バニリンの生合成とは何ですか?

バニリンはバニラの主成分で、バニリン、バニリン、バニリンアルデヒドなどとも呼ばれます。化学名は4-ヒドロキシ-3-メトキシベンズアルデヒド(4-ヒドロキシ-3-メトキシベンズアルデヒド)、相対分子量152.15、白色から淡黄色の結晶性粉末または針状結晶です。バニリンは植物中に遊離形およびグルコシドとして存在し、バニラビーンズの乾燥重量の2%から3%を占める。純粋なバニリンは強い乳白色の香りがあり、臭気はありません。バニリンは、香料や香料として使用されるほか、製薬業界で重要な原料や中間体であり、電気メッキ研磨剤、植物成長促進剤、熟成剤などとしても使用されるなど、用途が広い。

バニリンは世界最大の合成香料であり、年間約12,000トンの消費量があり、現在も年率10%のペースで需要が増加しています。バニラから抽出され、調製された天然バニリンの生産は低く、年間約20~50 tであり、残りの消費ギャップは化学合成法によって埋められます#天然バニリンの39の需要は常に増加しています。

天然バニリンの需要は常に増加しています。バニラの栽培は気候や地理的条件によって制限されており、その香りの加工が複雑であるため、バニリンの生産は市場の需要を満たすことが困難です。生物学的方法は、天然バニリンを合成することができ[1]、より少ない汚染、よりクリーンな生産と安全性の利点を有する。現在、微生物発酵法、植物細胞培養法、酵素法などが報告されている。

1微生物発酵

1977年、tadasa kは、eugenolをバニリンに変換する菌株corynebacterium sp.を単離し[2]、生物学的にバニリンを調製する新しい方法を開拓した。その後、多くの細菌やカビが、eugenol、isoeugenol、ferulic acid、glucoseなどの化合物をバニリンに変換することができ、さまざまな基質を用いた微生物発酵によってバニリンが合成できることが明らかになりました。

1 .1 eugenolまたはisoeugenolを基質とする

化学名は4-プロペニル-2-メトキシフェノール(2- methoxy-4-(2- propenyl)-phenol)、化学名は4-プロペニル-2-メトキシフェノール(2- methoxy-4-(1- propenyl)-phenol)である。イソオイゲノールの化学名は4-プロペニル-2-メトキシフェノール(2-methoxy-4-(1-propenyl)-phenol)であり、どちらも化学的または生物学的にバニリンに変換することができる。corynebacterium sp.に加えて、serratia sp.、klebsiella sp.、enterobacter sp.、および半翅目の一部の真菌も、eugenolをバニリンに変換することができます[3,4]。さらに、serratia marcescens、klebsiella marcescens、enterobacter marcescensはイソオイゲノールをバニリンに変換することができる。枯草菌(bacillus subtilis)とrhodococcus subtilisもイソオイゲノールをバニリンに変換することができる。

rhodochrous)はイソオイゲノールをバニリンに変換する能力も持っています[5,6]。

真菌であるヘミプテラ(hemiptera)を用いたeugenolのバニリンへの変換では、最大で0.0271 g/ lの収率は得られなかった[4]。bacillus subtilis b2株はイソオイゲノールを唯一の炭素源として使用し、収率0.61 g/ l、モル収率(イソオイゲノールに関して)12.4%でバニリンに変換することができます[5];b . purpurea mtcc 289株がイソオイゲノールを基質として使用すると、実験室での最適な培養条件の下で、バニリンのモラール収率(イソオイゲノールの場合)は58%にも達する[6]。

serratia marcescens株dsm-30126も用いたが、基板によって結果は大きく異なる[3]。一方、バニリン(イソオイゲノール)のモル収量は20.5%で3.8 g/ lであった。一方、イソオイゲノールを基質としたバニリンの収率は20.5%、イソオイゲノールを基質としたバニリンの収率は20.5%であった。一方、イソオイゲノールを基質としたバニリンの収率は、オイゲノールを基質としたバニリンよりも高く、これも著者らの成果である#39;serratia marcescens株ab 90027で発酵。イソオイゲノールは、微生物発酵によるバニリンの生産に適した基質である。

1 .2 Ferulic酸 基板として

4-ヒドロキシ-3-メトキシケイ皮酸(4-hydroxy-3-methoxycinnamic acid)は、トウモロコシグルテンや穀物のふすまなどの農業副産物に広く含まれている。フェルル酸を基質として発酵させてバニリンを生産する方法には、1つの細菌の作用を必要とする方法と、複数の細菌の複合作用を必要とする方法がある。

発酵によるバニリンの生産に使用される真菌は、bacillus coagulans目の特定の真菌や土壌糸状菌(amycolatopsis sp .)を含む単株が報告されています[4,7,8]。半翅目の真菌株を用いて、わずか0.0552 g/ lのバニリンしか得られなかった[4]。一方、バニリンは、フェルル酸を唯一の炭素源とするbacillus coagulans株bk 07によって、4-ビニルグアイアコールから生産される。この株は、7時間以内に95%以上のフェルル酸を代謝することができ、主生成物は4-ビニルグアイアコールであり、これはこれまで報告されているフェルル酸の最も速い代謝過程である[7]。rabenhorst jらによって発明された特許取得済みの方法[8]では、土壌糸状細菌dsm 9992株を使用して、11.5 g/ lという高い収率でフェルル酸をバニリンに変換した。この過程のメカニズムはまだ報告されていない。

2段階の生物学的変換法lesage-meessen lらによって提案された[1]は、aspergillus nigerとpycnoporus cinnabarinusを使用して変換プロセス全体を完了させる複数の株の複合作用によるバニリン生産の典型的な例である。この方法はaspergillus nigerとpycnoporus cinnabarinusの組み合わせを利用している。まず、麹菌ニジェールferulic酸のvanillic転換酸・加増により0.92% g / Lと88%の奥歯の収益ferulic酸では、その後vanillic酸vanillin試合に減りが0.237 g / L収益22%の奥歯の収益によるvanillic酸に関してPycnoporus cinnabarinus。最近、彼らは[9]唯一の炭素源としてフェルル酸をトウモロコシのふすまに変更し、"二段階のバイオ変換法を作成しました"精製手段なしにバニリンの結晶を得ることができます

研究によると、[10,11],m . verticillioidesによるバニリンへのバニリンの還元中に,バニリンの収率は、副生成物メトキシヒドロキノンの生成による減少します;大衆の濃度が盛り上がったときvanillin媒体が1.0 g / L,を超え、非常に毒性・m . verticillioidesの成長をしばらくは落ち着くだろう・m . verticillioidesと同時に大量のの拡散には3発vanillinの生産に役立ちません。この系にセロビオースを添加すると、ヒドロキシメトキシキノンの生産量が大幅に減少し、バニリンの収率が3.3倍の0.725 g/ lに増加した。適切な量のxad-2樹脂吸着バニリンを添加すると、培地中のバニリンの質量濃度と株の成長速度を調節することができ、機械的に撹拌されたバイオリアクタを使用すると、質量移動効果が大幅に向上し、バニリンの収率は1.575 g/ lに達することができる。その結果、このシステムでのバニリンの生産はバニリンの生産に有利ではなく、バニリンの生産に使用することができました。

1 .3基質としてグルコース

低コストで十分な原料であるデンプンの加水分解からグルコースを得ることができるが、グルコースの生体転換によってバニリンを生産した例は1例しかない[12]。まず、グルコースは大腸菌の組換え(escherichia coli kl7 / pkl5)によってバニリン酸に変換された。26 a・KL7にPKL5。97 a)に続いて、neurospora crassaから単離された芳香族アルデヒドデヒドロゲナーゼによってバニリン酸を還元し、バニリンを生産した。グルコース基質のバイオ変換法を天然バニリン製造に工業的に応用するためには、大腸菌における安定的な組換え体の発現を解明する必要がある。

まとめグルコースは安価であるが、大腸菌の組換え体をどのように安定的に発現させるかが実用化の鍵である。中国における原料資源やバイオテクノロジーの現状から見ると、バニリン製造のための基質としてイソオイゲノールとフェルル酸のバイオ変換の開発がより有望である。

2植物細胞培養法

現代の生物工学技術の発展は、細胞培養を用いてバニリンを生産するアイデアと実践をもたらした。1つ目は、バニラプラノリア細胞を用いた人工培養で、バニラプラノリア細胞によるバニリンのエキソサイトーシスの性質を利用したが、単位体積当たりの収量は0.01 g/ l程度と高くはなかった[13]。最近、capsicum &のような特定の添加物をバニリンに変換する新しい方法が発見されました#39; rutescens cells'[14]。

これらの細胞培養とそのバニリン生産は、添加物や細胞増殖環境などの要因によって影響を受けます[17]。鉠Mengdeら。[13]の种类や、濃度がphytohormones細胞増殖はさほど重大な影響が生产税额に効果が得られるというものではあり、防虫剤酢酸軸先の組み合わせや6-benzylアデニンでより多くのvanillinの産出になった。バニリンの形成は細胞の成長と負の相関があり、細胞の成長が遅いと目的の生成物の形成が有利になるため、バニリン細胞の培養とバニリンの生産には2段階の培養法が考えられる[18]。

懸液培養中のバニリン産生植物細胞に加えて、添加物をバニリンに変換することができるshrubby pepper細胞やhaematococcus pluoialis細胞も存在する[14-16]。文化セル中止の弊害により,年限不定修業セル所職等不利な細胞組織文化を制御条件が困难に対象製品vanillin収益は高くなくて、文化固定化によって向上させることができるのセル石とvanillinを増加させる。

前述したように、シュrubby chili細胞はイソオイゲノール、プロトカテクアルデヒド、カフェイン酸などの特定の添加物をバニリンに変換することができる。表1は、シュrubby chili細胞の固定化中のバニリンの最大生産量と添加物との関係でのバニリンの発生を示しています[14,15]。

分かるようにisoeugenolが最も優秀であるとして3添加物とむしろはβたほうが効果が-cyclodextrin isoeugenolの溶存量を高めるを細胞に毒性を与えてを減らそうというか麹菌ニジェールは菌糸体(アルコールの添加する。shrubby pepper細胞と同様に、r . rainbowii細胞もフェルル酸やテレピン酸をバニリンに変換することができます[16]。バニリンの最大収率は、凝固過程でのフェルル酸添加(1.0 mmol/ l濃度)で0.0106 g/ l、テレビンアルデヒド添加(1.0 mmol/ l濃度)で0.0205 g/ lであった。結論として、既存の植物細胞培養によるバニリン生産の効率は高くなく、工業化には程遠い。

3酵素

すべての生体内代謝反応は酵素的であり、上記の様々な方法の作用機序はまだ明らかではないが、それらが1つまたは複数の酵素の作用によって生成されると決定することができる。これらの酵素を単離して酵素反応に利用することができれば、バニリンをより直接的に生産することができる。

オランダのワーヘニンゲン大学のvan den heuvel robert h hらは、バニリンがバニリルアルコールオキシダーゼ(vao)によって2つの方法で生産されることを発見した。1つは、vao存在下で木材タールアルコールからバニリルアルコールを介してバニリンを製造することである。別の場合、バニルアミンはvaoによってアルカリ条件下で直接バニリンに加水分解できる中間生成物に変換される。赤唐辛子とカプサイシンは酵素的に分解されてバニリンを生成するため、後者の方法はより豊富な原料源を提供し、競争力を高める。特許[20]によると、この酵素はキラジウムlと命名されています 20]では、chirazyme l-2というリパーゼ(前述c, c2 lyo)がイソオイゲノールとパインアルデヒドをそれぞれ30.4%と83.1%の質量分率でバニリンに変換することができ、このリパーゼもカンジダ南極から単離されることが報告されている。

高効率、専門化、穏やかな反応条件、製品の容易な精製、低エネルギー消費、低汚染、簡単な操作と容易な制御の利点のため、デジタル反応は比類のない優位性を持つはずです。しかしながら、酵素法によるバニリンの生産においては、酵素理論、化学工学、現代バイオテクノロジーをどのように活用して既存の酵素を改変し、その固定化技術を研究し、適切な多酵素反応器を開発するかが重要な課題となります。

4結論

生物によるvanillin製造法はますます注目数多くvanillin生産で有名会社世界Schnikenなど(イタリア)、Boreai(ノルウェー)、(米国)フンノン種苗研究を强めて生物によるvanillin製造方法、優位な立場間島支配狙ったこれからスパイス市場にいるします。中国はまだ初期段階に止まってことでは、現在、のは研究検察はMengdeしか术大学の大学院を停止させるための仮処分申請についての科学技術vanillin細胞文化、八尾ヘオルムの研究生产税额合肥理工大学のvanillin bio-oxidation製法によるアモイソン・ヨングォンと共に集団公司限られている。

このため、生産、学習、研究、政府資金の組み合わせを活用し、協力研究を強化して、わが国が生合成バニリン市場での地位を占めるようにする必要がある。産・学・研・政府の資金を集めて協力研究を増やし、生合成バニリン市場で韓国が確固たる地位を占めるようにしなければならない。

バニリンの非化学的合成の研究は多くの実質的な進歩を遂げたが、工業生産を実現するためには、次の問題を解決する必要があります。植物の細胞の培養技術を向上させます;酵素の単離・精製・固定化技術、多酵素反応器の開発に関する研究。現在のステータスを芸術によると、植物細胞文化の制作費が投じられたvanillinを受けになる」と1 kg当たりを1万5000ドルで、バニラ豆からvanillin費が、従来の製法は4000ドル/ kgて発酵のコスト/ kg〔17〕約1000万ドルの黒字を出した。したがって、イソオイゲノールとフェルル酸を基質とした微生物発酵バニリンの研究開発は、中国におけるバニリン生産のためにより有望である。

参照:

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