Ваниллин, что это?

Ваниллин, 3- метакси -4- гидроксибензальдегид, является основным ингредиентом ванильной фасоли, родом из мексики, является широкий спектр высокого вкуса. Ванилин широко встречается в природе, например, во многих эфирных маслах и растениях, таких как лимонграс Ява, бензоин, перуанский бальзам, зубчатые почки, ванильные стручки и т.д. Он также используется в качестве ингредиента ванилина, который был найден во многих других эфирных масел и растений. Из-за небольшого количества и высокой цены природного ванилина, добываемого из растений, трудно удовлетворить рыночный спрос. Таким образом, ванилин стал первым ароматом, синтезированным человеком, который был успешно синтезирован доктором м. халльманом и доктором г. тиманом из германии в 1874 году. Молекулярная формула C 8H 8 O3, молекулярный вес 152.15, температура плавления 81~83, кристаллы, похожие на желтые иглы, с ароматом ванили и богатым молочным вкусом, химическая структура:

Как самый важный съедобный вкус, ванилин является своего рода съедобный аромат вкуса ванили и богатый молочный вкус, который является незаменимым важным сырьем в пищевой промышленности добавок и самый большой синтетический вкус в мире. Он широко используется во всех видах продуктов питания, табачных изделий, зубной пасты, парфюмерии, косметике и ежедневных химических веществ, а также может быть применен к резине, пластмассам и фармацевтическим препаратам. Ванилин широко используется в производстве фармацевтических полуфабрикатов в зарубежных странах. В настоящее время годовое потребление ванилина на мировом рынке составляет 16000~20000 тонн [1], что широко используется в различных пищевых продуктах, которые нуждаются в увеличении аромата молока, особенно основного источника ванильного вкуса, в соответствии со стандартом FCCIV.

В китае ванилин применяется главным образом в качестве пищевых добавок, однако в последние годы его применение в области медицины также расширяется, что стало наиболее перспективной областью применения ванилина. В настоящее время распределение внутреннего потребления ванилина является следующим: пищевая промышленность составляет 55%, фармацевтические полуфабрикаты — 30%, корма, флаворильные агенты — 10%, косметика и так далее — 5%, а годовое потребление ванилина в китае находится в диапазоне 2000 ~ 2500 тонн [2]. В настоящем документе в основном рассматриваются три вида технологии подготовки ванилин и дается обзор будущего направления развития технологии ванилин.

1 обзор технологии подготовки ванилина

На рынке имеются два вида ванилина — синтетический ванилин и природный ванилин. Синтетический ванилин представляет собой ванилин, получаемый путем химического синтеза обычных ископаемых сырьевых материалов. Существует почти 10 методов химического синтеза ванилина, со стабильными источниками сырья и технологией производства, достаточным предложением и низкой рыночной ценой около нас$15 за килограмм, это стало основным методом производства ванилина на рынке, и 90% рынка в настоящее время синтетический ванилин. Производственный процесс синтетического ванилина стабилен, сырье и механизм реакции прозрачны, основные примеси могут быть обнаружены и контролироваться; Конечно, продукт имеет единый аромат и не имеет сложного аромата природного ванилина, а производственный процесс подвержен загрязнению окружающей среды и другим проблемам.

Природный ванилинНапример, из-за различий в международных и внутренних правилах и терминах для натуральных ароматизаторов в последние годы Соединенные Штаты определяют естественные ароматизаторы как ароматизаторы, получаемые от растений, животных или микроорганизмов, в качестве сырья физическими методами, биотехнологическими методами или мягкими химическими методами с использованием натурального сырья. Например, в соединенных штатах под естественными вкусами понимаются вкусы, получаемые от растений, животных или микроорганизмов с помощью физических, биотехнологических или мягких химических средств. В китае и европейском союзе под естественными вкусами понимаются только те, которые получены от растений, животных или микроорганизмов с помощью физических или биотехнологических средств или традиционных пищевых процессов.

По этой причине в соответствии с методами, определенными в правилах китая и ес, существуют два вида технологий производства природного ванилина: (1) метод экстракции; (2) биологический метод (который может быть разделен на метод микробной ферментации, метод растительной клеточной культуры и метод фермента). В дополнение к двум вышеуказанным видам технологии производства природного ванилина, определенным в правилах США, существует также третий тип: (3) мягкая химия (производство природного эквивалента ванилина) с природным сырьем. Под мягкой химией подразумевается, что в подготовительных реакциях не используются ни биокаталисты, ни твердые или каустические химические вещества; К химическим реакциям, которые могут быть осуществлены, относятся гидролиз, окисление, конденсация, добавление, перегруппировка и меладические реакции. Могут быть также скорректированы такие условия реакции, как pH, и реакции могут осуществляться в органических растворителях, кислороде или других средах. В целом, природный ванилин, как он определен в правилах США, признается естественным ванилином, когда его естественность достигает 95%, как это определено анализом нестабильного изотопа 14с.

Самая традиционная технология производства природного ванилина — это экстракция и моноизоляция. Ванильный фасоль называется "королева специй", натуральный ванильный фасоль содержит около 2% ванилина, который имеет уникальный аромат, который не может быть осложнен искусственными методами, и высокое значение натуральный ванилин может быть получен после экстракции растворителем (обычно этанолом). Природный ванилин может быть получен путем экстракции растворителя (обычно этанола). Природный ванилин также может быть получен с помощью технических средств физической моноизоляции после обогащения природного сырья, содержащего ванилин. Добыча изолированного ванилина из природного ванилина является чрезвычайно дорогостоящей из-за ограниченной площади выращивания ванили, климатически зависимой урожайности и трудоемкой природы природного ванилина, который продается по цене до 4000 долларов США за килограмм, что примерно в 300 раз выше, чем синтетический ванилин [3].

Другой признанной технологией для производства природного ваниллина является биологический метод (который можно разделить на микробную ферментацию, растительную клеточной культуры и фермент метод). Биологический метод может готовить природный ванилин, и имеет преимущества меньшего загрязнения, чистого производства и безопасности. В последние годы люди#39. Концепция здорового потребления "возвращение к природе" способствовала диверсификации потребительского рынка, в результате чего подготовка природного ванилина с помощью биотехнологии стала горячей точкой научных исследований внутри страны и за рубежом. Производство ванилина с помощью биотехнологии имеет свои преимущества в Том, что сырье является натуральным, дешевым и легким в получении, процесс производства является чистым и свободным от загрязнения, быстрым и эффективным, поэтому использование биотехнологии для производства природного ванилина стало новым каналом, достойным поощрения [4]. Использование биотехнологии для производства природного ванилина стало новым каналом, заслуживающим поощрения [4]. Вместе с тем основными факторами, влияющими на высокую цену природного ванилина, являются также пути достижения высокой урожайности, необходимой для промышленного производства, и пути упрощения и повышения экономичности процесса сортировки и очистки конечной продукции в целях получения более высоких экономических выгод.

2 синтетические химические методы подготовки ванилина

В настоящее время для производства ванилина могут использоваться следующие методы синтетической химической подготовки, включая метод гуаяколя (который можно разделить на метод гуаяколя-диметиланилина и метод гуаяколя-гликсилата), метод лигнина, метод сафрола, метод эугенола, метод p- гидроксибензальдегида, метод p- кресола и электрохимический метод; Первым синтетическим процессом производства ванилина был в основном метод гуаяколь-диметиланилин, в связи с загрязнением и токсичностью производственного процесса, в настоящее время основной производственный процесс был изменен на метод гуаяколь-гликсилат, условия реакции которого легче контролировать, с высокой урожайностью, меньшим количеством отходов и удобными методами последующей обработки. В связи с загрязнением и токсичностью производственного процесса основной производственный процесс был изменен на метод гуаяколь-гликсалиновая кислота, который легче контролировать условия реакции при высокой урожайности, меньшем количестве отходов и удобном процессе последующей обработки, и в настоящее время используется тремя иностранными производителями ванилин, а именно родией франции, боллингером норвегии и юбе японии.

2.1 метод гуаяколя

В настоящее времяСинтез ванилина из гуаяколяВсегда была основной технологией промышленного производства ванилина, и существуют два успешных метода синтеза, а именно метод нитросила и метод гликсилата.

2.1.1 маршрут нитросо

Гуаяколь и формальдегид (или urotropin) при наличии p- нитродиметиланиловой гидрохлоридной конденсации, гидролиза для производства ванилина, продуктов экстракционной конденсации бензола, первой дистилляции, кристаллизации толуола, вторичной дистилляции, кристаллизации воды для получения готовой ваниллиновой продукции уравнение реакции выглядит следующим образом: рис. 1.

Сырье, используемое в этом методе, является сложным, а качество продукции нестабильным, урожайность низкая (как правило, 55%~60%), а производственный процесс требует большого количества высокотоксичных вспомогательных сырьевых материалов, таких как диметиланилин, формальдегид, нитрит натрия, бензол и т.д. Сброшенная жидкость содержит нитрозные соединения, аминосоединения, альдегидные соединения и полимеры. Сброшенные сточные воды содержат нитрозные соединения, аминосоединения, альдегидные соединения, полимеры и т.д. Сточные воды не поддаются биохимической обработке, и не существует экономических и эффективных мер по их очистке, поэтому загрязнение окружающей среды является чрезвычайно серьезным. Она уже давно ликвидирована в зарубежных странах, и используется лишь небольшой объем отечественного производственного потенциала, который может быть ликвидирован.

2.1.2 маршрут гликсалата

Гуайаколь и гликсилат могут производить 3- метакси -4- гидроксиманделическую кислоту при щелочном нагревании, а кислота окисляется для получения 3- метакси -4- гидроксиацетофенона в присутствии катализатора и кислорода, после чего подкисление и декарбоксиляция могут получить сырую ванилин. Уравнение реакции показано на рис. 2.

Процесс подготовки ванилина методом гликсалиновой кислоты был впервые успешно освоен французской родией в 1970 - х годах, сырья, используемого в этом методе мало, условия просты в контроле, качество продукции является стабильным и урожайность высока (как правило, около 70%), сырье и вспомогательные материалы, используемые в производственном процессе в основном низкой токсичности и нелетучих гликсалической кислоты, производственные условия хорошие, А жидкость из отходов может быть обработана биохимической обработкой. С успешной индустриализацией синтеза гуаяколя методом катеххол в китае и снижением цены на гуаяколь в китае также активизируются исследования и разработки по подготовке и отбору катализатора, окислению и экстракции этого метода. В последние годы на трех крупнейших отечественных предприятиях по производству ванильного раствора — чжэцзян цзясин чжунхуа химический завод и цзилинский нефтехимический ванильный завод — технология гликсалиновой кислоты заменила метод нитросо в качестве основного производственного процесса по синтезу ванильного раствора в китае [2]. В последние годы технология glyoxylate заменила метод nitroso на трех крупнейших отечественных предприятиях по производству ваниля — чжэцзян цзясин чжунхуа химический завод и джилинский нефтехимический ванильный завод, чтобы стать основным производственным процессом по синтезу ванилина в китае [2].

2.2 метод линьнина

Лигнин поступает из широкого круга источников, и его содержание огромно в отходах древесины, золе грязи, жидких отходах целлюлозы и виноградных липах, и он в основном существует в форме лигносульфоната. Лигносульфонат гидролизируется в щелочном состоянии, затем окисляется при высоких температурах и высоком давлении, часть лигнина преобразуется в ванилин, затем извлекается в ванильную натриевую соль путем подкисления и экстракции, а затем передается в ряд реакций, таких как подкисление SO2 и рекристаллизация воды, для получения чистого ванилина. Уравнение реакции показано на рис. 3 ниже.

Метод лигнина уже давно используется для производства ванилина на двух крупных бумажных предприятиях в соединенных штатах и канаде, но недостатки этого метода очевидны: низкая урожайность (10%~15%), большие выбросы трех видов отходов и серьезное загрязнение; Качество ванилиновой продукции находится на низком уровне, и производимый ванилин содержит большое количество тяжелых металлов, которые не могут быть использованы в пищевой и фармацевтической промышленности, а метод лигнина ваниллина был резко сокращен в 1990 - х годах#39; с. Метод лигнина ваниллина широко используется в бумажной промышленности в соединенных штатах и канаде.

2.3 метод сафрола

Природный сафрол из различных камфорных масел и камфорных масел был изомеризирован и окислен до жасмонического алдегида в щелочных условиях, а затем взаимодействовал с пcl5 для получения протокатехического алдегида [5] и, наконец, метилировался диметилсульфатом ((CH3)2 SO4) или галометаном для получения смеси ванилина и изокарбоксилина, а затем отделялся путем использования различной растворимости этих двух веществ в щелочном растворе. Уравнение реакции показано на рис. 4 ниже.

Выход этого метода ограничен, поскольку источник сафрола очень ограничен, а путь синтеза относительно длинный и сложный, а побочные продукты, такие как изованиллин и изоэтилваниллин, вырабатываются, а выход продукта низок.

2.4 метод эугенола

Евгенол является основным компонентом гвоздичного масла (85%~90%). Ваниллин может быть получен путем изомеризации эугенола до изоугенола с прочной основой, затем окисления и кислотности [6], и уравнение реакции показано на рис. 5.

Гвоздичное масло также дорого и ограничено в производстве из-за его ограниченной доступности и цене, но как природный эквивалент вкуса в концепции мягкой химии, это хорошее дополнение к природному ванилину.

2.5 п-кресол, п-гидроксибензальдегидный метод

Этот метод представляет собой недавно разработанный технологический маршрут [7], первоначально разработанный даляльским технологическим университетом, маршрут p-hydroxybenzaldehyde, являющийся предметом более углубленных исследований в китае, основное внимание в исследованиях уделяется сырю p- кресола, p-hydroxybenzoaldehyde получают из p- hydroxybenzyldehyde после окислении легкодоступных p- hydroxybenzyldehyde, p- hydroxybenzyldehyde бромируется в 3- бром4 - гидроксибензилалдегида в хлороформе, А затем отреагировал метанолом натрия при высокой температуре (100~110 гранат) в условиях действия катализатора cuo для получения ванилина 1,5 ~2 ч, урожайность может быть в целом получена. Затем, используя N,N- диметилформатид (DMF) в качестве растворителя и катализатора CuO, реакция с метанолом натрия при высокой температуре (100~110 градусов) была проведена в течение 1,5 ~2 ч для получения ванилина, и выход мог достичь 90%, и уравнение реакции показано на рис. 6 ниже.

Этот маршрут имеет преимущества короткого процесса, меньше отходов, небольшие инвестиции, простой и легкий в получении сырья, брома может быть переработан и не потребляется и т.д. Между тем, отечественное производство p-cresol составляет около 80% мирового производства#39;s производства, и более 20 известных университетов и научно-исследовательских институтов в китае были очень активны в исследовании этого процесса, и считают, что это в большей степени соответствует внутренней ситуации. По сравнению с процессом производства гликсалиновой кислоты некоторые эксперты считают, что процесс p- кресола потребляет только толуол, серную кислоту, каустическую соду, метанол (менее 0,2 т) и кислород и что бром рециркулируется и должен пополняться лишь в небольших количествах и что эти сырьевые материалы легко получить и недорого. С другой стороны, в процессе гликсалата используется более десяти видов сырья, многие из которых трудно найти, и лишь на долю гликсалиновой кислоты приходится значительная часть затрат. Между тем, общий объем трех видов отходов, образующихся в результате этого процесса, составляет лишь 1/20 от объема отходов, образующихся в результате процесса гликсалата, который реально обеспечивает экологически чистое производство. Однако этот метод все еще сопряжен с многочисленными трудностями: сложная работа, реактор высокого давления и жесткие условия реакции; И проблемы безопасности при окислении, все эти препятствия влияют на продвижение p- кресольного процесса, и в настоящее время производство ванилина с помощью этого метода не является промышленно развитым.

2.6 методы органического электрохимического синтеза

Органический химический синтез ванилина также основан на гуаяколе и гликсилате в качестве сырья, первые два конденсационного синтеза 3- метакси -4- гидроксифенилгликолической кислоты, разница в Том, что промежуточное окисление не окисляется опасными окислителями, а электролитическое окисление для получения 3- метакси -4- гидроксифенилгликолической кислоты, а затем подкисление и декарбоксиляция для получения ваниллина [8], уравнение реакции выглядит следующим образом, рис. 7.

Нет необходимости добавлять катализаторы и окислители в этот метод, и нет необходимости отделять гуанакольную карбониловую карбониловую кислоту (соль), образуемую в реакции, после добавления сильной кислоты, чтобы настроить раствор реакции на слабую кислотность, декарбоксиляция получит ваниллин сырой, а затем продукт высокой чистоты будет очищать. Метод электролитического окисления имеет высокую избирательность реакции, высокую чистоту и качество продукции, высокую урожайность, простоту получения сырья, простоту оборудования, значительно снижает воздействие сильного оксидантного загрязнения тяжелыми металлами на окружающую среду, если мы сможем продолжать сокращать потребление энергии, промышленная ценность этого метода будет значительно подчеркнуть.

3 натуральная технология экстракции и подготовки ванилина

Ванилин широко встречается в естественных растениях в свободной форме и в качестве глюкозидов, особенно в первичных обработанных ванильных бобах, с содержанием около 20 г/кг (сухой вес). Мировое производство ванильной фасоли сосредоточено в основном на мадагаскаре, индонезии, коморских островах и т.д. Годовой объем производства ванилина может достигать 2000-2400 тонн, что составляет около 2% от общего объема производства ванилина в мире [9].

Природный ванилин, как правило, используется в виде натирки ванили фасоли, которая достигается путем измельчения первичных обработанных и старых ванильных бобов в экстрактор, извлечение их с 95% этанола при 50~60 ℃, а затем фильтрации их, чтобы получить натирки фасоли. Во избежание гидролиза, оксигенации и эстерификации ванилина в процессе некоторые ученые [10] использовали сверхкритическую технологию извлечения CO2 для извлечения ванилина из ванильной фасоли, этот процесс не соприкасается с воздухом, не содержит остатков растворителя и обеспечивает более высокую урожайность.

Ванилин, добытый из натурального растения-ванильный фасоль имеет уникальный аромат, который не может быть осложнен искусственными методами, и его статус не может быть заменен, но из-за ограниченной площади посадки ванили, производство сильно влияет на климат, посадка растений нуждается в искусственном опылении и переработке является слишком трудоемким, предложение чистого природного ванилина далеко не удовлетворяет рыночный спрос. Предложение чистого природного ванилина далеко от удовлетворения рыночного спроса.

4 техническое исследование по подготовке ванилина методом биопреобразования

В последние годы под большим влиянием международных и внутренних концепций природного и здорового рыночного потребления спрос на природный ванилин быстро растет, а ванилин, производимый биотехнологией, определяется как "природный" В соответствии с пищевыми нормами в европе, США, японии и других странах мира [11] изучение природного ванилина, производимого биотехнологией, стало актуальной темой для исследователей со всего мира. Поэтому исследования по подготовке природного ванилина с помощью биотехнологии стали горячей темой для исследователей в различных странах. Основными видами биотехнологических методов приготовления природного ванилина являются микробная ферментация, растительная клеточная культура и ферментативные методы. 4.1 подготовка природного ванилина путем микробной трансформации природного сырья в качестве субстратов микробная трансформация ванилина — это использование микробной ферментации для имитации вторичного метаболического процесса растений по производству ванилина.

Микробная ферментация основана на естественном евгеноле, изогеноле, феруловой кислоте, глюкозе и других соединениях в качестве сырья, через ферментацию бактерий, форм и так далее, с тем чтобы синтезировать ванилин [12]; Его преимущество заключается в Том, что нет необходимости очищения фермента, поэтому стоимость низкая, и может быть дополнительно снижена за счет иммобилизации клеток и других мер по снижению себестоимости производства и сокращению побочных продуктов, поэтому микробная ферментация стала тенденцией производства био-ваниллина в последние годы [13]. Таким образом, микробная ферментация стала тенденцией производства био-ваниллина в последние годы. Феруловая кислота, эугенол или изоэугенол являются наиболее изученными субstrates для производства ванилина путем преобразования микробов.

4.1.1 биотрансформация с использованием эугенола или изоэгенола в качестве субстратов

Эугенол в основном получают из эфирных масел, таких как листовое масло клева, однако, эугенол оказывает эффективное бактерицидное действие и токсичен для микроорганизмов, препятствующее нормальному росту и метаболизму [13], поэтому скрин на микроорганизмы, устойчивые к эугенолу или изоэугенолу, является одним из ключей к этому методу.

Ashengroph et al. изолировали штамм псевдодоминас resinovorans SPR1, который смог получить 0,24 г/л ванилина путем ферментации в течение 30 ч, используя eugenol в качестве единственного источника углерода и энергии без дальнейшей оптимизации [14]. Жао ли-цин и др. проверены и получены шпенделя bacillus bacillus fusifornis CGMCC134 из почвы, который может выдерживать высокую концентрацию изоэгенола и эффективно преобразовывать ванилин, и эта бактерия может быть преобразована в двухфазную систему изоэгенола-воды, в условиях 60% изоэгенола v/v, начальный pH= 4,0, температура 37 градус, скорость вращения 180 р/мин и 72 ч. Результаты ваниллина получены в условиях 72 ч, Результаты были обобщены следующим образом при 72 ч., массовая концентрация ванилина достигала 46,1 г/л [15].

С учетом различных докладов о результатах исследований было трудно добиться прорыва в биопреобразовании эугенола в субстрат для приготовления ванилина.

4.1.2 биотрансформация феруловой кислотой в качестве субстрата для подготовки ферментации

Феруловая кислота — производная корицы, которая является одним из компонентов клеточной стенки, широко встречается в зернах, пшенице и кукурузном отрубнике, сахарной свекле или зерновых остатках, обильна по природе и не оказывает токсичного воздействия на бактерию, имеет аналогичную химическую структуру с ванилином, а также меньше реакций в биотрансформации, что способствует улучшению коэффициента преобразования [16], поэтому, Ферруловая кислота — идеальное микробное ферментационное сырье. Таким образом, феруловая кислота является идеальным сырьем для микробной ферментации. Таким образом, феруловая кислота является идеальным сырьем для микробной ферментации. Путь преобразования показан на рис. 8.

В 2000 году Rabenhorst et al. получили 11,5 г/л ванилина из Streptomyces sp. HR167 с использованием феруловой кислоты в качестве субстрата путем оптимизации условий ферментации и снижения токсичности ванилина для бактерий путем адсорбции смолы [21]. В 2000 году Rabenhorst et al. использовали амиколатопсис sp. HR167 в качестве субстрита и получили 11,5 г/л ванилина путем оптимизации условий ферментации и снижения токсичности ванилина для бактерий с помощью адсорбентной смолы [21]. В 2007 году Hua et al. использовали Streptomyces sp. V-1 для получения 19,2 г/л ванилина с феруловой кислотой в качестве субстрата и адсорбентной смолы после 55 ч ферментации с общим молярным выходом 54,5 %[22]. Это самая высокая урожайность, когда-либо достигнутая для производства природного ванилина путем преобразования микробов с использованием феруловой кислоты в качестве субстрата.

Перечисленные выше высокопроизводительные штаммы ванилина, амиколатопсис и стрептомицис (с производительностью ванилина выше 10 г/л) [23] являются грам-положительными бактериями, которые могут быть оптимизированы для получения значительной производительности ванилина, но наиболее сложной задачей для промышленного применения является изоляция и очистка конечных продуктов. Самой большой проблемой ферментации этих штаммов в промышленности является технология изоляции продуктов и очистки. Из-за плотного мицелия актиномицетов брот ферментации очень вязкий, что делает очистку продукта очень сложной, что приводит к высокой стоимости последующего процесса и низкой общей экономической эффективности.

4.1.3 подготовка ванилина путем ферментации с использованием глюкозы в качестве субстрата

Глюкозу можно получить путем гидролиза крахмала, который является достаточным сырьем и имеет низкую себестоимость производства. Ли и др. [24] использовали генную инженерию для генно-рекомбинантной Escherichia coli (Escherichia coli KL7/pKL5.26A или KL7/3KL5.97A) таким образом, что бактерия синтезировала ванильную кислоту из глюкозы через путь пентофосфата и мангиферную кислоту, а затем ваниллин был снижен и производился арылалдегидной дегидрогеназой, изолированной от Neurospora crassa (Neurospora crassa). Затем ванильная кислота была уменьшена ароматической альдегидной дегидрогеназой, изолированной от нейроссоры-крассы, чтобы производить ванилин.

В 2009 году Hansen et al. генетически модифицировали два общих штамма дрожжей, Schizosaccharomyces pombe и Saccharomyces cerevisiae, используя глюкозу в качестве исходного субстрата, и ввели три и четыре экзогенных гена различного происхождения (формы, бактерии и люди) в эти два штамма, соответственно. В то же время ген для разложения ванилина в первоначальном штамме был выведен из строя, и 65 мг/л и 45 мг/л ванилина были получены без других оптимизаций [25].

По сравнению с дорогой феруловой кислотой, глюкоза как ферментационный субстрат является чрезвычайно избыточной и экономичной, а метаболический путь прост и управляем, что позволяет реализовать промышленное производство, и это также самая важная тема для производства природного ванилина в США, конечно, для того, чтобы сделать глюкозу как субстратный метод биопреобразования стать практической технологией для индустриализации производства природного ванилина, Необходимо продолжать повышать его урожайность.

4.2 подготовка ванилина методом культуры растительных клеток

Культура растительных тканей является методом, который позволяет растительным клеткам синтезировать метаболиты в среде культуры наряду с развитием биотехнологии. В 1989 году Knuth et al.[26] использовали ваниль в качестве материала для высокоплотной клеточной культуры, а массовая концентрация ванилина в броте ферментации достигала 1,9 г/л, а урожайность могла регулироваться фитогормонами. В 1991 году Knuth et al. показали, что сложное ванильное ароматизированное вещество выделяется из культуры подвешенности клеток руководящей ткани ванили, которая извлекается с помощью активированного угля в течение 14 дней без добавления прекурсоров, и 0,099 г/л ванилина может быть получено. В 1991 году Knuth et al. показали, что культуры суспендирования ванильных целебных тканей выделяют сложное вещество с ванильным ароматом, и 0,099 г/л ванилина получалось после непрерывной экстракции с помощью активированного угля в течение 14 суток без добавления прекурсоров [27].

Westcott et al [28] использовали корни ванили планифолии в тканевой культуре и обнаружили, что ванилин накапливается в тканях со скоростью 0,4 г /(кг-д), а самая высокая концентрация ванилина в тканях достигает 7,0 г/кг. Позднее некоторые исследователи нашли новый метод преобразования изоэгенола, протокатехического альдегида и кофеиновой кислоты в ванилин в клетках capi -sicum frutescens и Haematococcus pluvialiscell [29], но процесс подготовки ванилина в этих клетках был поражен ингибиторным действием самого ванилина. Однако в процессе подготовки ванилина из этих клеточных культур урожайность очень низкая из-за влияния бактериального эффекта самого ванилина, субстрата и среды роста клеток, что затрудняет выход из состояния лабораторных исследований в методе клеточной культуры.

4.3 подготовка ванилина путем ферзиматического преобразования

В настоящее время метод микробной трансформации официально не сообщается для индустриализации, основная причина заключается в Том, что ванилин сам по себе является своего рода микробным ингибитором, когда содержание ванилина увеличивается, он может ингибировать и убивать микроорганизмы, и это является самой большой проблемой, с которой сталкивается метод микробной трансформации. Для решения этой проблемы эффективным техническим решением является отбор и размножение некоторых подходящих микроорганизмов, которые более устойчивы к ванилину и менее способны преобразовывать ванилин в ванильную кислоту; В настоящее время достигнут лишь значительный прогресс в деле преобразования ванилина в феруловую кислоту, которая является дорогостоящим сырьем.

Отечественные ученые [30] считают, что наиболее эффективным способом решения этой проблемы должно быть полное понимание особенностей соответствующих ферментов, если мы сможем выделить соответствующие ферменты и сформировать масштабное производство этих ферментов, а также воспользоваться спецификой и высокой эффективностью ферментов, то производство ванилина может быть более прямым и эффективным.

Все методы биометаболического преобразования ваниллина являются ферментативными реакциями, и хотя механизм действия различных препаратов биотрансформации еще не до конца понятен, все они, несомненно, производятся действием одного или нескольких ферментов [31]. В техническом исследовании ферзиматического синтеза ванилина, van den Heuvel Robert HH et al. из университета вагнеинне, Нидерланды [34] обнаружили, что ванилин может быть получен с помощью оксидазов ванилина (VAOs) двумя путями. Одним из них является производство ванилина из древесного смоляного спирта через ванильный спирт в присутствии VAO. Ваниллил амин преобразуется вао в щелочных условиях в промежуточное вещество, которое может быть гидролизировано непосредственно в ванилин.

В 2001 году Gatfield I-L et al [32] предложили ферментатическое преобразование ванилина с использованием липазов Chirazyme L-2, c-f и C2 lyo в качестве катализаторов с использованием изоэугенола и соснового алдегида в качестве субстратов, что привело к образованию фракций качества ванилина соответственно на 30,4% и 83,1%. В 2004 году Sun Zhihao et al [33] исследовали процесс приготовления ванилина путем преобразования изоэгенола в липоксигеназу сои. В 2004 году Sun zhet al. [33] исследовали преобразование изоэгенола липоксигеназой сои в ванилин. Молярное преобразование составило 13,27%, а 24,53% было достигнуто за счет добавления макропористой кационической смолы HD-8 для адсорбции ванилина.

Преобразование ванилина ферментом стало перспективным направлением исследований из-за его легкого накопления продуктов, небольшого количества побочных продуктов, легкой очистки, мягкой реакции, низкого потребления энергии и низкого загрязнения окружающей среды. Конечно, как использовать теорию энзимологии, химической инженерии и современной биотехнологии для проведения направленной трансформации и модификации существующих ферментов, исследования по их иммобилизационной технологии и разработки подходящих мультиферментных реакторов будут основными задачами, стоящими перед производителями в производстве ванилина ферментным методом.

5. Перспективы на будущее

В настоящее времяВанильный порошок,Производство химического синтеза еще долгое время будет занимать доминирующее положение на рынке из-за его богатого и стабильного источника сырья, высокой урожайности и низкой стоимости и т.д. Разумеется, химический синтез использует токсичные и вредные сырьевые материалы, такие как гуаяколь, р-кресол, сильная кислота и сильная щелочность, тяжелые металлы и т.д., и многие побочные продукты процесса загрязняют окружающую среду и три вида отходов являются серьезными.

В то время, когда Китай придает большое значение охране окружающей среды, для специалистов-практиков, несомненно, важным вопросом является проведение исследований и разработка процесса синтеза с высоким коэффициентом конверсии и нулевым выбросом трех отходов для обеспечения экологически чистого производства. На протяжении всего пути синтеза, с непрерывным прорывом отечественной технологии производства гуайакола и гликсилата, а также поставками сырья с высоким качеством и низкой ценой, синтез ванилина органическим электрохимическим методом станет зеленым процессом с наиболее перспективными перспективами развития. Синтез ванилина органическим электрохимическим методом станет самым перспективным зеленым процессом; Он не нуждается в окислителе, простом оборудовании, безопасной эксплуатации, мало побочных продуктов, высокая чистота продуктов, мало сточных вод и легко поддается обработке. Как только проблема удельного энергопотребления будет решена, действующий метод гуаяколь-гликсилат будет быстро заменен на производство ванилина.

Производство природного ванилина методом фитоэкстракции ограничено сложностью выращивания ванили, и дополнительные исследования по его экстракционной технологии всегда будут наполовину с удвоением усилий. Однако, поскольку природный ванилин существует в широком спектре растений, изучение процесса обогащения компонентов из различных богатых ванилином натуральных растительных экстрактов, а затем изоляция и очистка природного ванилина, естественно, станет перспективным вариантом технологии с развитием биоинженерии технологии.

С ростом "естественного" Лихорадка, подготовка природного ванилина методом биопреобразования, несомненно, стала самой популярной темой ванильных исследований. В течение последнего десятилетия технические исследования по производству природного ванилина методом микробного преобразования были обширными и углубленным, и было достигнуто много важных результатов исследований от метаболического пути к изучению ключевых генов на молекулярном уровне. В китае, объединяя преимущества природных ресурсов, таких как рисовые отрубцы и сахарная свекла, исследования и разработки микробной ферментации феруловой кислоты и изоэгенола в качестве субструата для производства ванилина, сделали большой прорыв в последние несколько лет.

Однако за последние два года микробная ферментация глюкозы в качестве субструта для производства ванилина заметно продвинулась вперед в соединенных штатах и европе, и этот метод является чрезвычайно распространенным и недорогим, имеет простой и контролируемый метаболический путь, а изоляция и обогащение ванилина проще, чем ферруловая кислота. Благодаря выбору подходящих ферментов и ферментации глюкозой в качестве субstrate себестоимость ванилина, как ожидается, будет близка к себестоимости синтетической технологии, которая может удовлетворить потребности потребителей и производителей, и это практическая технология с более широкими перспективами применения. Сообщается, что разработка проекта по ферментации глюкозы на основе глюкозы для естественного производства ванилина между МФЛ и Evolva Holding SA вступит в стадию мелкосерийного пробного производства. Несмотря на значительный прогресс, достигнутый в области биосинтеза ванилина, по-прежнему существует множество научных вопросов, которые необходимо изучить и глубоко изучить, а промышленное производство ванилина с высокой эффективностью нуждается в дальнейшей оптимизации. Конечно, с помощью передовой молекулярной биологии и генной инженерии, более дешевый природный ванилин, как ожидается, будет реализован в ближайшем будущем.

Справочные материалы:

[1] брочадо ар и др. Улучшено производство ванилина в baker' дрожжи через кремниевый дизайн [J]. Микробные клеточные заводы, 2010, 9(1):84-98.

[2] янь хуайшен. Недавний прогноз рынка ванилина и развития технологии производства. Химическая промышленность, 2012, 6(30): 26-29.

[3] Muheim A, Lerch K. на пути к высокой урожайности оферруловая кислота в ванилин [J]. Прикладная микробиология и биотехнология, 1999, 51(4):456-461.

[4] одду дж., стентелер с и др. Повышение качества ферруловой кислоты путем биопреобразования в ванилин с использованием высокоплотных культур Pycnoporus cinnabarinus [J]. Прикладная микробиология и биотехнология, 1999, 53(1):1-6.

[5] чжоу ся. Синтез ванилина [J]. Химическая промышленность гуанчжоу, 2008, 36(4): 20-29.

[6] Sun YQ, Wang XN. Синтез ванилина и его применение [J]. Индустрия зубной пасты, 2002, 3:48-50. [7] чжоу яньцин, суо лонгнин и др. Прогресс в исследованиях по синтезу ванилина из р-кресола [J]. Химическая технология и развитие, 2014(4):42.

[8] ванмин лю. Исследование по электрохимическому синтезу этилваниллина из окислительной кислоты [D]. Чанша: хунаньский университет, 2007.

[9]Priefert H, Rabenhorst J, et al. Биотехнологическое производство ванилина [J]. Прикладная микробиология и биотехнология, 2001, 56(3/4):296-314.

[10] фу шилян и др. Технологические исследования и анализ состава ванили, извлеченной сверхкритическим CO2[J]. Продукты питания и оборудование, 2002(2):12-14.

[11]Berger RG. Биотехнология вкусов — следующее поколение [J]. Биотехнологические письма, 2009, 31(11):1651 — 1659.

[12] песня G, Cao JS. Биосинтез ванилина [J]. Пищевая ферментация и промышленность, 2001, 27(7): 72-74.

[13] Muheim A, Lerch K. на пути к высокой урожайности оферруловая кислота в ванилин [J]. Прикладная микробиология и биотехнология, 1999, 51(4):456-461.

[14] ашенгроф м, нахви I и др. Pseudomonas resinovorans SPR1, новый изолированный штамм с потенциалом преобразования эугенола в ванилин и ванильную кислоту [J]. New Biotechnology, 2011, 28(6) : 656 — 664.

[15] университет цзяньнань. Штаммы и методы приготовления ванилина путем микробного преобразования изюгенола: Китай, 10064494 [п]. 2005-12-28.

[16] Muheim A, Lerch K. на пути к высокой урожайности оферруловая кислота в ванилин [J]. Прикладная микробиология и биотехнология, 1999, 51(4):456-461.

[17] чжоу цинли, хуан янфэн и др. Производство ванилина путем преобразования микробов [J]. Пищевая промышленность и ферментация, 2004, 30(3):18-20.

[17a] донг чанкин, чжао лисян. Биотрансформация ваниллина [J]. Журнал Jilin College of Agricultural Science and Technology, 2005, 14(1):1-4.

[18] Лили чжан, юдзи чи. Микробное преобразование феруловой кислоты для производства ванилина [J]. Современные науки и технологии в области продовольствия, 2005, 21(2): 47 — 49.

[19] чжан чжаобин, цзэн йюн, хуа дунлян и др. Новый процесс приготовления природного ванилина путем преобразования микробов [A]. Работа 7 - го симпозиума вкуса и аромата китая [к]. Ханчжоу: China Flavor and Fragrance Cosmetic Industry Association, 2008.

[20] Muheim A, Lerch K. на пути к высокоурожайному биопреобразованию оферруловой кислоты в ванилин [J]. Appl Microbiol Biltechnol, 1999, 1(4):56-461.

[21]Rabenhorst J, Hopp R. Процесс подготовки ваниллина и подходящих для него микроорганизмов. US 6133003[P]. 2000 год.

[22] хуа дл и др. Увеличение производства ванилина из феруловой кислоты с использованием адсорбентной смолы [J]. Прикладная микробиология и биотехнология, 2007, 74(4): 783-790.

[23] Gounaris Y. биотехнология для производства эфирных масел, ароматов и летучих изолятов [J]. Вкус и аромат журнал, 2010, 25(5):367-386.

[24]Li K, Frost JW. Синтез ванилина из глюкозы [J].JAmChemSoc, 1998, 120:10545-10546.

[25] Hansen EH, Moller BL, Kock GR, et al. De novo biosynthesis ванилина в дрожжи деления (Schizosaccharomyces pombe) и baker' дрожжи (Saccharomyces cerevisiae)[J]. Прикладная и экологическая микробиология, 2009, 75(9):2765 — 2774.

[26] Escagenetics, Corp. Ароматический состав и метод: WO, 8900820 [P]. 1989-02-09 годы.

[27] прижми меня и др. Вкус состав и метод: США: 5057424 [п]. 1991.

[28] Westcott RJ, Chetham PSJ. Фитохимия, 1994, 35:135 — 138.

[29]Suresh G B, равишанкара. Метилжасмонат модулировал биотрансформу-цию фенилпропаноидов в метаболиты, связанные с ванилином, с использованием корневых культур Capsicumfrutescens [J]. Физиология растений и биохимия, 2005, 43:125 — 131.

[30] у шийи и др. Прогресс в исследованиях по производству ванилина биологическим методом [J]. Наука и техника пищевой промышленности гуанчжоу, 2000, 20(2): 119-121.

[31] Hsu, M. L., et al. Прогресс и перспективы технологии биосинтеза ваниллина. Современная химическая промышленность, 2007, 06(27) дополнение (1): 142-147.

[32] haarmann&reinergmbh, Holzminden. Обработка для подготовки ароматических карбониловых соединений из стиренов: США, 6331655 [р]. 2001-10- 18.

[33] ван фенгшу, чжао лицин, сунь чжихао. Метод разделения реакции для приготовления ванилина путем ферментативного преобразования изоэугенола [J]. Журнал технологического инжиниринга, 2004, 5(3):273-276.

[34] van den Heuvel RHH, van den Berg WAM, Rovida S и др. Лабораторно-развитая ванильно-алкогольная оксидаза производит природный ванилин [J]. Журнал биологической химии, 2004, 279(32) : 33492-33500.