微生物轉(zhuǎn)化丙烯基笨產(chǎn)生天然香料課件

1、微生物轉(zhuǎn)化丙烯基苯產(chǎn)生天然香料鄭松彬微生物轉(zhuǎn)化丙烯基苯產(chǎn)生天然香料背景介紹丙烯基苯代謝機制的探索采用生物技術生產(chǎn)香料的一些進展前景與展望香料在食品、飲料及化妝品工業(yè)中大量被使用，每年全世界的香料市場達到180億美元（2006），而且在逐年平穩(wěn)增長中。當今世界市場上大多數(shù)的香料均由化學法合成，只有少于5%可稱為天然的香料是從植物中提取到。采用不同方法生產(chǎn)的香料的價格差別非常大，以香草醛為例：從香蘭豆中提取的香草醛價格在0.220.25g/ 1美元之間，而由化學法從鄰甲氧基苯酚合成的香草醛則大約為66.7g /1美元。 根據(jù)美國FDA和歐洲的法律規(guī)定，用生物技術方法產(chǎn)生的香料，如果用于生產(chǎn)的最初原

2、料是天然的，也可視為天然香料，所以許多的研究開始聚焦在采用生物技術方法來生產(chǎn)香精和香料。當前香料生產(chǎn)中存在的問題：當前的香料生產(chǎn)主要以化學合成法為主，由于這常會導致一些有環(huán)境有害的產(chǎn)物的生成，而且由于缺乏底物的專一性，會導致形成一些不需要的反應復合物，這會降低生產(chǎn)的效率和增加下游提取工藝的成本。此外，根據(jù)歐洲的立法，采用化學法合成的香料在食品、飲料和化妝品中的應用是受到限制的。 從植物中直接提取香料的做法存在很多問題。植物中我們所需要的化合物的濃度一般是很低的，這使用提取的工藝成本很高，而產(chǎn)量也是受到天氣及病害的影響。所以，天然香料不能滿足巨大市場的需求，尋找另外的資源勢在必行。采用生物技術生

3、產(chǎn)香料：優(yōu)點：相對溫和的反應條件； 高的底物特導性的產(chǎn)品的單一性； 較小的環(huán)境污染。方法：通過植物組織； 通過分離到的酶； 通過微生物。酶和微生物催化在底物的選擇性和產(chǎn)品的單一性上具有優(yōu)勢，產(chǎn)品也更容易分離得到，所以這也是被認為更有潛力的一種策略。微生物轉(zhuǎn)化丙烯基苯產(chǎn)生天然香料背景介紹丙烯基苯代謝機制的探索采用生物技術生產(chǎn)香料的一些進展前景與展望丙烯基苯是一種具有不同取代基團的芳香族化合物，作為起始化合物用于生產(chǎn)各種香料，它能通過物理方法從植物油中萃取。 丙烯基苯對于大多數(shù)的微生物來說是有毒害作用的，但最近報道稱某些微生物能將丙烯基苯轉(zhuǎn)化為高值的香料。例如，從丁香樹Syzygium aroma

4、ticum精油萃取的丁香酚和異丁香酚能被轉(zhuǎn)化為香蘭素。許多研究開始聚焦在這個過程的中間媒介以及關鍵酶的分離，以闡明丙烯基苯的代謝機制。 丙烯基苯的微生物代謝：環(huán)氧二醇途徑：曲霉菌屬、紅球菌屬、棒狀桿菌屬、假單胞菌屬、克雷伯菌屬、腸桿菌屬、沙雷氏菌屬、芽胞桿菌屬和節(jié)桿菌屬的一些微生物可以催化丙烯基苯側(cè)鏈的氧化，這是香蘭素、松柏醇、松柏醛以及其他在重要的產(chǎn)品生產(chǎn)的第一步。 研究認為，1-丙烯基苯和2-丙烯基苯都是通過環(huán)氧化物二醇途徑代謝的，這也意味著一個環(huán)氧化物結(jié)構(gòu)和一個二醇結(jié)構(gòu)存在于代謝途徑中1-丙烯基苯總是通過苯甲酸取代進行生物轉(zhuǎn)化，而2-丙烯基苯則先變成丙烯酸，產(chǎn)生相應的苯乙烯酸衍生物。 1

5、-丙烯基笨：異丁香酚和茴香醚 在枯草牙胞桿菌HS中確認 在短小牙胞桿菌S-1中確認 從惡臭假單胞菌中純化到酶 2-丙烯基笨：丁香酚幾種代謝中間產(chǎn)物被發(fā)現(xiàn) 從紅球菌屬分離到氧化酶 微生物轉(zhuǎn)化丙烯基苯產(chǎn)生天然香料背景介紹丙烯基苯代謝機制的探索采用生物技術生產(chǎn)香料的一些進展前景與展望香草醛（C8H8O3，4-羥基-3-甲氧基-苯甲醛），在世界市場上最重要的香料，每年的需求量超過12000噸，然而超過80%的香草醛是由化學方法合成。通過生物技術的方法生產(chǎn)香草醛已經(jīng)被廣泛地研究，也嘗試了幾種底物，如阿魏酸、丁香酚、異丁香酚、香草酸、木質(zhì)素甚至葡萄糖。在這幾種底物中，經(jīng)阿魏酸轉(zhuǎn)化得到的香草醛的產(chǎn)量最高，接

6、近20g/l，摩爾產(chǎn)率比其他的高50%。 然而，用于反應的阿魏酸不是從天然原料得到的，而且用該方法得到的香草醛也不能列入天然品。也有一些實驗嘗試用玉米糠和甜菜槳用酶法生產(chǎn)阿魏酸，但由于獲得的阿魏酸的產(chǎn)量太低，而無可行性。微生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)香草醛在許多微生物轉(zhuǎn)化過程中，只有微量的香草醛被累積。通過假單胞菌HR199和渾濁紅球菌PD630催化丁香酚的生物轉(zhuǎn)化過程中，阿魏酸、香草酸或松柏醇是主要產(chǎn)物。為了提高香草醛的產(chǎn)量，有人引入了代謝工程，從簡青霉素中得到香草醇氧化酶基因，然后在渾濁紅球菌PD630和無枝酸菌HR167，再引入從假單胞菌HR199菌株的松柏醇脫氫酶(calA)和松柏醛脫氫酶(calB)

7、，經(jīng)重組獲得的菌株能轉(zhuǎn)化丁香酚為阿魏酸，然后再轉(zhuǎn)化為香草醛，從而建立了香草醛的生產(chǎn)過程。酶催化法生產(chǎn)香草醛通過酶催化轉(zhuǎn)化丁香酚和異丁香酚是生產(chǎn)香草醛的另外一個微生物途。苯乙烯雙加氧酶、香草醇氧化酶（脫氫酶）和脂氧化酶均有報道。 甲氧甲酚和vanillylamine被轉(zhuǎn)化為香草醇，然后在香草醇氧化酶的催化下變成香草醛。 從大豆中提取到一種能轉(zhuǎn)化異丁香酚為香草醛的天然酶制劑，加入活性碳和過氧化物H2O2后，香草醛的產(chǎn)量為2.46g/l，摩爾轉(zhuǎn)化率為13.3%。 從丙烯基苯得到的其他香料產(chǎn)品近年來，香草醛吸引了大部分的注意力。然而，還有其他的由生物轉(zhuǎn)化丙烯基苯得到的香料產(chǎn)品，包括茴香醛、茴香醇、松柏

8、醛、松柏醇。例如，有報道使用突變的Arthrobacter globiformis DSM3597轉(zhuǎn)化丁香酚可得到1.25g/l的松柏醛。盡管現(xiàn)在對這些香料的需要量還不大，但它們還是代表了一些有潛在市場價值的香料產(chǎn)品微生物轉(zhuǎn)化丙烯基苯產(chǎn)生天然香料背景介紹丙烯基苯代謝機制的探索采用生物技術生產(chǎn)香料的一些進展前景與展望挑戰(zhàn)：大多數(shù)的微生物轉(zhuǎn)化的產(chǎn)量和濃度都比較低，以至生物技術轉(zhuǎn)化工藝缺少可行性。前景： 1、經(jīng)基因改良，可能產(chǎn)生具有更高催化活性的菌株，采用分子技術直接進行關鍵酶的移植是將來提高產(chǎn)量的一個重要的工具 。一個很好的例證通過重建一個缺乏內(nèi)酯降解的?；o酶A氧化酶活性的菌株，生產(chǎn)的菌株只是輕微的改變，但相對于野生型菌株 癸內(nèi)酯的產(chǎn)量卻是十倍地增加。 2、工藝優(yōu)化將會是另外一個重要的方向。如