维生素C

生物学意义

对生物以及人体有意义的“维生素C”是左式结构抗坏血酸（旋光性为右旋（+））；其对掌异构物右式结构抗坏血酸（旋光性为左旋（-）），在生物体内毫无用处。因此在蔬菜水果的“维生素C”几乎为左式结构抗坏血酸。在光学异构物中，“维生素C”的学名“左式结构抗坏血酸”的首字母为L，常被混淆为左旋性（levorotatory）。
抗坏血酸是强还原剂，当它进行作用时，会转化为它的氧化形式为左式脱氢抗坏血酸。左式脱氢抗坏血酸经由体内的酶和谷胱甘肽可回复至活性的左式抗坏血酸的形式。左式光抗坏血酸是一个与葡萄糖相似的弱糖酸结构，能够很自然的使氢离子附着上去而形成抗坏血酸，或是附着金属离子，形成抗坏血酸矿物质。

生物合成

借由一连串的4酶驱动（four enzyme-driven）过程，绝大多数的动植物都可以由葡萄糖自行合成维生素C。在肝脏内从肝糖分解而来的葡萄糖是制造维生素C的原料（哺乳类与部分鸟类）；抗坏血酸组织是依赖糖原分解的反应。爬虫类与鸟类的合成器官在肾脏。
失去自行合成维生素C能力的动物有高阶的灵长类、天竺鼠、白喉红臀鹎与食果性蝙蝠。最值得注意的是，人猿族群之中的人类也并没有能力自行合成维生素C。造成这种现象的原因，是这些动物的基因内的伪基因ΨGULO有缺失，在合成过程中最后的一种L-古洛糖酸内酯氧化酶（L-gulonolactone oxidase）就无法产生出来。此突变并不会致命，因为有维生素C的食物来源对这些生物而言不虞匮乏，许多这类物种的主食就包含水果。
大多数的灵长类摄取维生素C的量是高于人类摄取建议值的10到20倍。人们注意到，抗坏血酸合成的损失与进化造成的尿酸分解能力的损失有着惊人的相似。而尿酸与抗坏血酸都是强还原剂。因此有些人主张高阶灵长类的尿酸的功能可以将抗坏血酸取代掉。抗坏血酸能够被人体的抗坏血酸氧化酶氧化。
以一头成年的山羊为例，它在健康的时候每天会制造出高于13,000毫克的维生素C，而在面临致命疾病、创伤或压力时则会制造出高达100,000毫克的维生素C。在人体受到外伤或其他损伤时，亦都证明使用了大量的维生素C，即使曾有人提议，基于增高的维生素C的回收效率，人的摄取需求是远远低于其他哺乳动物。
有部分的微生物，如酵母已证实能够从单糖合成维生素C。

缺乏症状

坏血病是缺乏维生素C的维生素缺乏症，缺乏维生素C的时候，组织的胶原质会变得不稳定而无法正常发挥功能。坏血病的症状是皮肤出现红色斑点，海绵状的牙龈，与从所有的黏膜出血。皮肤的斑点分布以腿部最多，该病的患者脸色苍白，感觉沮丧，部分患者甚至无法自行活动。严重的坏血病会出现开放性的溃烂伤口，以及掉齿，最终导致死亡。由于人体无法储存维生素C，所以如果没有摄取新鲜的补给品将会很快的耗尽。
因为维生素C与胶原蛋白合成及血管弹性有关，非遭感染但却经常性流鼻血的人，只要注意补充维生素C的饮食即可避免，维生素C的缺乏会导致鼻黏膜脆弱而容易出血。
如果刷牙时，常有牙龈出血的现象，或者虽然没有用力碰撞，但身上常见多处乌青、瘀血，这是维生素C不足的症状之一。

发现历史

远古时代的时候就已知要摄取新鲜蔬菜或是生的动物肉类能够预防疾病。住在边缘地区的原住民把这相关行为与其药用知识混合。温带地区的云杉针叶，或是在沙漠地区的耐旱植物的叶来熬煮。在1536年，法国探险家雅克·卡蒂亚，探索圣罗伦斯河的时候，用当地原住民的知识，以挽救他的人免死于坏血病。他将煮沸的水加入针叶乔木的树叶作茶，后来发现该茶中每100克含有50毫克的维生素C。
综观历史，有时当地机关会建议利用有利于长时间储存蔬菜的方式度过漫长出海。约翰·伍德尔，一位外科医生，在他1617年著作的《外科医生的伙伴》（The Surgeon's Mate）中，向英国东印度公司推荐能够预防和治疗用的柠檬汁。而荷兰作家Johann Bachstrom在1734年坚决的提出：“坏血病是纯粹由于完全禁食新鲜的蔬菜和食品，这是单独的主要病因。”
在公元前约400年的文献数据中，希波克拉底有描述坏血病，而第一次试图使用科学依据判断该病的病因是一位英国皇家海军的外科医生詹姆士·林德。坏血病对偏远水手与士兵这类不易食用新鲜蔬果的人是很常见的。在1747年林德在船上做了这个实验，出现坏血病的船员，大家都吃完全相同的食物，唯一不同的药物是当时传说可以治疗坏血病的药方。有些病人每天吃两个橘子和一个柠檬，其他的人喝苹果酒、稀硫酸、醋、海水。而实验的结论是吃水果的两人好转，其它人病情依然。后来林德在1753年出版《坏血病大全》之中发表了他的实验。
林德的著作之所以迟迟无法注意到，有一部分的原因是他的著作内证据有相互矛盾的地方，还有一部分原因是海军认为好转的船员还是很虚弱的。此外，新鲜水果是非常难长时间保存在船上，当时是把果汁煮沸再储存起来，虽然易于延长食用期限，但是维生素就被破坏光了（特别是使用铜制水壶煮沸）。所以船长认为林德的建议没有效用，因为这些果汁无法治疗坏血病。
在1795年之前英国海军使用柠檬或莱姆来做坏血病的解决方案。而之后比较常用莱姆来解决病症，因为在英属西印度殖民地能够采得莱姆，而那边并没有柠檬树，所以柠檬比较昂贵。詹姆斯·库克上尉是最先论证使用新鲜蔬果与像德国酸菜的腌渍蔬菜的优点，成功的让他的船员完全没有因坏血病而死亡。因为这个原因英国海军授予奖牌。
1907年阿克塞尔·霍尔斯特（Axel Holst）和西奥多·诺普利（Theodor Frølich）发表使用天竺鼠做坏血病实验的论文。他们喂食饲料给天竺鼠，而这些饲料之前会使鸽子出现脚气病，但是他们很惊讶的发现天竺鼠出现坏血病的症状。而在之前普遍认为只有人类才会出现此症状。

抗坏血酸的发现

1912年，波兰籍美裔生物化学家卡西米尔·冯克，综合了以往的试验结果，发表了维生素的理论。之后从1928年至1933年间，匈牙利的研究团队之中的约瑟夫·L·史文贝力（Joseph L Svirbely）与圣捷尔吉·阿尔伯特，还有查尔斯·葛兰·金这些人首先从生物中分离出维生素C而且证明就是抗坏血酸。而圣捷尔吉在1937年因为研究维生素C而获得诺贝尔生物或化学奖。
1928年北极区人类学家Vilhjalmur Stefansson试图证明为何爱斯基摩人能够在毫无蔬菜的饮食中不会得到坏血病，而有类似高肉类饮食的欧洲极地探险家却会出现病症。他认为那些原住民是从微煮的肉类中获得维生素C。所以从1928年开始，一年中他和他的同事在医务人员的监督下采用完全的微煮肉类饮食；而这一年他们并没出现坏血病。
1933到1934年间，英国化学家沃尔特·霍沃思与艾德蒙·赫斯特，还有波兰化学家塔德乌什·赖希施泰因分别最早成功人工合成维生素C。这使得维生素C得以大量制造。而霍沃思于1937年因为这项研究获得了诺贝尔化学奖。
1934年罗氏药厂成为第一家大量生产维生素C的制药工厂。
1959年J·J·伯恩斯（J.J. Burns）表示，之所以一些哺乳动物易患坏血病，是由于自己的肝脏无法产生L-古洛糖酸-1,4-内酯氧化酶，这是连锁四酶合成维生素C的最后步骤。美国化学家艾尔文·史东是首次利用维生素C来食物保鲜。之后他发表了一项理论，由于人类有个变种的L-古洛糖酸内酯氧化酶编译基因而无法产生该酶。

来源

蔬菜水果中含有很多的维生素C。固体的维生素C，维生素C化钙和维生素C化钠都是很稳定的化合物，在干燥的空气和室温下可以无限期地储存。但是维生素C溶解在水中时，就很容易氧化。水果切开后发黄并逐渐转成褐色，蔬菜炒得过熟时变黑，都显示维生素C被氧化的结果。所以生食蔬菜水果可以摄取最多的维生素C。
从蔬菜水果中摄取维生素C，是可以防止坏血病的。
维生素C片在市面上很普遍，早年是有从天然水果提炼的，现在则完全是从葡萄糖用化学和发酵方法合成的。合成的维生素C因为经过细菌发酵，和天然的维生素C完全相同，都同样的有右旋旋光性。
还有药厂将1克维生素C粉末和碳酸钙，碳酸钠等的粉末压片，服用时倒入水中，就像汽水一样冒泡，称为维生素C泡腾片或维生素C发泡锭。
如果要服用大量的维生素C来治疗疾病，不宜使用抗坏血酸钙，因为过量的钙会消耗维生素C以排出体外。口服大量的维生素C，还是要用纯粹的维生素C（抗坏血酸）。
静脉注射维生素C或皮下注射维生素C，则必须使用抗坏血酸钠的溶液。

人工合成

维生素C最早是从动植物中提炼出来的。后来发展出化学制造法，以及发酵及化学共享的制造法。发酵法是用微生物或酶将有机化合物分解成其它化合物的方法。现在的维生素C工业制造法有两种，一种是Tadeusz Reichstein发明的一段发酵制造法，一种是中科院微生物所尹光琳发明较新的两段发酵法。
Reichstein制造法是瑞士化学家Tadeusz Reichstein发明的制造法，现在还是被西方大药厂如罗氏公司（Hoffmann-La Roche），BASF及日本的武田制药厂等采用。中国药厂全部采用两段发酵法，欧洲的新厂也开始使用两段发酵法。
两种方法的第一阶段都相同，就是先将葡萄糖在高温下还原而制成山梨醇（Sorbitol），再将山梨醇发酵变成山梨糖（Sorbose）。Reichstein制造法将山梨糖加丙酮制成二丙酮山梨糖（Di-acetone sorbose），然后再用氯及氢氧化钠氧化成为二丙酮古龙酸，简称DAKS（Di-acetone-ketogulonic acid）。DAKS溶解在混合的有机溶液中，经过酸的催化重组成为维生素C。最后粗制的维生素C经过再结晶成为纯粹的维生素C。Reichstein制造法多年来经过许多技术及化学的改进。使得每一步骤的转化效率都提高到90％，所以从葡萄糖制造成的维生素C的整体效率是60％。
Reichstein制造法需要许多有机及无机化学物质和溶剂，例如丙酮、硫酸、氢氧化钠等。虽然有些化合物可以回收，但是需要严格的环保控制，和高昂的废弃物处理费用。两段发酵法是中国微生物学家尹光琳发展出来的，所有的中国维生素C药厂都采用此法。许多西方药厂也得到此法的专利使用权，包括Roche和BASF-Merck合作的计划。此法的设备费用及操作投资都较低，生产成本只有Reichstein制造法的三分之一。
两段发酵法是用另一发酵法代替Reichstein制造法制造DAKS的步骤。发酵的结果是另一种中间产物2-酮基古龙酸（2-Keto-L-gulonic acid KGA）。最后将KGA转化为维生素C的方法与Reichstein制造法类似。两段发酵法比Reichstein制造法使用的化学原料少，所以成本降低，而且废弃物处理的费用也减少。
现在有许多其它制造维生素C的方法在研究发展中，其中最值得注意的有以下两种方法；一是将葡萄糖直接发酵成为KGA，在美国有Genencor，Eastman，Electrosynthesis，MicroGenomics等公司及美国阿冈国家实验室Argonne National Laboratory在进行。另一是将细菌的基因重组使得可能用一步发酵直接将葡萄糖转化为维生素C。
许多维生素在高温、日晒，及水溶的环境中不稳定。为避免维生素在使用过程中分解，维生素可以加入其它稳定剂或制造成化学衍生物以维持其稳定性。市售的维生素C制成不同的型式以适合不同的应用，有不同纯度的粉末和结晶，也有做成维生素C化钠及维生素C化钙等衍生化合物。维生素C化钠较适合做为肉类保鲜的抗氧化剂，维生素C化钙则适合做为同时提供维生素C和钙质的营养素。可以抗热抗压的单磷酸维生素C化钙（Calcium Ascorbyl Monophosphate）主要是供应饲料加工业。其它特殊用途的维生素C产品，例如罗氏药厂出品Stay-C，它不容易溶解于水，所以可以做为鱼类的饲料。

在人体中的作用

维生素C治疗坏血病是250年来医学证实的事实。坏血病是长期缺乏维生素C的最终病况，它在人体上的表现是极度疲乏、肌肉无力、皮肤肿胀疼痛、牙龈出血、口臭、皮下及肌肉中血管破裂出血、关节软弱、骨骼脆弱以致骨折、虚脱、泻痢、肺脏及肾脏衰竭而导致昏迷以致死亡。由此可见维生素C对各个主要器官都有影响。
肾上腺是人体含维生素C最高的器官。人体在紧张的时候，肾上腺分泌大量的肾上腺素到全身的肌肉中，准备好随时动作，应付危机。肾上腺素是从酪氨酸（Tyrosine）制成多巴（Dopa），转化成多巴胺（Dopamine），再转化为降肾上腺素（Noradrenaline），最后制成肾上腺素。其中每一步骤都要消耗维生素C进行羟基化反应（Hydroxylation）。这是人和动物的肾上腺必须储备大量维生素C的原因。
胶原（Collagen）是一种蛋白质，它存在人体的结缔组织、血管和骨骼的组织及牙本质细胞之间，是动物体型的基本支撑物质。所以它可以使细胞排列紧密，皮肤紧致，骨骼牙齿坚固。当受到外伤时或是手术后它可以帮助细胞修复、促进伤口的愈合。
维生素C促进胶原质的形成。胶原质是由两种氨基酸——赖氨酸（Lysine）和脯氨酸（Proline）组合成的聚合巨分子。胶原质的强度是因为消耗维生素C方才使吡咯氨酸醇化而加强了巨分子间的吸引力。缺乏维生素C时胶原质的强度不足，则所有的器官组织都减弱而产生各种疾病，最严重的时候就成为坏血病。正常人的血管壁细胞，由于有胶原质填塞所以能排列整齐，并确保其严密性。当缺乏维生素C时，血管组织的严密性受到损害，只要外界稍加压力，血液即自行渗出，这就是所谓的坏血病最表面的现象。合成胶原质时必定消耗维生素C，所以要维持身体各个器和组织器官的健康，必须经常摄取足够的维生素C。
坏血病是维生素C枯竭的终结症状，它最明显的特征就是血管系统的崩溃。在长期缺乏维生素C的情况下，血管的组织减弱因此导致各种心脏和血管的疾病。血管之中冠状动脉是受压力最高的部分，为了防止冠状动脉渗血及破裂，血管自行修补的方法一是加厚血管而使血管硬化，二是沉积胆固醇堵塞渗血的漏洞而使血管阻塞。维生素C可以降低血液中的LDL含量，提高血液中的HDL含量，前者会导致动脉硬化而后者会降低动脉硬化风险。
赖斯医师Rath和鲍林Pauling发现大量的维生素C加上离氨基酸（Lysine）和吡咯氨基酸（Proline）可以清除冠状动脉现有沈积的粥样硬化块（Plaques）。
尽管在上世纪70年代，有医生报告大剂量的维生素C可以帮助治疗癌症，但更新的进一步研究表明维生素C并无此作用。
眼睛中的晶状体和视网膜都含有高浓度的维生素C。缺乏维生素C时，晶状体中的胶原质就失去它的透明性而产生白内障。维生素C也可以降低眼球内液体的压力，避免青光眼的病症。
肉碱是一种氨基化合物，它在肌肉组织中帮助肌肉获得收缩需要的能量；也是由赖氨酸经过羟化而制成的。这个羟化反应，也要消耗维生素C。肉碱是脂肪酸氧化产生能量之重要运送者，因此当维生素C缺乏时，就会使人感到精神不济，同时血液中亦会积存多量的中性脂肪。
维生素C可以增强血管的组织和减少血液中胆固醇的含量，对于动脉硬化性心脏血管的疾病与高血压、中风等的成人病都有很好的预防和治疗效果。缺乏维生素C时，胆固醇不易分解成胆酸，而使血清胆固量提高，容易导致血管粥状硬化及血栓症。
免疫系统的主要工作是由白细胞和淋巴细胞来完成的。这二者中维生素C的含量是血液中维生素C含量的30倍。白细胞和淋巴细胞必须有足够维生素C才能吞噬滤过性病毒与细菌，所以人体的免疫力，是和维生素C的存量是切切相关的。维生素C有很强的还原的能力。体内许多生化反应都需要维生素C的帮助才得以完成。维生素C可避免白细胞受自体氧化的伤害，因此可强化免疫系统。
服用大量维生素C会增加血液中IgA，IgG及IgM等抗体的浓度。这些抗体附着在外来的病毒和细菌上，指引白细胞和淋巴细胞来将它们消灭。
维生素C可以帮助钙、磷、铁这类的矿物质在小肠的吸收，所以对于贫血或是骨质疏松症者很有帮助。大多数钙、磷、铁的化合物，都不溶于水，所以不容易被人体吸收。维生素C的钙、磷、铁盐则有很高的水溶解性，所以能够帮助这类的矿物质在小肠的吸收。
维生素C是一种抗氧化极强的物质，对于人体长期暴露在不良的环境中（过氧化脂质、抽烟、喝酒、虫蛇咬伤及许多化学毒素）所产生的自由基物质，都可以有效的清除。医学界认自由基与癌症或老化的发生有关。亚硝酸胺是一种致癌物质，体内若有足量维生素C存在时，就可以防止腌肉用的亚硝酸转化产生亚硝酸胺。
维生素C参与人体内许多的生化反应，缺乏维生素C时这些反应都不能顺利进行，在许多相关的器官中产生病变。大多数动物都能在肝脏中自行生产维生素C，所以很少会染上普通感冒，冠状动脉阻塞和癌症这些人类特有的病症。
亦有研究指出口服的维他命C，在供应给全身所需后，留给皮肤的只剩下5％至7％。因此直接经由皮肤吸收，能发挥更大的功效。