生物技術合成天然香料香精

1、生物技術(jsh)合成天然香料香精共三十一頁目錄(ml)起源香料香精生物技術合成天然香料香精的方法生物轉(zhuǎn)化(shn w zhun hu)法合成天然香蘭素生物轉(zhuǎn)化法合成天然2-苯乙醇前景與展望共三十一頁起源(qyun)自古以來，人們已在無意識的情況下利用微生物使一些食品更具風味，如各種酒類、醬、醋和面包等發(fā)酵類食品都具有一種自然的清香。到19世紀末20世紀初，人們才開始認識發(fā)酵食品的典型香味與發(fā)酵微生物之間的關系，香味物質(zhì)乃是微生物生長過程合成的一些代謝產(chǎn)物。發(fā)酵食品中特定的微生物群已決定了該食品所特有的香氣，比如奶酪、酸奶、醬油、啤酒、泡菜等中的味道各有特點。已知有多種微生物，包括細菌、霉菌和

2、酵母，都可以利用基本的營養(yǎng)成分通過全程合成某些香料化合物，包括揮發(fā)性醇類、酯類、羰基化合物、有機酸、硫化物、氨基酸類等。許多細菌和霉菌都具有合成芳香化合物的能力。如枯草芽孢桿菌能夠全程合成吡嗪類物質(zhì)，從而賦予醬油、豆豉、豆瓣醬和醬香型 白酒(biji)特有的香味 。擬孢長喙殼菌能產(chǎn)生多種帶有果味花香的萜烯類化合物；念珠長喙殼菌能產(chǎn)生包括乙酸異丁酯、乙酸異戊酯、香茅醇和香葉醇等多種香氣物質(zhì)；哈茨木霉 菌株能有效地形成具有椰子味的內(nèi)酯6-戊基-吡喃酮。共三十一頁共三十一頁香料(xinglio)香精香料是指具有令人愉快的芳香氣味，用于調(diào)配香精的化合物或混合物，而香精則是由多種香料調(diào)配而成的香氣和諧、

3、令人喜愛的混合物。香料香精不是直接消費品，而是添加在其他產(chǎn)品中的配套原料。香料香精廣泛配套使用于食品、飲料、酒類、卷煙、日化、醫(yī)藥、飼料以及紡織和皮革(pg)等工業(yè)，其加入量雖不大，但對產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次極為重要。目前世界上香料品種約6000多種，全球?qū)ο懔系男枨竽暝鲩L率超過4.4%，2008年全球香料香精市場需求量總計超過185.6億美元。共三十一頁香料(xinglio)香精共三十一頁天然(tinrn)香料和合成香料香料的生產(chǎn)方法有兩種，即從天然動植物原料中提取和化學合成，由此將香料分為(fn wi)兩大類，即天然香料和合成香料。人類進入21世紀，隨著生活水平的提高和健康意識的增強，化學合成香

4、料香精的安全性還是受到人們的懷疑，始終擔心它們對健康具有潛在的危害，所以越來越青睞無污染的天然產(chǎn)品。從動植物原料中提取的天然香料符合人們這種安全性的需求，但天然動植物香料受原料來源的限制，其開發(fā)和應用受到極大地限制，無法滿足人們的這種需要。天然和合成的價格差異激發(fā)了 眾多針對這些有價值的香料化合物而進行生物轉(zhuǎn)化工藝開發(fā)的研究，就是要利用微生物細胞或酶轉(zhuǎn)化天然前體或全程合成（發(fā)酵）來生產(chǎn)各種天然香料。共三十一頁生物技術合成天然(tinrn)香料香精的方法發(fā)酵工程(gngchng) 酶工程細胞工程基因工程共三十一頁 一. 基因工程(jyn gngchng) 基因工程（genetic enginee

5、ring）又稱基因拼接技術和DNA重組(zhn z)技術。所謂基因工程是在分子水平上對基因進行操作的復雜技術，是將外源基因通過體外重組(zhn z)后導入受體細胞內(nèi)，使這個基因能在受體細胞內(nèi)復制、轉(zhuǎn)錄、翻譯表達的操作。 利用基因工程技術，改良香料植物的基因性狀，培養(yǎng)出高產(chǎn)香料物質(zhì)的植物細胞株。 共三十一頁應用(yngyng)實例日本山形縣工業(yè)技術中心采取突變法，將產(chǎn)香能力強的遺傳因子導人酵母菌中，經(jīng)過兩年時間培育出了新酵母菌。用這種新酵母菌釀制葡萄灑及一些果酒,可提高酒中乙酸異戊酯等7種香氣的含量，使酒味香氣濃郁。通過基因工程將牛肉風味肽的基因附在-factor載體上在酵母細胞中表達,所生產(chǎn)出

6、來的酵母抽提物中含有較高濃度的風味牛肉肽,即可利用酵母進行發(fā)酵生產(chǎn)牛肉風味肽。將脫苦蛋白酶和風味醛氧化酶對應基因在菌體中克隆并成功表達,可利用建造的基因工程菌排去干酪香料(xinglio)中的不良風味.共三十一頁 二.細胞工程 利用植物細胞(xbo)、 組織和器官大規(guī)模培養(yǎng)技術,可以大量培養(yǎng)香料植物,從而獲得高價值的香料。食用香料植物組織培養(yǎng)在天然香料工業(yè)中的研究集中在快速繁殖、種質(zhì)保存、品種改良、新品種培育和脫落病毒等方面，作為精油的生物反應器和為轉(zhuǎn)基因技術提供植物受體的研究越來越受到人們的重視。共三十一頁在利用植物細胞培養(yǎng)技術生產(chǎn)香蘭素時,通過在培養(yǎng)基中添加一些植物激素,如2,4-二氯苯氧

7、乙酸(2,4-dichlorophenoxyacetic acid,2,4-D)、芐基腺嘌呤(benzyl adenine,BA)和萘乙酸(naphthalene acetic acid,NAA)等,愈傷組織(zzh)發(fā)生率大大提高,而且所形成的愈傷組織(zzh)的繼代培養(yǎng)生長較好。 同時,采用植物細胞培養(yǎng)(piyng)技術生產(chǎn)香蘭素及其系列化合物時,會受到多種因素影響。外植體、使用培養(yǎng)(piyng)基的類型、培養(yǎng)(piyng)基中添加的前體物質(zhì)的種類和數(shù)量、培養(yǎng)(piyng)期的溫度和光照都會對代謝物的組成和產(chǎn)量有重要影響。共三十一頁 三.酶工程 酶工程是利用酶的催化作用生產(chǎn)各種有價值物質(zhì)的

8、技術。到目前為止,約3000種酶在文獻中被報道,但只有幾百種可商業(yè)化生產(chǎn),且其中僅20種適合于工業(yè)生產(chǎn)過程,脂肪酶、酯酶、蛋白酶、核酸酶和糖苷酯酶可用于香料化合物的提取過程,而且還可將大分子(fnz)前體化合物水解為小分子(fnz)香料物質(zhì),一個很好的例子是酯水解反應的逆反應即利用脂肪酶在非水相中的酯化反應,這些性水解和轉(zhuǎn)酯反應。共三十一頁 利用(lyng)酶工程,可以生成許多香料的前體物質(zhì)。應用這一方法,一方面可拓寬香料的原料來源,另一方面通過尋找廉價的原料,大大減少生產(chǎn)成本。共三十一頁1983年,Tien和Kirk從黃孢原毛平革菌 中分離出木質(zhì)素過氧化物酶,并對其進行定性,發(fā)現(xiàn)它與木質(zhì)素的

9、解聚有關。 1998年,Williamson等以農(nóng)業(yè)廢料為原料,采用物理和酶工程相結合的方法,產(chǎn)生香蘭素生物(shngw)合成的重要前體物質(zhì)阿魏酸（ferulic acid）。 阿魏酸（ferulic acid）共三十一頁 四.發(fā)酵(f jio)工程發(fā)酵工程是生物技術的重要組成部分,它將微生物學、生物化學、化學工程學的基本原理有機地結合起來,是一門利用微生物的生長代謝活動來生產(chǎn)各種有用物質(zhì)的工程技術。 該技術是目前生產(chǎn)香料(xinglio)最廣泛的生物技術，以工農(nóng)業(yè)廢料為原料,利用微生物可以生產(chǎn)各種天然香料(xinglio)。細菌、霉菌和酵母菌都可用來生產(chǎn)香蘭素、內(nèi)酯等香料(xinglio),

10、采用細胞固定化等技術手段還可以大大提高香料(xinglio)物質(zhì)的產(chǎn)量。共三十一頁在香蘭素（vanillin）合成(hchng)中的應用 許多細菌(xjn)、霉菌和酵母菌都可用來生產(chǎn)香蘭素,一些微生物以阿魏酸、丁子香酚、異丁子香酚、香草醇、香草胺、松柏醇、藜蘆醇等化合物為前體,經(jīng)發(fā)醇可獲得香蘭素。 共三十一頁生物轉(zhuǎn)化法合成(hchng)天然香蘭素香蘭素，即香草醛，化學名為3-甲氧基-4-羥基苯甲醛，是一種以奶油甜香味為特征的風味物質(zhì)，廣泛用于冰淇淋、巧克力和乳制甜點等食品中，堪稱世界(shji)上使用最廣的增香劑。共三十一頁生物轉(zhuǎn)化(shn w zhun hu)法合成香蘭素三條路線以阿魏酸為前

11、體以丁香酚或異丁香酚為前體酶轉(zhuǎn)化(zhunhu)法共三十一頁以阿魏酸為前體阿魏酸是木材、草、和谷殼細胞壁中含量極大的一種肉桂酸衍生物,它作為配糖的軛合物同各種碳水化合物共價相連,經(jīng)堿水解可從谷殼中釋放出來。阿魏酸對微生物的毒性小,在其降解生成(shn chn)香草醛的過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物也少,因此它是最常用的前體物質(zhì)之一。一些細菌和真菌就能夠?qū)⑽核徂D(zhuǎn)化為香蘭酸或直接轉(zhuǎn)化為香蘭素。如惡臭假單胞菌能將阿魏酸非常高效地轉(zhuǎn)化為香蘭酸，轉(zhuǎn)化濃度可達2.25g/L；擬無枝酸菌DSM9992 菌株則能將阿魏酸直接轉(zhuǎn)化成香蘭素，轉(zhuǎn)化濃度高達11.5g/L。此外，也有研究開出兩步轉(zhuǎn)化工藝，首先由黑根霉將阿魏酸轉(zhuǎn)

12、化為香蘭酸，再由朱紅密孔菌再將香蘭酸進一步轉(zhuǎn)化為香蘭素，轉(zhuǎn)化濃度可以達到1.45g/L。共三十一頁以丁香酚或異丁香酚為前體丁香酚是丁香油的主要成分，是一種天然前體，市場上有大量供應，價格也不貴。有些微生物菌株能將丁香酚轉(zhuǎn)化為阿魏酸、阿魏醛或松柏醛，繼而(j r)再轉(zhuǎn)化為香蘭素，如銅綠假單胞菌轉(zhuǎn)化丁香酚，轉(zhuǎn)化9h可產(chǎn)生香蘭素280mg/L，香草醇100mg/L以及阿魏酸48mg/L；利用枯草芽孢桿菌轉(zhuǎn)化異丁香酚，香蘭素濃度可達0.61g/L，摩爾轉(zhuǎn)化率為12.4%，其無細胞萃取液能產(chǎn)生0.9g/L香蘭素，摩爾轉(zhuǎn)化率為14%。共三十一頁香蘭素的生物轉(zhuǎn)化(shn w zhun hu)路線共三十一頁酶

13、轉(zhuǎn)化(zhunhu)法近年來對微生物轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)香草醛研究得較多,但一般情況下香草醛只是代謝中間產(chǎn)物,會繼續(xù)降解而不易積累。因此除了繼續(xù)設法尋找可在代謝途徑中積累香草醛的菌株外,用酶轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)香草醛是近年來又一個很有前景(qinjng)的研究方向。常用來進行生物轉(zhuǎn)化的酶有從轉(zhuǎn)化效果較好的微生物中提取出來的相關酶,也有從植物中提取的酶。已經(jīng)報道的酶轉(zhuǎn)化法有的與微生物轉(zhuǎn)化法相結合分兩步進行;也有用酶單獨進行轉(zhuǎn)化的。共三十一頁1990年Yoshimoto等人從Pseudomonassp.TMY1009中分離出一種苯乙烯雙氧酶,并闡述了用苯乙烯雙氧酶從苯乙烯和異丁香酚轉(zhuǎn)化香草醛的方法。荷蘭的Robert

14、 等人建立了雙酶法合成香草醛的工藝,在該工藝中香草醇氧化酶(VAO)能將甲氧甲酚(ji fn)和香草胺以很高的產(chǎn)率轉(zhuǎn)化為香草醛。VAO催化的甲氧甲酚(ji fn)轉(zhuǎn)化分兩步進行,即先形成香草醇再氧化為香草醛;VAO催化的香草胺轉(zhuǎn)化能在堿性條件下有效地進行,香草胺先轉(zhuǎn)化為香草胺中間產(chǎn)物,后者再經(jīng)非酶水解轉(zhuǎn)化為香草醛。由于紅辣椒和辣椒素能經(jīng)酶法水解轉(zhuǎn)化為香草胺,因此由香草胺生產(chǎn)香草醛的方法很有潛力。Yoshida Aya等人用黑曲霉中的氨氧化酶(AO)通過氨基氧化由香草胺生產(chǎn)香草醛。共三十一頁生物轉(zhuǎn)化(shn w zhun hu)法合成天然2-苯乙醇 2-苯乙醇是一種具有柔和細膩玫瑰氣味的芳香醇，

15、天然存在于玫瑰、茉莉、百合和丁香(dngxing)等多種植物的精油中，這些植物也因含%苯乙醇而芳香怡人。2-苯乙醇的玫瑰香氣頗受人歡迎，是國際香精香料的主流風格，大量應用于玫瑰型及其他類型的香精配方中，在食品和日化用品等領域中均有廣泛應用。 共三十一頁2-苯乙醇生物(shngw)合成的艾氏代謝途徑酵母(jiom)細胞可以通過合成芳香族氨基酸的莽草酸途徑全程合成2-苯乙醇，也可以通過氨基酸分解途徑轉(zhuǎn)化L-苯丙氨酸為2-苯乙醇。L-苯丙氨酸首先在轉(zhuǎn)氨酶作用下生成苯丙酮酸，或在脫羧酶的作用下形成苯乙胺，再脫羧或胺氧化形成苯乙醛，進而生成2-苯乙醇。代謝途徑：共三十一頁常規(guī)發(fā)酵培養(yǎng)液中，酵母全程合成2

16、-苯乙醇最終濃度都非常低，所以，全程合成2-苯乙醇的發(fā)酵方法不是一種經(jīng)濟有效的生產(chǎn)方法，但在培養(yǎng)基中加入L-苯丙氨酸作為酵母生產(chǎn)的唯一氮源，2-苯乙醇的濃度便可以(ky)大大提高。如在L-苯丙氨酸濃度為10g/L，釀酒酵母BD菌株培養(yǎng)18h，轉(zhuǎn)化合成的2-苯乙醇濃度可達4.65g/L。利用馬克斯克魯維酵母CBS600菌株，進行兩相體系轉(zhuǎn)化合成2-苯乙醇，2-苯乙醇濃度可達5.6g/L，轉(zhuǎn)化率高達83%?？梢钥闯觯肔-苯丙氨酸為前體，生物轉(zhuǎn)化法合成2=苯乙醇是實際可行的生產(chǎn)工藝。目前，國際市場上的L-苯丙氨酸基本上都是采用微生物發(fā)酵法或酶法生產(chǎn)，屬于天然原料，大量用于阿斯巴甜的合成，且市場價

17、格便宜，可滿足大規(guī)模生物轉(zhuǎn)化法合成天然2-苯乙醇的需要。共三十一頁前景(qinjng)與展望 利用生物技術生產(chǎn)香料物質(zhì)前景廣闊，與生產(chǎn)天然香料、合成香料相比較，生物技術生產(chǎn)香料有不可比擬(bn)的優(yōu)點。隨著生物技術的不斷發(fā)展，生物技術以香精，香料的工業(yè)生產(chǎn)定會產(chǎn)生十分重要的作用和深遠的影響。共三十一頁由此可見,用生物法制備天然香精香料給香精香料工業(yè)帶來了一次革命性的突破。生物法制備天然香精香料的進一步發(fā)展必將促進廣泛應用高效的綠色生物催化過程改造傳統(tǒng)的化學過程,以解決人類所面臨的資源短缺、能源危機及環(huán)境污染等限制社會和經(jīng)濟發(fā)展的重大問題,也為食品(shpn)添加劑行業(yè)其他天然食品(shpn)添加劑如生物防腐劑、色素等的健康發(fā)展提供了一條良好的借鑒思路。共三十一頁 謝謝(xi xie)！ 共三十一頁內(nèi)容摘要生物技術合成天然香料香精。一些細菌和真菌就能夠?qū)⑽核徂D(zhuǎn)化為香