采用木糖生物转化天然香料2-苯乙醇的工艺研究(4)
2007年，浙江大学梅建凤等，比较了13个酵母菌株催化合成2-苯乙醇的活性，确定酿酒酵母菌株的催化活性较高。通过单因素和正交实验优化后，利用响应面分析，使2-苯乙醇产量达到了4.815g/L[19]。
2008年江南大学陆军等，利用油水两相体系转化L-苯丙氨酸生成2-苯乙醇，产量达到3.0g/L[20]。
1.2 木糖概述
木糖作为一种新型的添加剂和甜剂，已越来越广泛的应用到人们日常生活中。利用农作物废料经化工方法制取的一种多缩戊糖，从理论上来说，只要含有半纤文素的植物都可以用来生产木糖。我国主要用玉米芯、甘蔗渣、稻壳等作为制备木糖的原料，因为它们具有半纤文素含量高、易集中、产量大、来源广、木糖收率高的优点。它的生产工艺已趋稳定并且又有新的突破，研究方向也渐渐成熟，产品用途广泛，功能价值较高，是一个很有发展前途的单糖。我国拥有得天独厚的原材料资源，拥有广阔的发展天地和市场前景[21]。
1.2.1木糖的简介
木糖的分子式：C5H10O5 ，分子量：150.1299，别名：五碳醛糖。木糖是一种戊糖，天然D-木糖是以多糖的形态存在于植物中。
分子结构：
1.2.2木糖代谢机理
木糖的异构化是微生物木糖代谢的最初的生化反应[22]。木糖在微生物细胞中首先在木糖异构酶(Xylose isomerase)作用下被转化成木酮糖，然后在木酮糖激酶(Kinase)的作用下转变成磷酸木酮糖，继而进入磷酸戊糖循环，经过一系列的生物化学反应，最后生成乙醇和二氧化碳等代谢产物[23]。
在酵母菌中，木糖通过二步氧化还原反应生成木酮糖：木糖还原酶利用大量的NADPH还原木糖成木糖醇，所形成的木糖醇在以NAD 为辅因子的木糖醇脱氢酶作用下被氧化成木酮糖[22]。微生物对D-木糖的同化途径如图1-2所示：
图1-2 D-木糖的同化途径
1.3本课题的意义
不少国家开始指定更为严格的食品法规，开始强调食品安全的重要；而能够符合“天然”要求的2-苯乙醇一直是通过从植物中提取而得到的，由于受到植物原料来源，地域以及气候等因素的影响，产量很小，只占世界2-苯乙醇市场年销量的0.2%，价格昂贵，不能满足日益增长的需求。这三个方面的原因使香料工业越来越感兴趣于利用其它的天然资源来生产天然2-苯乙醇，利用微生物细胞生产天然2-苯乙醇成为一种有效的替代方法,因为微生物转化法相对于传统的化学合成法和植物提取法具有：1.有害物质含量低；2.可大规模生产；3.生产周期短,不受季节影响；4.反应条件温和；5.相比植物提取法成本较低等优点。
但是它亦具有其不可避免的缺点，目前生物转化2-苯乙醇的前体为L-苯丙氨酸，碳源一般采用常见的葡萄糖、蔗糖等糖类物质，由于葡萄糖、蔗糖等代谢产生大量乙醇，从而对2-苯乙醇的发酵生产或酶法生产产生明显的抑制和毒害，研究表明除了单独存在的乙醇对2-苯乙醇生物合成产生抑制外，乙醇与2-苯乙醇同时存在于发酵体系中时，对产物2-苯乙醇的协同抑制更加显著。
在纤文素原料水解液中，木糖含量为30%左右，是继葡萄糖之后自然界中最丰富的糖分[24]，所以以木糖代替葡萄糖为碳源，在有氧的条件下，通过批发酵或分批补料发酵的方法得到天然香料2-苯乙醇。该制备方法产生乙醇量极低，不足于达到对天然香料2-苯乙醇合成的抑制浓度，本源性消除乙醇对2-苯乙醇制备的反馈抑制；采用木糖生物转化天然香料2-苯乙醇的制备方法，具有工艺简单、适于工业化生产等特点。对此投入力量进行研发，将会给国家带来巨大的经济效益，同时也将有利于人民生活水平的提高。
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