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绿色生态食品添加剂新品—微生物发酵法制得的天然苯乙醇香料

苯乙醇是香料用芳香化合物中较为重要和应用广泛的一种食用香料,因它具有柔和、愉快而持久的玫瑰香气而广泛用于各种食用香精和烟用香精中。苯乙醇存在于许多天然的精油中,目前主要是通过有机合成或从天然物中萃取获得该产品。随着食品生物技术的飞速发展和人民生活水平的不断提高,特别是我国加入世界贸易组织,人们越来越重视食品的安全性,追求有机食品、生态食品、绿色食品已成为一种时尚,国内外食品生产研发人员也越来越倾向于使用天然食品添加剂。由此,通过微生物发酵法生产天然苯乙醇香料的工艺研究得到国内外业内人士的广泛关注与重视。
 
1.   国内外最新研究动态:
 
最近,江苏食品职业技术学院生物工程系黄亚东等人经试验研究表明:苯乙醇具有玫瑰风味,它是清酒和葡萄酒等酒精饮料中的重要风味化合物。利用啤酒酵母Saccaromyces cerevisiae生产风味物质的原理即为利用酶或微生物将前体物苯丙氨酸转化为食品风味苯乙醇香料。因为在啤酒酵母中芳香族氨基酸生物合成主要受DAHP合成酶、分支酸合成酶、分支酸变位酶、邻氨基苯甲酸合成酶、预苯酸脱水酶和预苯脱氢酶的调节,在啤酒酵母细胞中L-苯丙氨酸形成苯乙醇的途径中,对于苯丙氨酸,α-酮酸脱氢酶起主要作用。所以利用啤酒酵母可衍生出多种天然风味物质、风味前体物质或风味增强剂,它与用传统的环氧乙烷与苯缩合精制得到的化学合成苯乙醇香料比较,更具有香味柔和,天然纯正、健康安全不可比拟的优越性。
 
中国烟草总公司郑州烟草研究院研究人员利用蒸馏萃取装置、气相色谱仪和气相色谱/质谱联用仪对烤烟烟梗和叶片主要中性香味成分进行分析,研究表明云南烟梗中含量较高的中性香味成分主要有苯甲醇、苯乙醛、β-苯乙醇等。
 
山东农业大学研究文献综述了国内外在烟叶人工发酵过程中几种增香途径及其研究进展, 包括微生物、酶、糖和有机酸、酶拉德反应产物及氨化等方法。研究表明:近年来微生物、酶因其投入量少,增香效果明显,微生物发酵生产天然香精已成为世界许多种国家食品添加剂的研发热点。而烟草在芽胞杆菌、枯草杆菌、假单孢杆菌等微生物发酵过程中能产生苯甲醇、苯乙醇等天然玫瑰香味成分,引用外援作用于烟叶发酵,增加烟叶香气不失为一种理想的方法。
 
国外学者对烟叶人工发酵早有大量研究,他们发现烤烟叶面微生物中,细菌占绝对优势,放线菌和霉菌较少。细菌中以芽孢杆菌属为优势菌群,霉菌中曲霉为优势菌群。优良品种烤烟叶面微生物数量较大,种类较多。可见,微生物是推动烟叶发酵、提高烟叶香气不可忽视的原因之一,这对国内外从事烟叶香气研究学者而言具有很大的吸引力。
 
而对于微生物发酵法生产天然级苯乙醇香料工艺研究,近年来国外已成功研制出以苯丙氨酸、氟苯丙氨酸为原料,采用微生物啤酒酵母Saccaromyces cerevisiae或(和)克鲁维酵母Kluyveromyces sinensis发酵工艺转化来制取天然级苯乙醇的工艺方法。虽然此法不失为一种切实可行的天然级苯乙醇香料生产方法,但其原料成本太高,不适宜工业化生产。故人们也在寻找一种能替代苯丙氨酸、氟苯丙氨酸的廉价天然材料为微生物发酵法起始原料,最大程度上降低生产成本,满足食品香料添加剂工业生产的需求。
 
2.   国内外主要专利简介
 
华宝香化科技发展(上海)有限公司经过多年的创新研发,成功完成了以烟草(含烟梗、烟末)为原料的微生物发酵法生产香料苯乙醇的新工艺开发,并于2004年7月28日获得了发明专利授权(ZL专利号02137575.5,授权公告号CN1159447C)。该工艺包括利用农业副产物烟草作为生物转化的前体物,添加适当的培养基、选用合适的菌种(如产朊假丝酵母、酿酒酵母、中国克鲁维酵母中的一种),在一定的发酵工艺条件下进行发酵培养,降解了烟草中的木质素、果胶和多酚类化合物,并转化成苯乙醇,然后用萃取或离子交换树脂吸附分离的方法予以提纯。所得到的苯乙醇具有纯正的天然香味,可用于食品中作为天然香料使用。整个生产工艺简便,具有广泛的工业化发展前景,为农业副产物烟草找到了一条绿色环保的应用途径。
 
美国SUBBIAH VEN公司1999年7月6日授权专利US5919991涉及一种发酵法生产苯乙醇的方法,其以L-苯丙氨酸为原料通过微生物啤酒酵母菌Saccaromyces cerevisiae和克鲁维酵母Kluyveromyces sinensis发酵培养和采用离子交换树脂吸附分离法来制取天然级苯乙醇香料。
 
德国Bluemke Wilfried(GKSS-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh) 2001年11月28日公开的欧洲专利EP1158042采用微生物菌株或酶催化剂等生物技术制取苯乙醇香料,其以L-苯丙氨酸为原料,通过克鲁维酵母Kluyveromyces sinensis微生物发酵工艺生产天然级的苯乙醇香料。
 
日本KAGOME公司 1997年9月公开的日本专利JP9224650涉及一种以米酒、氟苯丙氨酸为原料,通过含酒精饮料中的酿酒(啤酒)酵母Saccharomyces cerevisiae微生物发酵工艺来制取天然级β-苯乙醇香料。
 
日本麒麟酿酒厂2000年初公开专利JP2000041655也涉及通过米酒改性,采用酿酒(啤酒)酵母Saccharomyces和去碳酸基酶联合作用的微生物发酵工艺来制取高纯度苯乙醇香料。
 
法国PERNOD RICARD在1998年公开专利EP0822250中提供了一种在发酵法生产苯乙醇过程厂中从其蒸馏残余中提取高纯度苯乙醇的方法。
 
微生物发酵法生产天然苯乙醇香料国内外主要相关专利列表如下
 
 
公告(授权)号
申请日
公告(授权)日
 申请(专利权)人
专利名称
1
CN1159447C
2002.10.22
2004.7.28
华宝香化科技发展(上海)有限公司
微生物发酵法生产香料苯乙醇的工艺
2
CN1548648
2003.5.16
2004.11.24
武汉卷烟厂
卷烟包装铝箔纸用香精
3
CN1270159
2000.4.5
2000.10.18
住友化学工业株式会社
β-苯乙醇的提纯方法 
4
 US5919991
1996.7.3
1999.7.6
SUBBIAH VEN (US)
Solid phase extraction of    phenethyl alcohol
5
EP1158042
2001.5.22
2001.11.28
Bluemke Wilfried (GKSS-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh)
Process for the biotech- nological preparation of flavoring or fragrance products
6
JP9224650
1996.2.23
1997.9.2
KAGOME KK  (JP)
 
PRODUCTION OF FERMENTED FOODSTUFF
7
JP2000041655
1998.7.24
2000.2.15
KIRIN BREWERY (JP)
 
PRODUCTION OF SAKE MODIFIED WITH RATIO OF CONTENT OF AROMATIC COMPONENT
8
EP0822250
1997.7.31
1998.2.4
PERNOD RICARD (FR)
Process for the extraction of 2-phenylethanol
 
 
综观上述有关微生物发酵法生产天然苯乙醇香料的国内外主要工艺技术,我们不难看到,目前国外一般都采用以苯丙氨酸、氟苯丙氨酸为原料,进行微生物发酵转化制取苯乙醇。虽然此法确实也不失为一种可行的天然苯乙醇香料生产方法,但由于这种方法所采用的苯丙氨酸、氟苯丙氨酸等原料价格昂贵,生产成本高,不宜实现规模化工业生产。因而,国内企业通过创新研发,利用廉价天然的烟草废物资源材料为微生物发酵法起始原料,不仅为农副产品烟草的深加工开辟了一条工业途径,而且也为香料工业找到了一种安全可靠,有利于环保生态可持续发展的有用资源,从而最大程度上降低生产成本,有效改善生态环境,更好地满足食品香料添加剂工业生产需求。
 
 
 
参考文献:
1. 黄亚东等人   关于啤酒酵母产生苯乙醇的研究   酿酒科技 2003,5,62~63
2. 李炎强等人   云南烤烟复烤叶片陈化过程香味成分变化及与感官评价的关系研究
                      中国烟草学报 2004,10(1),1~8
3. 李炎强等  烤烟烟梗和叶片中性香味成分的分析   烟草科技 2002,11,3~11
4. 郑小嘎等  烟叶人工发酵过程中增香途径的研究进展   山东农业大学学报
                                                                    2003,34(1),144~147
5. Reid J.J.等  Studies on the Fermentation of Tobacco 1:
                   The Microflora of cured and fermenting Cigar-Leaf Tobacco.  
                   Pennsylvania
                   Agricultural Experiment Station Bulletin  1993, 356, 1~17
6. 中国发明专利   ZL专利号02137575.5   授权公告号CN1159447C
                         微生物发酵法生产香料苯乙醇的工艺 
7. 美国专利  US5919991   Solid phase extraction of phenethyl alcohol
8. 欧洲专利  EP1158042   Process for the biotechnological preparation of
                                       flavoring or fragrance products
9. 日本专利 JP9224650  PRODUCTION OF FERMENTED FOODSTUFF
10.日本专利JP2000041655  PRODUCTION OF SAKE MODIFIED 
                          WITH  RATIO OF CONTENT OF AROMATIC COMPONENT
11.欧洲专利EP0822250     Process for the extraction of 2-phenylethanol
12.Extractive Bioconversion of 2-Phenylethanol from L-Phenylalanine by 
                               Saccharomyces cerevisiae Biotechnology Progress,
                                                                          2002,18(3),514~523
 

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