Wat is vitamine B3?
Vitamine B3, ook wel niacine genoemd, behoort tot de B-complexvitaminen. Nicotinezuur en nicotinamide zijn de twee belangrijkste vormen van vitamine B3, en de termen niacine of vitamine B3 worden vaak door elkaar gebruikt om een van deze twee verbindingen te beschrijven.
Pyridine 3-carbonzuur en vitamine PP zijn andere namen voor nicotinezuur, terwijl pyridine 3-carbonzuuramide, pyridine 3-carboxamide, vitamine PP en niacinamide vaak worden gebruikt om te verwijzen naar nicotinamide.
Nicotinezuur werd voor het eerst gesynthetiseerd in 1867 via oxidatieve afbraak van nicotine, lang voordat de rol ervan als essentiële voedingsstof voor het voorkomen van pellagra werd ontdekt.
Begin 1900 werd ontdekt dat pellagra werd veroorzaakt door een tekort aan nicotinezuur.
Natuurlijk voorkomende niacine bestaat in twee vormen, nicotinezuur in plantaardige voedingsmiddelen en nicotinamide in dierlijke producten. Echter, niet alle natuurlijke niacine die in voedingsmiddelen aanwezig is, is biologisch beschikbaar voor mensen en dieren.
Granen en oliehoudende zaden bevatten niacine in een gebonden complex en het gemiddelde niacinegehalte in voedingsmiddelen varieert van 10 tot 200 mg/kg.
Inhoudsopgave
1. Productie van vitamine B3
De industriële productie van nicotinezuur en nicotinamide is gebaseerd op de grondstoffen 5-ethyl-2-methylpyridine en 3-methylpyridine (3-picoline).
3-Methylpyridine is een bijproduct dat wordt verkregen door de katalytische gasfasereactie van aceetaldehyde, formaldehyde en ammoniak. Het hoofdproduct is echter pyridine. De opbrengst van 3-methylpyridine is ongeveer 30-50%. 5-Ethyl-2-methylpyridine wordt daarentegen geproduceerd door de reactie van paraldehyde met ammoniak.
Nicotinezuur wordt rechtstreeks verkregen via salpeterzuuroxidatie van 5-ethyl-2-methylpyridine of door de volledige hydrolyse van 3-cyanopyridine.
Nicotinamide kan daarentegen worden verkregen door de amidering van nicotinezuur of door gedeeltelijke hydrolyse van 3-cyanopyridine. Dit laatste wordt verkregen door ammoxidatie van 3-methylpyridine.
1.1. Productie van nicotinezuur door oxidatie van 5-ethyl-2-methylpyridine
Het oxidatieproces van 5-ethyl-2-methylpyridine wordt vaak gebruikt om nicotinezuur te produceren. De grootste productiefabriek voor nicotinezuur ter wereld staat in Visp, Zwitserland, en wordt gerund door Lonza.
In een waterige oplossing wordt nicotinezuur geproduceerd uit 5-ethyl-2-methylpyridine in een eenstapsproces waarbij overtollig salpeterzuur wordt gebruikt in een continue reactor bij 230–270 °C en 6–8 MPa.
Tijdens dit proces wordt pyridine-2,5-dicarbonzuur gegenereerd als tussenproduct, maar het is instabiel onder de reactieomstandigheden en ondergaat vervolgens decarboxylering tot nicotinezuurnitraat.
Het nitraat wordt vervolgens geneutraliseerd met 5-ethyl-2-methylpyridine om nicotinezuur te verkrijgen.
Koolstofdioxide en water die tijdens de reactie worden gevormd, worden van het product gescheiden, terwijl het geproduceerde stikstofoxide met lucht wordt geoxideerd tot stikstofdioxide en vervolgens wordt geabsorbeerd in water om salpeterzuur te verkrijgen, dat in het proces wordt hergebruikt.
1.2. Productie van nicotinamide door ammoxidatie van 3-methylpyridine en hydrolyse van 3-cyanopyridine
In een multi-tubulaire reactor ondergaat 3-methylpyridine een reactie met lucht, ammoniak en waterstof bij ongeveer 350 °C en matige druk om 3-cyanopyridine te produceren.
Heterogene katalysatoren, die oxiden van antimoon, vanadium en titanium, antimoon, vanadium en uranium of antimoon-vanadium-titanium katalysator bevatten, vertonen een hoge efficiëntie.
Bijvoorbeeld, met een vanadium, titanium, zirkonium, molybdeen katalysator, een reactortemperatuur van 340 °C en een molaire toevoerverhouding van 3-methylpyridine: ammoniak: zuurstof van 1:1,3:40, wordt 95% van 3-cyanopyridine verkregen.
Nicotinamide wordt geproduceerd door de alkalische hydrolyse van 3-cyanopyridine. Deze reactie heeft het voordeel dat verzeping tot het amide sneller is dan totale hydrolyse tot nicotinezuur.
De hydrolyse tot het amide omvat gewoonlijk katalytische hoeveelheden basen, voornamelijk natriumhydroxide, bij 130–150 °C.
In het Lonza-proces wordt 3-cyanopyridine omgezet in nicotinamide met behulp van een geïmmobiliseerd micro-organisme van het geslacht Rhodococcus. Heterogene katalysatoren worden ook genoemd.
Een alternatieve methode is hydrolyse van 3-cyanopyridine tot nicotinamide in waterige vloeistoffen onder hoge druk.
1.3. Productie van nicotinamide door omzetting van 2-methylglutaronitril
2-methylglutaronitril, dat als bijproduct wordt geproduceerd tijdens de productie van adiponitril, kan worden omgezet in 2-methyl-1,5-diaminopentaan. Vervolgens kan het proces van cyclische hydrogenering worden gebruikt om dit tussenproduct om te zetten in 3-methylpiperidine.
Na dehydrogenering wordt 3-methylpiperidine omgezet in 3-methylpyridine. Dit laatste wordt vervolgens onderworpen aan ammoxidatie en gedeeltelijke hydrolyse om nicotinamide te verkrijgen.
2. Biochemische functies van vitamine B3
Nicotinamide is een essentieel onderdeel van het dieet, voornamelijk als NAD en NADP, die in de darm worden gehydrolyseerd, wat resulteert in de afgifte van nicotinamide. Nicotinamide kan worden opgenomen zoals het is, of nadat het is gehydrolyseerd tot nicotinezuur.
In granen bestaat nicotinezuur als een glycoside dat slechts gedeeltelijke hydrolyse ondergaat in vivo. Als gevolg hiervan is de absorptie ervan vanuit het maag-darmkanaal beperkt en is het daarom slecht biologisch beschikbaar.
Nicotinezuur wordt snel opgenomen vanuit zowel de maag als de bovenste dunne darm. Niacine wordt ook gebiosynthetiseerd via kynurenine en chinolinezuur als belangrijke tussenproducten.
Niacine fungeert als een voorloper voor twee cruciale co-enzymen, nicotinamide-adeninedinucleotide (NAD) en nicotinamide-adeninedinucleotidefosfaat (NADP). Deze co-enzymen spelen een cruciale rol bij de overdracht van metabolische waterstof, een fundamenteel proces in het metabolisme van vetten, koolhydraten en eiwitten.
Deze functie is noodzakelijk voor zowel de synthese als de afbraak van aminozuren, vetzuren en koolhydraten. De niacine-co-enzymen spelen ook een cruciale rol in de citroenzuurcyclus. De citroenzuurcyclus omvat verschillende stappen waarin geactiveerd acetaat herhaaldelijk wordt geoxideerd.
Verbindingen uit de afbraak van aminozuren, koolhydraten en vetzuren worden eerst afgebroken tot pyruvaatoxaalacetaat en gaan vervolgens de cyclus in met actief acetaat.
De verschillende oxidatieve stappen van de cyclus produceren een aanzienlijke hoeveelheid energie die wordt opgeslagen in adenosinetrifosfaat (ATP).
Deze energie wordt vrijgegeven door ATP om te zetten in adenosinedifosfaat (ADP), dat vervolgens meer energie kan opslaan. Bijgevolg speelt niacine een cruciale rol in de metabolische productie en het gebruik van energie.
3. Toepassingen van vitamine B3
Pellagra, een deficiëntieziekte die wordt veroorzaakt door onvoldoende inname van niacine, was voorheen wijdverbreid in gebieden waar maïs de primaire voedingsbron was.
Hoewel subklinische symptomen van niacinetekort nog steeds voorkomen bij ondervoeding of eenzijdige voeding, is de verrijking van graanproducten met B-vitamines, met name met nicotinezuur of nicotinamide, standaardpraktijk geworden en vereist in sommige landen sinds het begin van de jaren 40.
Ontbijtgranen, multivitaminedranken en multivitaminetabletten zijn voorbeelden van niacinerijke producten.
De Europese Commissie heeft claims goedgekeurd en gepubliceerd met betrekking tot de gunstige effecten van niacine, waaronder de bijdragen aan normale psychologische functies, energieleverende stofwisseling, werking van het zenuwstelsel, behoud van normale slijmvliezen en huid, en vermindering van vermoeidheid en moeheid.
Niacine is ook essentieel voor de meeste dieren, maar biosynthese uit tryptofaan is relatief onbeduidend en natuurlijke voedermiddelen zijn over het algemeen arm aan dit aminozuur.
Nicotinezuur wordt gesynthetiseerd door de microflora in de dikke darm van monogastrische dieren en in de pens van herkauwers, maar de biosynthese in monogastrische dieren is onbeduidend vanwege het voorkomen ervan in de dikke darm, die zich bevindt na de belangrijkste niacine-absorptieplaatsen van de twaalfvingerige darm en de dunne darm.
Het grootste deel van het nicotinezuur dat door de microflora wordt gesynthetiseerd, wordt dus uitgescheiden in de ontlasting.
Niacine is noodzakelijk voor de optimale gezondheid en prestaties van alle huisdieren.
De biosynthese van nicotinezuur in de pens is suboptimaal bij hoge productiestress of wanneer de pensmicroflora is verstoord. Daarom moeten de niacineniveaus hoger zijn dan de aanbevelingen van de National Research Council (NRC) om te voldoen aan de behoeften van dieren.
Farmacologische doses nicotinezuur genereren talrijke farmacologische reacties, zoals effecten op het lipidenmetabolisme, vasodilatatie en activering van fibrinolyse. Interessant genoeg worden weinig tot geen van deze activiteiten gedeeld door nicotinamide, ondanks de nauwe relatie met nicotinezuur.
Plasmacholesterol- en triglycerideconcentraties nemen bijvoorbeeld aanzienlijk af bij doses van 1–2 g/dag nicotinezuur, dat beschikbaar is in verschillende producten zoals nicotinezuur of esters van nicotinezuur.
Niacine wordt ook gebruikt in galvaniseerbaden, met name in het zinkgalvaniseerproces, waar het aanwezig is in een gequaterniseerde vorm verkregen door de reactie van niacine met benzylchloride, wat resulteert in uniforme en glanzende oppervlakken.
Referentie
- Vitamins, 8. Vitamin B3 (Niacin); Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.o27_o14.pub2
