生物技術(shù)合成天然香料香精課件

生物技術(shù)合成天然香料香精楊晨目錄起源香料香精生物技術(shù)合成天然香料香精的方法生物轉(zhuǎn)化法合成天然香蘭素生物轉(zhuǎn)化法合成天然2-苯乙醇前景與展望起源自古以來(lái)，人們已在無(wú)意識(shí)的情況下利用微生物使一些食品更具風(fēng)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(jì)末20世紀(jì)初，人們才開(kāi)始認(rèn)識(shí)發(fā)酵食品的典型香味與發(fā)酵微生物之間的關(guān)系，香味物質(zhì)乃是微生物生長(zhǎng)過(guò)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(diǎn)。已知有多種微生物，包括細(xì)菌、霉菌和酵母，都可以利用基本的營(yíng)養(yǎng)成分通過(guò)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(jī)酸、硫化物、氨基酸類等。許多細(xì)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特有的香味。擬孢長(zhǎng)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(zhǎng)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-α-吡喃酮。香料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、令人喜愛(ài)的混合物。香料香精不是直接消費(fèi)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等工業(yè)，其加入量雖不大，但對(duì)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(zhǎng)率超過(guò)4.4%，2008年全球香料香精市場(chǎng)需求量總計(jì)超過(guò)185.6億美元。香料香精天然香料和合成香料香料的生產(chǎn)方法有兩種，即從天然動(dòng)植物原料中提取和化學(xué)合成，由此將香料分為兩大類，即天然香料和合成香料。人類進(jìn)入21世紀(jì)，隨著生活水平的提高和健康意識(shí)的增強(qiáng)，化學(xué)合成香料香精的安全性還是受到人們的懷疑，始終擔(dān)心它們對(duì)健康具有潛在的危害，所以越來(lái)越青睞無(wú)污染的天然產(chǎn)品。從動(dòng)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(dòng)植物香料受原料來(lái)源的限制，其開(kāi)發(fā)和應(yīng)用受到極大地限制，無(wú)法滿足人們的這種需要。天然和合成的價(jià)格差異激發(fā)了眾多針對(duì)這些有價(jià)值的香料化合物而進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化工藝開(kāi)發(fā)的研究，就是要利用微生物細(xì)胞或酶轉(zhuǎn)化天然前體或全程合成（發(fā)酵）來(lái)生產(chǎn)各種天然香料。所謂生物技術(shù)，就是利用有機(jī)體(微生物或高等動(dòng)植物)或組成部分(器官、組織或細(xì)胞)，發(fā)展新產(chǎn)品或新工藝得一種技術(shù)體系。主要包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程和發(fā)酵工程等技術(shù)。由香料工業(yè)國(guó)際組織對(duì)由香料工業(yè)國(guó)際組織對(duì)天然香料的定義可知，利用酶、微生物發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)的香料屬天然香料，運(yùn)用生物工程和化學(xué)化工技術(shù)、分離分析技術(shù)相結(jié)合，為天然香精香料的制備開(kāi)辟了新的發(fā)展途徑，其應(yīng)用前景廣闊。用生物技術(shù)制備天然食用香料主要有以下幾種方法：一.基因工程基因工程（geneticengineering）又稱基因拼接技術(shù)和DNA重組技術(shù)。所謂基因工程是在分子水平上對(duì)基因進(jìn)行操作的復(fù)雜技術(shù)，是將外源基因通過(guò)體外重組后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)，使這個(gè)基因能在受體細(xì)胞內(nèi)復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯表達(dá)的操作。利用基因工程技術(shù)，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(xì)胞株。

二.細(xì)胞工程

利用植物細(xì)胞、組織和器官大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù),可以大量培養(yǎng)香料植物,從而獲得高價(jià)值的香料。植物細(xì)胞培養(yǎng)是一種令植物細(xì)胞在培養(yǎng)基或培養(yǎng)液中生長(zhǎng)的技術(shù)，使植物的生長(zhǎng)和收成易于控制，免受天氣及其他環(huán)境因素的影響。植物香料屬于次級(jí)代謝物，通常只在已分化的特殊組織中產(chǎn)生，故在培養(yǎng)植物細(xì)胞生產(chǎn)香料時(shí)，需靠控制培養(yǎng)液的成分和培養(yǎng)的環(huán)境以提高其次級(jí)代謝物的產(chǎn)量

三.酶工程酶工程是利用酶的催化作用生產(chǎn)各種有價(jià)值物質(zhì)的技術(shù)。酶工程是指在一定的生物反應(yīng)器內(nèi)，利用酶的催化作用，將相應(yīng)的原料轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)的技術(shù)，也是將酶學(xué)理論與化工技術(shù)結(jié)合而形成的新技術(shù)。到目前為止,約3000種酶在文獻(xiàn)中被報(bào)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(guò)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(guò)程,而且還可將大分子前體化合物水解為小分子香料物質(zhì),利用酶工程,可以生成許多香料的前體物質(zhì)。應(yīng)用這一方法,一方面可拓寬香料的原料來(lái)源,另一方面通過(guò)尋找廉價(jià)的原料,大大減少生產(chǎn)成本。1983年,Tien和Kirk從黃孢原毛平革菌中分離出木質(zhì)素過(guò)氧化物酶,并對(duì)其進(jìn)行定性,發(fā)現(xiàn)它與木質(zhì)素的解聚有關(guān)。1998年,Williamson等以農(nóng)業(yè)廢料為原料,采用物理和酶工程相結(jié)合的方法,產(chǎn)生香蘭素生物合成的重要前體物質(zhì)—阿魏酸（ferulicacid）。

阿魏酸（ferulicacid）

四.發(fā)酵工程發(fā)酵工程是生物技術(shù)的重要組成部分,它將微生物學(xué)、生物化學(xué)、化學(xué)工程學(xué)的基本原理有機(jī)地結(jié)合起來(lái),是一門利用微生物的生長(zhǎng)代謝活動(dòng)來(lái)生產(chǎn)各種有用物質(zhì)的工程技術(shù)。該技術(shù)是目前生產(chǎn)香料最廣泛的生物技術(shù)，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。細(xì)菌、霉菌和酵母菌都可用來(lái)生產(chǎn)香蘭素、內(nèi)酯等香料,采用細(xì)胞固定化等技術(shù)手段還可以大大提高香料物質(zhì)的產(chǎn)量。生物轉(zhuǎn)化法合成香蘭素香蘭素，即香草醛，化學(xué)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(fēng)味物質(zhì)，廣泛用于冰淇淋、巧克力和乳制甜點(diǎn)等食品中，堪稱世界上使用最廣的增香劑。許多細(xì)菌、霉菌和酵母菌都可用來(lái)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。

2-苯乙醇生物合成的艾氏代謝途徑酵母細(xì)胞可以通過(guò)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(guò)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