生物技术合成天然香料香精全解

同时 , 采用植物细胞培养 技术生产香兰素及其系 列化合物时 , 会受到多种 因素影响。外植体、使 用培养基的类型、培养 基中添加的前体物质的 种类和数量、培养期的 温度和光照都会对代谢 物的组成和产量有重要 影响。
三.酶工程
酶工程是利用酶的催化作用生产各种有价值物质的技 术。酶工程是指在一定的生物反应器内，利用酶的催化作 用，将相应的原料转化成有用物质的技术，也是将酶学理 论与化工技术结合而形成的新技术。

二.细胞工程
利用植物细胞、 组织和器官大规模培养技术 ,可以大 量培养香料植物,从而获得高价值的香料。植物细胞培养是 一种令植物细胞在培养基或培养液中生长的技术，使植物 的生长和收成易于控制，免受天气及其他环境因素的影响。
植物香料属于次级代谢物，通常只在已分化的特殊组 织中产生，故在培养植物细胞生产香料时，需靠控制培养 液的成分和培养的环境以提高其次级代谢物的产量
应用实例

在利用植物细胞培养技 术生产香兰素时 , 通过在 培养基中添加一些植物 激素 , 如 2,4- 二氯苯氧乙 酸 (2,4dichlorophenoxyacetic acid,2,4-D) 、 苄 基 腺 嘌 呤 (benzyl adenine,BA) 和 萘 乙 酸 (naphthalene acetic acid,NAA)等,愈伤 组织发生率大大提高 , 而 且所形成的愈伤组织的 继代培养生长较好。
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生物技术合成天然香料香精
杨晨
目录


起源
香料香精
生物技术合成天然香料香精的方法
生物转化法合成天然香兰素


生物转化法合成天然2-苯乙醇
前景与展望
起源

自古以来，人们已在无意识的情况下利用微生物使一些食品更具风味， 如各种酒类、酱、醋和面包等发酵类食品都具有一种自然的清香。到 19世纪末20世纪初，人们才开始认识发酵食品的典型香味与发酵微生 物之间的关系，香味物质乃是微生物生长过程合成的一些代谢产物。 发酵食品中特定的微生物群已决定了该食品所特有的香气，比如奶酪、 酸奶、酱油、啤酒、泡菜等中的味道各有特点。已知有多种微生物， 包括细菌、霉菌和酵母，都可以利用基本的营养成分通过全程合成某 些香料化合物，包括挥发性醇类、酯类、羰基化合物、有机酸、硫化 物、氨基酸类等。
2-苯乙醇生物合成的艾氏代谢途径

酵母细胞可以通过合成芳香族氨基酸的莽草酸途径全程合成2-苯乙醇，也 可以通过氨基酸分解途径转化L-苯丙氨酸为2-苯乙醇。L-苯丙氨酸首先在 转氨酶作用下生成苯丙酮酸，或在脱羧酶的作用下形成苯乙胺，再脱羧或 胺氧化形成苯乙醛，进而生成2-苯乙醇。

代谢途径：
前景与展望

目前世界上香料品种约 6000 多种，全球对香料的需求年增长率超过 4.4%，2008年全球香料香精市场需求量总计超过185.6亿美元。
香料香精

天然香料和合成香料

香料的生产方法有两种，即从天然动植物原料中提取和化学合成，由 此将香料分为两大类，即天然香料和合成香料。
人类进入21世纪，随着生活水平的提高和健康意识的增强，化学合成 香料香精的安全性还是受到人们的怀疑，始终担心它们对健康具有潜 在的危害，所以越来越青睐无污染的天然产品。从动植物原料中提取 的天然香料符合人们这种安全性的需求，但天然动植物香料受原料来 源的限制，其开发和应用受到极大地限制，无法满足人们的这种需要。
利用生物技术生产香料物质前景广阔，与生产天 然香料、合成香料相比较，生物技术生产香料有 不可比拟的优点。随着生物技术的不断发展，生 物技术以香精，香料的工业生产定会产生十分重 要的作用和深远的影响。

由此可见,用生物法制备天然香精香料给香精香 料工业带来了一次革命性的突破。生物法制备 天然香精香料的进一步发展必将促进广泛应用 高效的绿色生物催化过程改造传统的化学过程, 以解决人类所面临的资源短缺、能源危机及环 境污染等限制社会和经济发展的重大问题,也为 食品添加剂行业其他天然食品添加剂如生物防 腐剂、色素等的健康发展提供了一条良好的借 鉴思路。
到目前为止 ,约3000种酶在文献中被报道 ,但只有几百 种可商业化生产 , 且其中仅 20种适合于工业生产过程 , 脂肪 酶、酯酶、蛋白酶、核酸酶和糖苷酯酶，可用于香料化合 物的提取过程,而且还可将大分子前体化合物水解为小分子 香料物质,
利用酶工程 , 可以生成许 多香料的前体物质。应 用这一方法 , 一方面可拓 宽香料的原料来源 , 另一 方面通过寻找廉价的原 料,大大减少生产成本。

1983 年 ,Tien 和 Kirk 从 黄 孢原毛平革菌 中分离出 木质素过氧化物酶 , 并对 其进行定性 , 发现它与木 质素的解聚有关。 1998 年 ,Williamson 等 以 农业废料为原料 , 采用物 理和酶工程相结合的方 法 , 产生香兰素生物合成 的重要前体物质 — 阿魏 酸（ferulic acid）。


阿魏酸（ferulic acid）
四.发酵工程

发酵工程是生物技术的重要组成部分,它将微生物学、生物 化学、化学工程学的基本原理有机地结合起来,是一门利用 微生物的生长代谢活动来生产各种有用物质的工程技术。 该技术是目前生产香料最广泛的生物技术，以工农业废料 为原料,利用微生物可以生产各种天然香料。细菌、霉菌和 酵母菌都可用来生产香兰素、内酯等香料,采用细胞固定化 等技术手段还可以大大提高香料物质的产量。

香料香精

香料是指具有令人愉快的芳香气味，用于调配香精的化合物或混合物， 而香精则是由多种香料调配而成的香气和谐、令人喜爱的混合物。香 料香精不是直接消费品，而是添加在其他产品中的配套原料。

香料香精广泛配套使用于食品、饮料、酒类、卷烟、日化、医药、饲 料以及纺织和皮革等工业，其加入量虽不大，但对产品的质量和档次 极为重要。

生物转化法合成香兰素

香兰素，即香草醛，化学名为3-甲氧基-4- 羟基苯甲醛，是一种以奶 油甜香味为特征的风味物质，广泛用于冰淇淋、巧克力和乳制甜点 等食品中，堪称世界上使用最广的增香剂。

许多细菌、霉菌和酵母菌都可用来生产香兰素 ,一些微生物以阿魏酸、 丁子香酚、异丁子香酚、香草醇、香草胺、松柏醇、藜芦醇等化合 物为前体,经发醇可获得香兰素。

生物技术合成天然香料香精的方法
基 因 工 程

细 胞 工 程

酶 工 程

发 酵 工 程

一.
基因工程
基因工程（ genetic engineering ）又称基因拼接技术和 DNA重组技术。所谓基因工程是在分子水平上对基因进行 操作的复杂技术，是将外源基因通过体外重组后导入受体 细胞内，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表 达的操作。
生物转化法合成天然2-苯乙醇

2-苯乙醇是一种具有柔和细腻玫瑰气味的芳香醇，天然存在于玫瑰、 茉莉、百合和丁香等多种植物的精油中，这些植物也因含%"苯乙醇而 芳香怡人。2-苯乙醇的玫瑰香气颇受人欢迎，是国际香精香料的主流 风格，大量应用于玫瑰型及其他类型的香精配方中，在食品和日化用 品等领域中均有广泛应用。
利用基因工程技术，改良香料植物的基因性状，培养出高 产香料物质的植物细胞株。
应用实例

日本山形县工业技术中心采取突变法，将产香能力强的遗传因子导人 酵母菌中，经过两年时间培育出了新酵母菌。用这种新酵母菌酿制葡 萄洒及一些果酒 ,可提高酒中乙酸异戊酯等 7种香气的含量，使酒味香 气浓郁。 通过基因工程将牛肉风味肽的基因附在α-factor载体上在酵母细胞中表 达 ,所生产出来的酵母抽提物中含有较高浓度的风味牛肉肽 ,即可利用 酵母进行发酵生产牛肉风味肽。将脱苦蛋白酶和风味醛氧化酶对应基 因在菌体中克隆并成功表达,可利用建造的基因工程菌排去干酪香料中 的不良风味.


天然和合成的价格差异激发了众多针对这些有价值的香料化合物而进 行生物转化工艺开发的研究，就是要利用微生物细胞或酶转化天然前 体或全程合成（发酵）来生产各种天然香料。

所谓生物技术，就是利用有机体(微生物或高等动植物)或组成部分(器 官、组织或细胞)，发展新产品或新工艺得一种技术体系。主要包括基 因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等技术。由香料工业国际组织 对 由香料工业国际组织对天然香料的定义可知，利用酶、微生物发酵技 术生产的香料属天然香料，运用生物工程和化学化工技术、分离分析 技术相结合，为天然香精香料的制备开辟了新的发展途径，其应用前 景广阔。用生物技术制备天然食用香料主要有以下几种方法：
许多细菌和霉菌都具有合成芳香化合物的能力。如枯草芽孢杆菌能够 全程合成吡嗪类物质，从而赋予酱油、豆豉、豆瓣酱和酱香型 白酒特 有的香味 。拟孢长喙壳菌能产生多种带有果味花香的萜烯类化合物； 念珠长喙壳菌能产生包括乙酸异丁酯、乙酸异戊酯、香茅醇和香叶醇 等多种香气物质；哈茨木霉 菌株能有效地形成具有椰子味的内酯6-戊 基-α-吡喃酮。