【摘要】：香草醛(3-甲氧基-4-羥基苯甲醛)是全球最重要香料物質(zhì)之一,廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、煙草、日化、電鍍等多個行業(yè)。香草醛全球年需求量在15,000 t左右,制備方法主要有3種:化學(xué)合成法、植物提取法、生物技術(shù)法。目前市場上的香草醛大部分來自于化學(xué)合成,化學(xué)合成法原料來源廣泛、工藝成熟,但是產(chǎn)物不專一且對環(huán)境污染嚴(yán)重。植物提取法獲得的香草醛安全健康、香味純正,但是產(chǎn)量受限。生物技術(shù)法主要包括酶法和微生物轉(zhuǎn)化法,具有反應(yīng)條件溫和、周期短、成本低等優(yōu)點。而且,國外(例如歐洲)的立法機(jī)構(gòu)規(guī)定,使用生物活細(xì)胞或者其中的組成部分(例如酶)等生物資源產(chǎn)生得到的物質(zhì)均屬于天然產(chǎn)物�？梢�,生物技術(shù)法合成香草醛具有極大的發(fā)展?jié)摿褪袌銮熬啊１疚臄M用酶法和微生物法實現(xiàn)異丁香酚轉(zhuǎn)化成香草醛的反應(yīng)。微生物法以紡錘芽孢桿菌CGMCC1347作為催化劑,探究天然低共熔溶劑(Natural Deep Eutectic Solvents,簡稱NADES)對全細(xì)胞催化合成香草醛的影響。酶法則以粗提的大豆脂肪氧合酶作為催化劑,探究各種反應(yīng)條件(如酶量、底物濃度、反應(yīng)時間溫度、pH)和各種添加劑(如有機(jī)溶劑、表面活性劑、低共熔溶劑、天然低共熔溶劑、變性劑、螯合劑)對酶法合成香草醛的影響。主要研究內(nèi)容如下:1、NADES對微生物法合成香草醛的影響選取13種NADES為添加劑加入到微生物法合成香草醛體系中,研究其對香草醛產(chǎn)率是否有促進(jìn)作用,同時研究了NADES對非酶催化制備香草醛的影響。大部分NADES對微生物法合成香草醛及非酶催化合成香草醛均有促進(jìn)作用,在非酶催化體系中,NADES促進(jìn)程度相對較大,但香草醛濃度水平相對較低。采用了三種實驗手段研究加入NADES對細(xì)菌細(xì)胞的通透性和細(xì)胞存活率的影響:(1)分光光度法,(2)激光共聚焦掃描顯微術(shù),(3)流式細(xì)胞術(shù)。實驗結(jié)果顯示,NADES對實驗菌株確實存在一定的毒性作用,具體表現(xiàn)為造成細(xì)菌內(nèi)核酸和蛋白的外溢、細(xì)菌細(xì)胞膜完整性受損,這在一定程度上解釋了NADES對微生物法合成香草醛的促進(jìn)作用。2、酶法合成香草醛反應(yīng)體系的研究以大豆脂肪氧合酶為催化劑,異丁香酚為底物,硼酸緩沖液(pH 9.0、0.2 M)為反應(yīng)介質(zhì),測試了反應(yīng)溫度、pH、底物濃度、酶量和反應(yīng)時間等反應(yīng)條件對生成香草醛的產(chǎn)率的影響。最優(yōu)條件確定為:5 ml硼酸緩沖液(pH 9.0、0.2 M)、底物濃度30 g/L、酶量0.8 g、反應(yīng)溫度28℃,反應(yīng)時間84 h。在最佳反應(yīng)條件下,香草醛產(chǎn)率最高達(dá)2.68 g/L。在反應(yīng)條件確定了的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究了在反應(yīng)體系中加入各種添加劑對香草醛產(chǎn)率的影響。這些添加劑包括:5種表面活性劑、10種有機(jī)溶劑、8種低共熔溶劑(DES)、13種天然低共熔溶劑(NADES)、7種羧酸類金屬螯合劑、3種變性劑。實驗表明,這些添加劑大部分對反應(yīng)沒有促進(jìn)作用,但,其中,螯合劑的促進(jìn)作用非常明顯,特別是氨基羧酸類和羥氨基羧酸類的金屬離子螯合劑,使得香草醛的產(chǎn)率得到顯著提升,最高達(dá)對照組的405%。本文首次將螯合劑引入到酶法合成香草醛體系中,并發(fā)現(xiàn)其對香草醛產(chǎn)率有顯著提升,很有可能跟酶的活性中心結(jié)構(gòu)和催化機(jī)理有關(guān)。這為酶法合成香草醛提供了一種新思路。綜上所述,酶法催化和全細(xì)胞催化都可以用于異丁香酚向香草醛的轉(zhuǎn)化,加入適當(dāng)?shù)尿蟿⿲γ阜ê铣煞磻?yīng)有很大的促進(jìn)作用。
【圖文】：

4-羥基苯甲醛，圖 1），又名香蘭素一，被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、煙色或者淺黃色針狀結(jié)晶，具有濃郁中容易被氧化成香草酸。分子式為3 ℃，沸點為 285 ℃，密度為 1.06于乙醇、冰乙酸、氯仿、吡啶、乙

丁香酚法香酚法主要采用直接氧化，將丁香酚與強(qiáng)堿共熱處理使丁香酚鹽，然后用臭氧或硝基苯等氧化劑將異丁香酚鹽氧化成香草醛理得到香草醛。香酚法合成的香草醛香氣純正，但生產(chǎn)成本高、合成路線長，的香草醛產(chǎn)量較少。 木質(zhì)素法質(zhì)素廣泛存在于廢舊木材和紙漿廢液中，主要以木質(zhì)素磺酸鹽性條件下，，這些木質(zhì)素磺酸鹽先溶解，然后在高溫高壓條件下草醛，反應(yīng)過程如圖 2 所示。質(zhì)素法原料來源廣、價格低，但這種方法的產(chǎn)率低、合成的香嚴(yán)重，在有些國家該方法逐漸被淘汰。
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ655

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 閆靜芳;王紅霞;郭玉鑫;陸兆新;呂鳳霞;王昱灃;;脂肪氧合酶的研究及應(yīng)用進(jìn)展[J];食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報;2013年03期

2 鄭立穩(wěn);高永超;張強(qiáng);邱維忠;王加寧;遲建國;;香蘭素的化學(xué)合成方法研究[J];化工時刊;2012年06期

3 楊懷深;;香蘭素市場近期預(yù)測與生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展[J];化學(xué)工業(yè);2012年06期

4 何婷;趙謀明;崔春;;脂肪氧合酶的酶學(xué)特性及其活性抑制機(jī)理的研究進(jìn)展[J];食品工業(yè)科技;2008年02期

5 田其英;華欲飛;;大豆脂肪氧合酶研究進(jìn)展[J];糧食與油脂;2006年08期

6 楊縝;有機(jī)介質(zhì)中酶催化的基本原理[J];化學(xué)進(jìn)展;2005年05期

7 李永紅,鄭璞,孫志浩;生物技術(shù)方法生產(chǎn)香草醛研究進(jìn)展[J];工業(yè)微生物;2004年04期

8 李真順,遲玉杰;香蘭素的合成方法及應(yīng)用[J];中國食品添加劑;2004年06期

9 李永紅,王豐收,孫志浩;酶法轉(zhuǎn)化異丁香酚制備香草醛的研究[J];工業(yè)微生物;2004年03期

10 蔡琨,方云,夏詠梅,石玉剛,徐一銘;大豆脂肪氧合酶的提取及影響酶活因素的研究[J];林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè);2004年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 趙麗青;微生物法轉(zhuǎn)化異丁香酚生成香草醛的研究[D];江南大學(xué);2006年

本文編號：2675649