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香蘭素怎麽合成?

香蘭素,又稱香草醛、香蘭素、香蘭素或香茅醛、香蘭素。化學名:4-羥基-3-甲氧基苯甲醛。香蘭素是壹種代表性的廣譜香料,也是壹種重要的有機化工中間體,廣泛應用於食品工業、醫藥工業、日化工業、煙草工業、電鍍工業等領域[1]。目前市面上有三種香蘭素,分別是:(1)從香草莢中提取的天然香蘭素;(2)化學合成法生產的香蘭素(如愈創木酚法、木質素法、黃樟素法、丁香酚法、對羥基苯甲醛法、4-甲基愈創木酚法、對甲酚法);(3)微生物法生產香蘭素[2]。從香草莢中提取的香蘭素是壹種天然產品,但目前生產天然香蘭素的方法受到香草莢供應的限制[3]。化學法生產香蘭素具有收率高的特點,目前在香蘭素合成中處於領先地位。然而,大多數化學合成的香蘭素在純度、香味和安全性上都不如天然香蘭素,而且化學過程產生的廢棄物對環境危害很大。隨著現代生物學的發展,微生物轉化生產天然香蘭素成為研究熱點。1香蘭素的合成方法1.1化學合成方法香蘭素國內外主要來源於化學合成。根據原料來源的不同,采用不同的合成方法,包括愈創木酚法、木質素法、黃樟素法、丁香酚法、對羥基苯甲醛法、4-甲基愈創木酚法和對甲酚法。化學合成香蘭素的產率很高。但化學合成方法存在很多缺點,如由有毒的愈創木酚合成香蘭素易造成環境汙染,且合成的香蘭素風味單壹,風味易受雜質影響。有些產品質量不高,價格相對較低。1.2生物合成

與化學合成相比,生物合成具有周期短、不受季節和自然環境影響、價格低廉、安全清潔的大規模生產、無汙染、低能耗等優點,因此成為國內外的研究熱點。目前國內外研究的生物合成方法主要有:植物細胞培養法、酶法、微生物法,具體描述如下:1.2.1植物細胞培養法可以通過細胞培養直接從培養細胞的次生代謝產物中提取香蘭素,不受自然條件的限制,可以在人工控制下利用大量的植物細胞大量生產香蘭素。植物細胞培養法也有自身的局限性,主要是因為細胞懸浮培養存在細胞位置不固定、細胞組織不利、培養條件難以控制等缺點,所以香蘭素產量不高,可以通過細胞固定化培養來提高香蘭素產量。1.2.2酶法隨著酶工程的發展,酶法轉化香蘭素以其產物易積累、副產物少、易純化等優點成為壹個很有前景的研究方向。國內外酶法應用研究見表1。目前可以通過改善酶的性質來提高催化效率,降低成本,使用高效實用的反應器,使酶促反應順利高效進行,從而獲得高產率的天然香蘭素。1.2.3微生物轉化法很多細菌、黴菌、酵母菌都可以用來生產香蘭素。這些微生物以阿魏酸、丁香酚、異丁香酚、香草醛、香草醛、松柏醇、財閥等化合物為前體,通過發酵獲得香草醛[4]。從經濟上講,微生物發酵生產香蘭素是可行的。首先,該菌株生長周期短,繁殖量大,反應條件溫和;其次,原料豐富易得,使得香蘭素的生產成本較低。但也存在香蘭素收率低、產品分離復雜、無法滿足工業化生產要求等問題。2.微生物合成香蘭素2.1可用於微生物轉化生產香蘭素。真核生物更多的用於合成香蘭素,並且由於具有很強的底物特異性,在生產過程中的可逆反應方向上,真核生物優於原核生物,成為了大多數研究的出發菌株。2.2可用於微生物轉化生產香蘭素的底物目前,可用於合成香蘭素的底物有很多,主要有丁香酚、異丁香酚、阿魏酸和葡萄糖,分別描述如下:2.2.1利用阿魏酸作為底物目前,阿魏酸是微生物轉化生產香蘭素研究最多的底物,如表3所示。阿魏酸廣泛存在於玉米皮、谷殼等農副產品中。以阿魏酸為底物生產香蘭素有兩種方法:壹種是單壹菌株轉化,另壹種是多菌株聯合轉化。2.2.2以丁香酚或異丁香酚為底物目前,以丁香酚或異丁香酚為底物合成香蘭素的研究如表3所示。由丁香酚或異丁香酚合成香蘭素的產率相對較低。此外,研究發現丁香酚和異丁香酚對微生物有毒性,能抑制細菌的生長和代謝,因此篩選對丁香酚或異丁香酚耐受性強的微生物是關鍵之壹。2.2.3以葡萄糖為底物,在重組大腸桿菌的作用下轉化為香草酸,然後香草酸被分離自粗糙脈孢菌的芳香醛脫氫酶還原生成香草醛[25]。該方法底物經濟豐富,代謝途徑簡單可控,非常有可能實現工業化生產。雖然葡萄糖價格低廉,但如何實現大腸桿菌重組體的穩定表達是壹個實用的關鍵。2.2.4三種底物的比較從表2可以看出,以阿魏酸為底物的三種底物的轉化率都比較高。以阿魏酸為底物合成香蘭素時,兩步法產率較高。葡萄糖是研究最少的底物(僅LiK等[25]報道),反應條件不易控制。從我國的原料資源和生物技術現狀來看,以異丁香酚和阿魏酸為底物的生物轉化生產香蘭素技術更具發展前景。