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科研成果——酵母生物转化生产天然2-苯乙醇

 华工卧虫 2016-04-18


一、 2-苯乙醇的用途

β-苯乙醇,又名2-苯乙醇(2-phenylethanol,β-phenylethanolPEA),分子式为C8H10其分子结构如下图。

2-苯乙醇是一种具有淡雅细腻玫瑰香味的芳香醇,存在于很多花和植物的精油中,如玫瑰、风信子、茉莉、水仙、百合等,其它含有天然2-苯乙醇的产品是那些生产中涉及发酵的食品,如茶叶、可乐、咖啡、面包、白酒、苹果酒、奶酪以及酱油等。由于玫瑰芳香气味颇受人们欢迎,2-苯乙醇在食品、药品、化妆品、烟草和日化用品中得到广泛的应用。它不仅是玫瑰香型香气的基本组分,有协合及增效作用,而且是丁香、橙花、依兰、风信子、铃兰等多种香型配方的基底成分。2-苯乙醇可用于配制玫瑰、覆盆子、草莓、焦糖、甜瓜、蜂蜜和其他果香型香精;也可用于配制白兰地、威士忌和各种曲酒、白酒等酒用香精;还可用于烟用香精,这些产品中2-苯乙醇含量为0.1~20 mg/kg




苯乙醇有一个令调香师喜爱的特性:对各种香料有良好的互溶性。当调香师发现调好的香精出现浑浊、分层或沉淀时,加入适量的苯乙醇就可以使其变得澄清透明。另外,苯乙醇在常温时香气淡弱,随着温度升高香气渐浓,这个特性可用于熏香香精的配制。其次,以苯乙醇为原料合成的衍生物也有着不容忽视的应用价值,例如2-苯乙醇的酯类衍生物——乙酸苯乙酯,是一种芳香物质,主要用作日化香精和食用香精。



二、 天然2-苯乙醇

2-苯乙醇少部分是从天然的玫瑰花中提取的,绝大部分是采用廉价的化工原料苯或苯乙烯通过化学途径合成的,即苯-环氧乙烷合成法和氧化苯乙烯加氢法。在国际市场上,苯-环氧乙烷合成的产品占40%,氧化苯乙烯加氢法合成的产品占60%。然而化学合成的2-苯乙醇中含有一些难以除去的副产物,例如具有不良气味的联二苯、β-氯代乙苯、氯乙醇等,严重影响了2-苯乙醇的产品质量,难以达到食用和日用香料的质量标准,对人体健康和环境有着巨大危害。

从上世纪末开始,随着人们对生活品质要求的提高和对健康的关注,消费者越来越注重食品和日用品的安全性,崇尚“绿色”和“天然”。在美国和欧洲,能被标记为“天然”的调味剂和芳香剂,须采用物理方法从天然材料中提取,或者采用生物方法生产,其售价非常昂贵。在美国市场上,化学合成的2-苯乙醇市场售价为3.50 美元,而天然的2-苯乙醇售价则高达1000美元。



三、 天然2-苯乙醇制备方法

天然2-苯乙醇虽然存在于很多花和植物的精炼油中,但多数情况下浓度太低,无法提取。唯一例外的是玫瑰精油,一般每5吨玫瑰鲜花中可以萃取玫瑰精油1 kg,从特定种类的玫瑰精油中可以获得60%以上的2-苯乙醇。然而玫瑰花每年只开一次,从玫瑰中提取天然2-苯乙醇的生产周期长、成本高,无法进行大规模工业化生产。

研究表明,酵母细胞可通过氨基酸分解代谢途径将L-苯丙氨酸(L-Phe)直接转化为2-苯乙醇欧洲的相关法令规定,如果要通过微生物代谢途径获得天然产物,其参与代谢的前体物质必须是天然物质,如天然氨基酸等。因此采用酵母细胞转化法生产的2-苯乙醇保留了其天然的特点。

然而,2-苯乙醇对微生物有很强的抑制作用,这成为微生物转化法生产工业化的主要瓶颈。福州大学科研团队成功筛选出高产2-苯乙醇的酵母菌株,采用产物原位转移技术有效克服了2-苯乙醇对酵母的抑制效应,通过对此过程的全面强化,成功开发出连续高效生产2-苯乙醇的工艺,生产速率高达0.9 kg·t-1·h-1,是国际同行的2-3倍,可实现工业化生产。



四、 天然2-苯乙醇的市场预测

目前全球2-苯乙醇的年产量近万吨,其中食品和香料行业对天然2-苯乙醇的需求占10-20%,约1000-2000吨/年。天然2-苯乙醇售价按1000美元/公斤计算,有着10-20亿美元的巨大市场。随着人们生活水平的不断提高,市场需求越来越大。据保守测算,利用酵母生物转化法生产天然2-苯乙醇的毛利润率可达100-300%。




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