenuta tramite amidazione dell’acido nicotinico o tramite idrolisi parziale della 3-cianopiridina. Quest’ultima si ottiene tramite ammossidazione della 3-metilpiridina.
1.1. Produzione di acido nicotinico mediante ossidazione della 5-etil-2-metilpiridina
Il processo di ossidazione della 5-etil-2-metilpiridina è comunemente utilizzato per produrre acido nicotinico. Il più grande impianto di produzione di acido nicotinico al mondo si trova a Visp, in Svizzera, ed è gestito da Lonza.
In una soluzione acquosa, l’acido nicotinico viene prodotto dalla 5-etil-2-metilpiridina in un processo monofase che utilizza l’eccesso di acido nitrico all’interno di un reattore continuo a 230-270 °C e 6-8 MPa.
Durante questo processo, l’acido piridin-2,5-dicarbossilico viene generato come intermedio ma è instabile nelle condizioni di reazione e successivamente subisce una decarbossilazione in nitrato di acido nicotinico.
Il nitrato viene quindi neutralizzato con 5-etil-2-metilpiridina per produrre acido nicotinico.
L’anidride carbonica e l’acqua formate durante la reazione vengono separate dal prodotto, mentre l’ossido di azoto prodotto viene ossidato con aria in biossido di azoto e successivamente assorbito in acqua per ottenere acido nitrico, che viene riutilizzato nel processo.
1.2. Produzione di nicotinamide mediante ammossidazione della 3-metilpiridina e idrolisi della 3-cianopiridina
In un reattore multitubolare, la 3-metilpiridina subisce una reazione con aria, ammoniaca e idrogeno a circa 350 °C e pressione moderata per produrre 3-cianopiridina.
I catalizzatori eterogenei, che contengono ossidi di antimonio, vanadio e titanio, antimonio, vanadio e uranio o catalizzatori antimonio-vanadio-titanio, mostrano un’elevata efficienza.
Ad esempio, con un catalizzatore di vanadio, titanio, zirconio, molibdeno, una temperatura del reattore di 340 °C e un rapporto di alimentazione molare di 3-metilpiridina: ammoniaca: ossigeno di 1:1,3:40, si ottiene il 95% di 3-cianopiridina.
La nicotinamide è prodotta dall’idrolisi alcalina della 3-cianopiridina. Questa reazione ha il vantaggio che la saponificazione in ammide è più rapida dell’idrolisi totale in acido nicotinico.
L’idrolisi in ammide di solito coinvolge quantità catalitiche di basi, principalmente idrossido di sodio, a 130-150 °C.
Nel processo Lonza, la 3-cianopiridina viene convertita in nicotinamide utilizzando un microrganismo immobilizzato del genere Rhodococcus. Vengono menzionati anche catalizzatori eterogenei.
Un metodo alternativo è l’idrolisi della 3-cianopiridina in nicotinamide in fluidi acquosi ad alta pressione.
1.3. Produzione di nicotinamide mediante conversione di 2-metilglutaronitrile
Il 2-metilglutaronitrile, che viene prodotto come sottoprodotto durante la produzione di adiponitrile, può essere trasformato in 2-metil-1,5-diamminopentano. Successivamente, il processo di idrogenazione ciclica può essere impiegato per convertire questo intermedio in 3-metilpiperidina.
Dopo la deidrogenazione, la 3-metilpiperidina viene trasformata in 3-metilpiridina. Quest’ultima viene quindi sottoposta ad ammossidazione e idrolisi parziale per ottenere nicotinamide.
2. Funzioni biochimiche della vitamina B3
La nicotinamide è un componente essenziale della dieta principalmente come NAD e NADP, che vengono idrolizzati nell’intestino, con conseguente rilascio di nicotinamide. La nicotinamide può essere assorbita così com’è o dopo essere stata idrolizzata in acido nicotinico.
Nei cereali, l’acido nicotinico esiste come un glicoside che subisce solo un’idrolisi parziale in vivo. Di conseguenza, il suo assorbimento dal tratto gastrointestinale è limitato ed è quindi scarsamente biodisponibile.
L’acido nicotinico viene rapidamente assorbito sia dallo stomaco che dall’intestino tenue superiore. La niacina viene anche biosintetizzata tramite chinurenina e acido chinolinico come intermedi chiave.
La niacina agisce come precursore per due coenzimi cruciali, nicotinamide adenina dinucleotide (NAD) e nicotinamide adenina dinucleotide fosfato (NADP). Questi coenzimi svolgono un ruolo critico nel trasferimento dell’idrogeno metabolico, un processo fondamentale nel metabolismo di grassi, carboidrati e proteine.
Questa funzione è necessaria sia per la sintesi che per la degradazione di aminoacidi, acidi grassi e carboidrati. I coenzimi della niacina svolgono anche un ruolo critico nel ciclo dell’acido citrico. Il ciclo dell’acido citrico comprende diverse fasi in cui l’acetato attivato viene ripetutamente ossidato.
I composti derivanti dalla degradazione di aminoacidi, carboidrati e acidi grassi vengono prima scomposti in piruvato ossalacetato, quindi entrano nel ciclo con l’acetato attivo.
Le varie fasi ossidative del ciclo producono una quantità significativa di energia che viene immagazzinata nell’adenosina trifosfato (ATP).
Questa energia viene rilasciata convertendo l’ATP in adenosina difosfato (ADP), che può quindi immagazzinare più energia. Di conseguenza, la niacina svolge un ruolo fondamentale nella produzione metabolica e nell’utilizzo dell’energia.
3. Utilizzi della vitamina B3
La pellagra, una malattia da carenza causata da un’assunzione insufficiente di niacina, era in passato diffusa nelle aree in cui il mais era la principale fonte di nutrimento.
Mentre i sintomi subclinici della carenza di niacina si manifestano ancora in condizioni di malnutrizione o alimentazione unilaterale, l’arricchimento dei prodotti a base di cereali con vitamine del gruppo B, in particolare con acido nicotinico o nicotinamide, è diventata una pratica standard e richiesta in alcuni paesi fin dall’inizio degli anni ’40.
Cereali per la colazione, bevande multivitaminiche e compresse multivitaminiche sono esempi di prodotti ricchi di niacina.
La Commissione europea ha approvato e pubblicato affermazioni riguardanti gli effetti benefici della niacina, tra cui i suoi contributi alla normale funzione psicologica, al metabolismo energetico, al funzionamento del sistema nervoso, al mantenimento di normali mucose e pelle e alla riduzione di stanchezza e affaticamento.
La niacina è anche essenziale per la maggior parte degli animali, ma la biosintesi dal triptofano è relativamente insignificante e i mangimi naturali sono generalmente poveri di questo amminoacido.
L’acido nicotinico è sintetizzato dalla microflora nell’intestino crasso degli animali monogastrici e nel rumine dei ruminanti, ma la biosintesi nei monogastrici è insignificante a causa della sua presenza nell’intestino crasso, che si trova dopo i principali siti di assorbimento della niacina del duodeno e dell’intestino tenue.
La maggior parte dell’acido nicotinico sintetizzato dalla microflora viene quindi escreta nelle feci.
La niacina è necessaria per la salute e le prestazioni ottimali di tutti gli animali domestici e degli animali domestici.
La biosintesi dell’acido nicotinico nel rumine è subottimale in caso di stress produttivo elevato o quando la microflora del rumine è stata disturbata. Pertanto, i livelli di niacina dovrebbero essere superiori alle raccomandazioni del National Research Council (NRC) per soddisfare i requisiti degli animali.
Le dosi farmacologiche di acido nicotinico generano numerose risposte farmacologiche, come effetti sul metabolismo lipidico, vasodilatazione e attivazione della fibrinolisi. È interessante notare che poche, se non nessuna, di queste attività sono condivise dalla nicotinamide, nonostante la sua stretta relazione con l’acido nicotinico.
Ad esempio, le concentrazioni plasmatiche di colesterolo e trigliceridi diminuiscono significativamente con dosi di 1–2 g/giorno di acido nicotinico, che è disponibile in diversi prodotti come l’acido nicotinico o gli esteri dell’acido nicotinico.
La niacina è anche utilizzata nei bagni di elettrodeposizione, in particolare nel processo di elettrodeposizione di zinco, dove è presente in una forma quaternizzata ottenuta dalla reazione della niacina con il cloruro di benzile, con conseguenti superfici uniformi e brillanti.
Riferimento
- Vitamins, 8. Vitamin B3 (Niacin); Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.o27_o14.pub2
