利用生物技术合成香料的研究现状与发展趋势.ppt

利用生物技术合成香料的研究现状与发展趋势,香精香料在食品生产中起着重要的作用,近年来人们由于健康的增强更倾向于使用天然产品,对天然香料的需求也大大增加了。由于合成香料与天然香料的价格相差较大,这使得寻找其他生产天然香味物质的方法成为必须。,近年来，生物工程在香料香精的合成中扮演了重要的角色，以下将简要介绍其研究现状与发展趋势,生物技术合成方法,发酵工程 酶工程 细胞工程 基因工程,A.发酵工程（Fermentation Engineering ）,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。,在香兰素（vanillin）合成中的应用,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。,香兰素具有浓烈奶香气息，广泛运用于各种需要增加奶香气息的调香食品中，如蛋糕、冷饮、巧克力、糖果；还可用于香皂、牙膏、香水、橡胶、塑料、医药品。,在内酯（internal ester ）合成中的应用,内酯是羟基脂肪酸分子经过分子内酯化形成的化合物,具有浓郁的香气,在各种具有水果味、可可味、奶酪味、甜味及坚果味的食品中都曾分离到。 为了生产一些重要的内酯,工业上采用一些生物转化法,如用微生物合成-癸内酯就是一个很好的例子。,B.酶工程（enzyme engineering）,酶工程是利用酶的催化作用生产各种有价值物质的技术。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,一个很好的例子是酯水解反应的逆反应即利用脂肪酶在非水相中的酯化反应,这些性水解和转酯反应。,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Phanerochaete chrysospori-um（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）。,黄孢原毛平革菌,阿魏酸（ferulic acid）。,C.细胞工程（cell engineering）,细胞工程包括细胞融合技术、动物细胞工程和植物细胞工程等内容。植物细胞工程主要是指植物细胞培养(又称为植物组织培养),基本理论依据是细胞学说和细胞具有潜在的“全能性”的理论。植物细胞培养至今已有80多年的历史,利用植物细胞培养发酵具有广阔的应用前景。,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(2,4-dichlorophenoxyacetic 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。,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。,D.基因工程（genetic engineering）,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。 基因工程可以对某些微生物(如大肠杆菌、芽孢杆菌、酵母菌)的一个基因进行转移和表达,由此可增加某种特定酶的产量,进而提高目的物的产量,基因工程在药物生产和农作物改良上已取得许多重大成果,而在香精香料工业上的应用还很少。,通过基因工程将牛肉风味肽的基因附在-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.,Wachey等人为了抑制菌体在转化蓖麻油为-癸内酯的过程中的细胞生长,采用一株尿嘧啶缺陷型的基因工程菌(Yarrowia lipolytica),菌株在不含有尿嘧啶的培养基中进行生物转化蓖麻油酸甲酯,菌体生长受到抑制,转化率比原菌株提高了1020倍。,生物技术合成香料的未来与发展趋势,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