通过生物技术制备γ-癸内酯无论是利用植物还是利用微生物合成,多为R-手性异构体,这种异构体对人类和环境更加绿色和天然,但是如果以化学合成方法得到这种异构体,必须使用常规合成或手性合成法后再进行拆分才能得到。
生物合成法制取GDL,研究员利用微生物将脂肪酸生物发酵转化成内酯进行了研究。某些真菌如假丝酵母菌和酿酒酵母菌在静止期能合成发酵出对于细胞生长非必需的作为次生代谢物的内酯。通常使用蓖麻油酸、蓖麻油或蓖麻酸甲酯,经过细菌、酵母菌等真菌的转化而发酵形成内酯或其直接前体——相应的羟基脂肪酸,再在菌体细胞内环化形成内酯。
利用生物技术生产 γ- 癸内酯普遍采用的是生物转化的方法,即利用酵母菌如耶罗威亚酵母、毕赤酵母、锁掷孢酵母、假丝酵母等,以蓖麻油中的主要组分蓖麻油酸(即12- 羟基- 9- 十八碳烯酸, 含量在 80%以上)为底物,首先经历了 3 个β-氧化循环 ,使碳链缩短,形成 6-羟基-3-十二烯酸 , 然后在假丝酵母菌体的作用下, 将结构式中的碳碳双键加氢还原 , 形成 6-羟基十二酸, 然后进行第四个β-氧化过程将 6-羟基十二酸变为4-羟基癸酸, 最后内酯化成环, 形成 γ-癸内酯。其中,生成的产物γ-癸内酯多为手性分子。因为发酵产物
γ-癸内酯是一种对菌体有较大毒性的物质, 所以γ-癸内酯在发酵液中的积累会造成发酵后期菌体的大规模的死亡。
耶罗威亚酵母降解蓖麻油酸生成 γ- 癸内酯的能力特别显著。耶罗威亚酵母是一种解脂假丝酵母菌, 对于甘油酯类和烷烃类化合物物质均有很强的代谢发酵能力, 是工业上应用较为广泛的一种菌种。
1.3 蓖麻油酸简介
蓖麻油酸,也叫蓖麻酸;化学式:12-羟基,顺-9-十八碳一烯酸,英文名称 Ricinoleic acid. ,是稀有的三甘油酯之一。由于蓖麻油酸不饱和双键的结构,使其容易发生化学反应,如氧化、异构化等。
1.4 多孔淀粉简介[3]
多孔淀粉又名微孔淀粉,是一种新型的变性淀粉,是淀粉经生化方法如醇变性法、酸水解法、和酶水解法;或则用物理方法,如超声波照射法和喷雾法;或则机械方法:机械撞击法等作用而使颗粒呈现多孔状的淀粉。与天然淀粉相比,具有更大的比表面积,吸水性好,吸油性能好,且成本低,绿色自然,无毒害,自然降解,符合可持续发展的基本原则。大多数的酶和淀粉酶活性低于原淀粉糊化和多孔蜂窝状微胶囊产品的形成作用的多孔淀粉。微孔淀粉表面有许多直径为1μm 的孔,这些孔产生很大的比表面积,所以多孔淀粉可以被用来作吸附的载体。
天然原淀粉水解后,在材料表面形成小的孔,基体的接触面积自然增大,小的孔可扩展到颗粒内部,形成一种类似马蜂窝状的中空颗粒,可以盛装各种物质于其中,而且包覆性能良好,包覆物不会轻易流出,孔的容积占颗粒体积的50%左右,可用作功能性物质的吸附包埋。现阶段,多孔淀粉是一种具有高科技含量的新型有机吸附剂和包埋材料,广泛用于日用化工、化妆品、农药、印刷和食物行业。
1.5 多孔淀粉的研究历史[4]
其实,多孔淀粉是一直在自然界中存在的物质,早在上世纪七、八十年代,有学者发现,动物(兔、小鼠)在粪便中含有生淀粉、淀粉发酵生产的酒精、葡萄糖等残留在多孔颗粒中,有的是多孔的,有的表面坑坑洼洼,有的表面呈鱼鳞片状,这些未被完全消化的淀粉颗粒其实就是现在所说的多孔淀粉。二十世纪末期日本的长谷川信弘首次提出了比较明确的关于多孔淀粉的定义:对生淀粉具有水解性能的酶在低于糊化温度下降解各种淀粉得到的水解产物叫多孔淀粉。但是,当时的人们注意力只会集中在如何尽可能地用生淀粉最大限度的发酵生产酒精,提高食用酒精的生产率,降低可利用能源消耗;人们不花力气研究水解残渣的影响,因此多孔淀粉已被忽视。没有人花精力研究、考察水解残余物,所以多孔淀粉的功能一直被埋没。