Vanillin ¿Qué es?

Vanillin, 3-methoxy-4-hydroxybenzaldehyde, is the main ingredient of vanilla beans, originally from Mexico, is a broad-spectrum high-level flavor.Vanillin is widely found in nature, e.g. in many essential oils and plants such as Java lemongrass, benzoin, Peruvian balsam, clove buds, vanilla pods, etc. It is also used as an ingredient of vanillin, which has been found in many other essential oils and plants. Due to the small quantity and high price of Vanilina natural extracted from plants, it is difficult to meet the market demand. Therefore, vanillin became the first fragrance synthesized by human beings, which was successfully synthesized by Dr. M. Hallmann and Dr. G. Thiemann of Germany in 1874. Molecular formula is C 8H 8 O3, molecular weight is 152.15, melting point 81~83 ℃ (lit.), white or yellowish needle-like crystals, with the aroma of vanilla and rich milky flavor, the chemical structure is:

Como el sabor comestimás importante, la vainillina es un tipo de agente saborizante comesticon el aroma de vainde y rico sabor lecho, que es una importante materia prima indispensable en la industria de aditivos alimentarios y el sabor sintético más grande del mundo. Es ampliamente utilizado en todo tipo de alimentos, tabaco, pasta de dientes, perfumes, cosméticos y productos químicos de uso diario, y también se puede aplicar a caucho, plásticos y productos farmacéuticos. La vainillina se utiliza ampliamente en la producción de productos farmacéuticos intermedios en países extranjeros. En la actualidad, el consumo anual de vainillina en el mercado mundial es de 16000~20000 toneladas [1], que es ampliamente utilizado en una variedad de productos alimenticios que necesitan para aumentar el aroma de la leche, especialmente la principal fuente de sabor vainilla, de acuerdo con el estándar FCCIV.

La aplicación de vanillin en China es principalmente como aditivos alimentarios, pero en los últimos años, la aplicación en el campo de la medicina también se está ampliando, que se ha convertido en el campo más potencial de aplicación de vanillin. En la actualidad, la distribución del consumo interno de vainillina es la siguiente: la industria alimentaria representa el 55%, los productos intermedios farmacéuticos representan el 30%, los piensos, los agentes aromatirepresentan el 10%, los cosméticos y así en cuenta para el 5%, y el consumo anual de vanilina en China está en el rango de 2.000 ~ 2.500 toneladas [2]. Este documento revisa principalmente los tres tipos de tecnología de preparación de vainillina y da una visión general de la dirección futura del desarrollo de la tecnología de vainillina.

1 resumen de la tecnología de preparación de vainilina

There are two types of vanillin available in the market - synthetic vanillin and natural vanillin.  Vanillin sintética es vanillin obtenida por síntesis química de materias primas fósiles comunes. Hay cerca de 10 métodos de síntesis química de vainillina, con fuentes estables de materia prima y tecnología de producción, suficiente suministro y bajo precio de mercado de unos de nosotros$Se ha convertido en el principal método de producción de vanilina en el mercado, y el 90% de la cuota de mercado es vanilina sintética en la actualidad. El proceso de producción de vainillina sintética es estable, las materias primas y el mecanismo de reacción son claros, y las principales impurezas pueden ser detectadas y controladas; Por supuesto, el producto tiene un solo aroma y carece del aroma compuesto de vainillina natural, y el proceso de producción es propenso a la contaminación ambiental y otros problemas.

Vanillin Natural, debido a las diferencias en las regulaciones internacionales y nacionales y los términos para los sabores de grado Natural en los últimos años, por ejemplo, los Estados Unidos define sabores naturales como aquellos obtenidos de plantas, animales o microorganismos como materias primas por métodos físicos, métodos biotecnológicos o métodos químicos blandos utilizando materias primas naturales. Por ejemplo, en los Estados Unidos, los sabores naturales se definen como los obtenidos de plantas, animales o microorganismos por medios físicos, biotecnológicos o químicos blandos. En China y la Unión europea, los sabores naturales sólo se definen como aquellos obtenidos de plantas, animales o microorganismos por medios físicos o biotecnológicos o por procesos alimentarios tradicionales.

Por esta razón, existen dos tipos de tecnologías naturales de producción de vainillina de acuerdo con los métodos definidos en las regulaciones de China y la UE: (1) método de extracción; (2) método biológico (que puede dividirse en método de fermentación microbiana, método de cultivo de células vegetales y método enzimático). Además de los dos tipos anteriores de tecnología de producción de vainillina natural definidos por las regulaciones de EE.UU., hay también un tercer tipo: (3) química blan(producción de vainillina equivalente natural) con materias primas naturales. Por química blanse se entiende que no se utilizan biocatalizadores ni sustancias químicas duras o cáusticas en las reacciones preparativas; Las reacciones químicas que pueden llevarse a cabo incluyen: hidrólisis, oxid, condens, adición, rearreglo y reacciones meládicas. Las condiciones de reacción tales como pH también pueden ser ajustadas, y las reacciones pueden llevarse a cabo en solventes orgánicos, oxígeno, u otras atmósferas. En términos generales, la vanilina natural, tal como es definida por las regulaciones de los Estados Unidos, es reconocida como vanilina natural cuando su naturalidad alcanza el 95% determinado por el análisis del isótopo inestable 14C.

La tecnología de producción más tradicional para la vainillina natural es la extracción y el monoaislamiento. Vainilla Bean se llama "la reina de las especias", vainvainnatural Bean contiene alrededor de 2% vainillin, que tiene un aroma único que no puede ser compuesto por métodos artificiales, y de alto valor vanillin natural se puede obtener después de la extracción con disolvente (por lo general etanol). La vainillina Natural puede obtenerse por extracción con disolvente (generalmente etanol). La vainillina Natural también puede obtenerse por los medios técnicos del monoaislamiento físico tras el enriquecimiento de las materias primas naturales que contienen vanilina. La extracción de vainillina aislada de vainillin natural es extremadamente caro debido a la limitada área de cultivo de vainilla, el rendimiento dependiente del clima, y la naturaleza intensiva de mano de obra de la vanillin natural, que se vende a un precio de hasta 4.000 dólares estadounidenses por kilogramo, que es cerca de 300 veces más alto que el de vanillin sintética [3].

Another recognized technology for the production of natural vanillin is the biological method(que puede dividirse en fermentación microbiana, cultivo de células vegetales y método enzimático). Método biológico puede preparar vainillin natural, y tiene las ventajas de menos contaminación, producción limpia y seguridad. En los últimos años, people's el concepto de consumo saludable de volver a la naturaleza ha promovido la diversificación del mercado de consumo, lo que hace que la preparación de vainillina natural por biotecnología se convierta en un foco de investigación académica en el país y en el extranjero. La producción de vainillina por biotecnología tiene las ventajas de que las materias primas son naturales, baratas y fáciles de obtener, el proceso de producción es limpio y libre de contaminación, y rápido y eficiente, por lo que el uso de la biotecnología para la producción de vainillina natural se ha convertido en un nuevo canal digno de ser promovido [4]. El uso de la biotecnología para producir vainillina natural se ha convertido en un nuevo canal que vale la pena promover [4]. Sin embargo, la forma de lograr el alto rendimiento requerido para la producción industrial, y la forma de hacer el proceso de separación y purificación del producto final más simple y más económico, con el fin de lograr mayores beneficios económicos, son también los principales factores que afectan el alto precio de la vainillina natural.

2 técnicas de preparación química sintética para la vanilina

En la actualidad, las siguientes técnicas de preparación química sintética se pueden utilizar para producir vanilina, incluyendo el método guaiacol (que se puede dividir en guaiaclo-dimetilanilina método y guaiaclo-glioxilmétodo), método lignina, método safrole, método eugenol, p-hidroxibenzaldehído método, p-cresol método, y método electroquímico; Debido a la contaminación y toxicidad del proceso de producción, ahora el proceso de producción principal se ha cambiado al método de guaiaclo-glioxilato, cuyas condiciones de reacción son más fáciles de controlar, con un alto rendimiento, menos tratamiento de residuos y post-tratamiento conveniente. Debido a la contaminación y toxicidad del proceso de producción, el proceso de producción principal se ha cambiado al método de ácido guaiaclo-gliooxálico, que es más fácil de controlar las condiciones de reacción, con alto rendimiento, menos tres residuos y un post-procesamiento conveniente, y es utilizado actualmente por tres productores extranjeros de vainillina, a saber, Rhodia de Francia, Bollinger de Noruega y UBE de Japón.

2.1 método de Guaiacol

La síntesis de vanilina a partir de guaiacol siempre ha sido la principal tecnología de producción industrial de vanilina, y hay dos rutas de síntesis industrializadas exitosas, a saber, el método de nitrosilo y el método de glioxilato.

2.1.1 ruta de Nitroso

Guaiacol y formaldehído (o urotropina) en presencia de p-nitrosodimetilanilina condensde clorhidrato, hidrólisis para producir vanillin, productos de condensde extracción de benceno, la primera destilación, la cristalización del tolueno, destilación secundaria, cristalización del agua para obtener productos acabados vanillin, la ecuación de reacción es la siguiente figura 1.

Las materias primas utilizadas en este método son complicadas, y la calidad del producto es inestable, el rendimiento es bajo (generalmente 55%~60%), y el proceso de producción requiere un gran número de materias primas auxiliares altamente tóxicos, tales como dimetianilina, formaldehído, nitrito de sodio, bencen, etc. El líquido de desecho descargado contiene compuestos nitroso, compuestos amino, compuestos de aldehído y polímeros. Las aguas residuales vertidas contienen compuestos nitroso, compuestos amino, compuestos aldehídos y polímeros, etc. Las aguas residuales no pueden ser tratadas bioquímicamente y no hay una medida de tratamiento económica y eficaz, por lo que la contaminación ambiental es extremadamente grave. Durante mucho tiempo se ha eliminado en países extranjeros, y sólo una pequeña cantidad de la capacidad de producción nacional se está utilizando, frente a la eliminación.

2.1.2 ruta del glioxalato

El Guaiacol y el glioxilato pueden generar ácido 3-metoxi4-hidroximandélico bajo condiciones de calentamiento alcalino, y el ácido se oxida para generar 3-metoxi4-hidroxiacetofenona en presencia de catalizador y oxígeno, y luego la acidiy descarboxilación pueden obtener vanilina cruda. La ecuación de reacción se muestra en la figura 2.

El proceso de preparación de vanillin por el método del ácido gliooxálico fue industrializado con éxito por primera vez por la compañía francesa Rhodia en los años 70, las materias primas utilizadas en este método son pocas, las condiciones son fáciles de controlar, la calidad de los productos es estable y el rendimiento es alto (generalmente alrededor del 70%), las materias primas y materiales auxiliares utilizados en el proceso de producción son principalmente el ácido gliooxálico de baja toxicidad y no volátil, las condiciones de producción son buenas, Y el líquido de desecho puede ser tratado por tratamiento bioquímico. Con el éxito de la industrialización de la síntesis de guaiacol por el método de catechol en China y la disminución del precio de guaiacol, la investigación y el desarrollo de la preparación del catalizador y la selección, el método de oxidy el método de extracción del método también se incrementen en China. En los últimos años, el proceso del ácido gliooxálico ha reemplazado el método nitroso en las tres principales empresas nacionales de producción de vainilina: Zhejiang Jiaxing Zhonghua Chemical Factory y Jilin Petrochemical vanillin Factory como el principal proceso de producción para la síntesis de vanilina en China [2]. En los últimos años, el proceso de glioxilato ha reemplazado el método nitroso en las tres principales empresas nacionales de producción de vanilina — Zhejiang Jiaxing Zhonghua Chemical Factory y Jilin Petrochemical vanillin Factory para convertirse en el principal proceso de producción para la síntesis de vanilina en China [2].

2.2 método de lignina

Lignin comes from a wide range of sources, and its content is huge in waste wood, mud ash, pulp waste liquid and wine lees, and it mainly exists in the form of lignosulfonate. Lignosulfonate is hydrolyzed under alkaline condition, then oxidized by high temperature and high pressure, part of lignin is transformed into vanillin, then extracted into vanillin sodium salt by acidification and extraction, and then passed into a series of reactions, such as acidification of SO2 and recrystallization of water, to obtain pure vanillin. elspecific reaction equation is shown in Figure 3 below.

El método de lignina se ha utilizado para producir vanillin durante mucho tiempo en dos grandes empresas papeleras en los Estados Unidos y Canadá, pero las desventajas de este método son obvi: bajo rendimiento (10%~15%), gran emisión de tres tipos de residuos, y la contaminación grave; La calidad de los productos de vanillin es baja, y la vanillin producida contiene una gran cantidad de metales pesados, que no pueden ser utilizados en la industria alimentaria y farmacéutica, y el método de lignina de vanillin se redujo drásticamente en la década de 1990#39;s. El método lignina de vanillin ha sido ampliamente utilizado en la industria papelen los Estados Unidos y Canadá.

Método de 2.3 Safrole

El safrol natural de varios aceites de alcanfor y aceites de alcanfor fue isomeriy oxia a aldehído jasmónico bajo condiciones alcalinas, y luego interactuó con PCl5 para obtener aldehído protocatequiico [5], y finalmente metilado por sulfato de dimetilo ((CH3)2 SO4) o halometano para obtener la mezcla de vanilina e isocarboxilina, y luego separado mediante el uso de la soludiferente de los dos en álcali. La ecuación de reacción específica se muestra en la figura 4 a continuación.

El rendimiento de este método es limitado porque la fuente de safrole es muy limitada, y la ruta de síntesis es relativamente larga y el proceso es complicado, y los subproductos como isovanilina e isoetivanilina se generan, y el rendimiento del producto es bajo.

2.4 método de Eugenol

El Eugenol es el principal componente del aceite de clavo (85%~90%). La vanilina puede ser producida isomerizando eugenol a isoeugenol con una base fuerte, luego oxidante y acidólisis [6], y la ecuación de reacción específica se muestra en la Fig. 5.

El aceite de clavo de olor también es caro y limitado en producción debido a su limitada disponibilidad y precio, pero como un equivalente de sabor natural bajo el concepto de química blan, es un buen complemento a la vainillina natural.

2.5 p-Cresol, p-hidroxibenzaldehído método

Este método es una ruta de proceso de nuevo desarrollo [7], desarrollado inicialmente por la universidad de tecnología de Dalian, la ruta p-hidroxibenzaldehído, el tema de una investigación más a fondo en China, el foco de la investigación ha sido a partir de la materia prima de p-cresol, p-hidroxibenzilaldehído se obtiene a partir de p-hidroxibenzoaldehído después de oxiel p-hidroxibenzilaldehído fácilmente disponible, p-hidroxibenzilaldehído se bromina para convertirse en 3-bromo-4-hidroxibenzilaldehído en cloroform, Y luego reaccioncon metande sodio a alta temperatura (100~110 ℃) bajo condiciones de cu-catpara 1.5~2 h para obtener vanilina, el rendimiento puede ser generalmente obtenido. Luego, usando N, n-dimetilformamida (DMF) como condición catalizada por disolvente y CuO, se llevó a cabo la reacción con metansódico a alta temperatura (100~110 ℃) durante 1.5~2 h para obtener vanilina, y el rendimiento pudo alcanzar el 90%, y la ecuación de la reacción se muestra en la Fig. 6 a continuación.

Esta ruta tiene las ventajas de un proceso corto, menos residuos, pequeña inversión, materias primas sencillas y fáciles de obtener, el bromo se puede reciclar y no consumir, etc. Mientras tanto, la producción nacional de p-cresol representa alrededor del 80% del mundo#39;s producción, y más de 20 universidades e institutos de investigación de renombre en China han sido muy activos en la investigación de este proceso, y creen que está más en línea con la situación nacional. En comparación con el proceso del ácido gliooxálico, algunos expertos creen que el proceso p-cresol sólo consume tolueno, ácido sulfúrico, sosa cáustica, metan(menos de 0,2 toneladas) y oxígeno, y que el bromo se recicla y sólo necesita ser reabastecido en pequeñas cantidades, y que estas materias primas son fáciles de conseguir y baratas. Por otra parte, hay más de diez tipos de materias primas utilizadas en el proceso de glioxalato, muchas de las cuales son difíciles de obtener, y sólo el ácido glioxálico representa una parte considerable del costo. Mientras tanto, la cantidad total de tres tipos de residuos generados por el proceso es sólo 1/20 de la del proceso de glioxalato, que realmente se realiza la producción verde. Sin embargo, todavía hay muchas dificultades en este método: funcionamiento complicado, reactor de presión y condiciones de reacción duras; Problemas de seguridad en la operación oxidación, todos estos cuellos de botella afectan a la promoción del proceso p-cresol, y en la actualidad, la producción de vainillina por este método no ha sido industrializada.

2.6 métodos de síntesis electroquímica orgánica

Síntesis química orgánica de vanillinTambién se basa en guaiacol y glioxilato como materias primas, las dos primeras síntesis de condensación de 3-metoxi4-hidroxifenilglicólico ácido, la diferencia es que el intermediario no se oxida por oxidantes peligrosos, pero la oxidelectrolítica para obtener 3-metoxi4-hidroxifenilglicólico ácido, y luego la acidiy descarboxilación para obtener vanilina [8], la ecuación de reacción es la siguiente figura 7.

No hay necesidad de añadir catalizador y oxidante en este método, y no hay necesidad de separar el ácido carbonilo carboxílico guaiacol (sal) generado en la reacción, después de añadir ácido fuerte para ajustar la solución de reacción a la acidez débil, la descarboxilación obtendrá la vanilina en bruto, y luego el producto de alta pureza será refinado. Método de oxidelectrolítica método tiene alta selectividad de reacción, alta pureza y calidad de los productos, alto rendimiento, fácil de obtener las materias primas, equipo simple, reduciendo en gran medida el impacto de la fuerte contaminación oxidante de metales pesados en el medio ambiente, si podemos continuar para reducir el consumo de energía, el valor industrial de este método será muy destacado.

3 planta Natural de extracción y preparación de la tecnología de Vanillin

La vanilina se encuentra ampliamente en plantas naturales en forma libre y como glucósi, especialmente en vainilla procesprimaria, con un contenido de aproximadamente 20 g/kg (peso seco). La producción mundial de vainilla se concentra principalmente en Madagascar, Indonesia, Comoras, etc. La producción anual de vanillin puede alcanzar las 2000-2400 toneladas, lo que representa cerca del 2% de la producción total de vanillin en el mundo [9].

La vainillina Natural se utiliza generalmente en forma de tintura de vain, que se obtiene cortando granos de vainilla procesados primarios y envejen en un extractor, extrayéndolos con 95% de etanol a 50~60 ℃, y luego filtrarlos para obtener la tintura de vainilla. Con el fin de evitar la hidrólisis, oxigeny esterificación de la vanilina durante el proceso, algunos estudiosos [10] utilizaron la tecnología de extracción de CO2 supercrítica para extraer la vanilina de vainilla, el proceso no entra en contacto con el aire, no hay residuos de disolvente, y los rendimientos más altos.

The vanillin extracted from natural plant - vanilla bean has unique aroma that cannot be compounded by artificial methods, and its status cannot be replaced, but due to the limited area of vanilla planting, the production is greatly affected by climate, the crop planting needs artificial pollination and processing is too labor-intensive, the supply of pure natural vanillin is far from meeting the market demand. The supply of pure natural vanillin is far from meeting the market demand.

4 estudio técnico sobre la preparación de la vanilina por el método de bioconversión

In recent years, with the great influence of international and domestic natural and healthy market consumption concepts, the demand for natural vanillin is growing rapidly, and vanillin produced by biotechnology is defined as "natural" by the food regulations in Europe, the United States, Japan and other countries around the world[11] , therefore, the study of natural vanillin produced by biotechnology has become a hot topic for researchers from all over the world. Therefore, the research on the preparation of natural vanillin by biotechnology has become a hot topic for researchers in different countries. The main types of biotechnological methods for the preparation of natural vanillin are microbial fermentation, plant cell culture and enzymatic methods.  4.1 preparación de vanillin natural por transformación microbiana de materias primas naturales como sustrla la transformación microbiana de vanillin es el uso de fermentación microbiana para simular el proceso metabólico secundario de las plantas para producir vanillin.

La fermentación microbiana se basa en el eugenol natural, isoeugenol, ácido ferúlico, glucosa y otros compuestos como materias primas, a través de la fermentación de bacterias, mohos y así sucesivamente, con el fin de sintetizar vanilina [12]; Su ventaja es que no hay necesidad de purificar la enzima, por lo que el coste es bajo, y se puede reducir aún más a través de la inmovilización celular y otras medidas para reducir el coste de producción y la reducción de subproductos, por lo que la fermentación microbiana se ha convertido en una tendencia de la producción de bio-vanillina en los últimos años [13]. Por lo tanto, la fermentación microbiana se ha convertido en una tendencia para la producción de bio-vanillin en los últimos años. El ácido ferúlico, eugenol o isoeugenol son los sustrmás estudiados para la producción de vanilina por transformación microbiana.

4.1.1 biotransformación con eugenol o isoeugenol como sustr.

El Eugenol se deriva principalmente de aceites esenciales como el aceite de hoja de clavo, sin embargo, el Eugenol tiene un efecto bactericida eficaz y es tóxico para los microorganismos, inhibidel crecimiento normal y el metabolismo [13] por lo tanto, la detección de microorganismos tolerantes al Eugenol o isoeugenol es una de las claves de este método.

Ashengroph et al. aislaron una cepa de Pseudomonas resinovorans SPR1, que fue capaz de obtener 0,24 g/L de vanillin por fermentación durante 30 h utilizando eugenol como la única fuente de carbono y energía sin mayor optimización [14]. Zhao Li-Qing et al. criaron y obtuvieron un bacibacifusifornis CGMCC134 del huso del suelo, que podía tolerar altas concentraciones de isoeugenol y convertir eficientemente la vanillina, y esta bacteria pudo ser convertida en un sistema de dos fases de isoeugenol-agua, bajo las condiciones de 60% de isoeugenol v/v, pH inicial =4.0, temperatura 37 ℃, velocidad de rotación 180 r/min, y 72 h. Y los resultados fueron resumidos de la siguiente manera bajo la condición de 72 h, la concentración de vanillin fue tan alta como 46,1 g/L [15].

A la vista de los diversos informes de investigación, ha sido difícil avanzar en la bioconversión del eugenol como sustrato para la preparación de vanilina.

4.1.2 biotransformación por ácido ferúlico como sustrpara la preparación de la fermentación

El ácido ferúlico es un derivado del ácido cinámico, que es uno de los componentes de la pared celular, y se encuentra ampliamente en cereales, salvado de trigo y maíz, cultivos de remolacha azucareo o residuos de granos, y es abundante en la naturaleza y no tiene efecto tóxico sobre la bacteria, y tiene una estructura química similar a la vanillina, e implica menos reacciones de biotransformación, lo que es propicio para la mejora de la tasa de conversión [16], por lo tanto, El ácido ferúlico es una materia prima ideal para la fermentación microbiana. Por lo tanto, el ácido ferúlico es una materia prima ideal para la fermentación microbiana. Por lo tanto, el ácido ferúlico es una materia prima ideal para la fermentación microbiana. La vía de transformación se muestra en la figura 8.

En 2000, Rabenhorst et al. obtuvieron11.5 g/L of vanillin from Streptomyces sp. HR167 using ferulic acid as substrate by optimizing the fermentation conditions and reducing the toxicity of vanillin to the bacterium by adsorption of resin[21] . In 2000, Rabenhorst et al. used Amycolatopsis sp. HR167 as a substrate, and obtained 11.5 g/L vanillin by optimizing the fermentation conditions and reducing the toxicity of vanillin to the bacterium with the help of adsorbent resin[21] . In 2007, Hua et al. utilized Streptomyces sp. V-1 to obtain 19.2 g/L vanillin with ferulic acid as substrate and adsorbent resin after 55 h of fermentation, with a total molar yield of 54.5 %[22] . This is the highest yield ever achieved for the production of natural vanillin by microbial transformation using ferulic acid as substrate.

Las cepas de alta producción de vanilina mencionadas anteriormente, Amy-colatopsis y Streptomyces (con rendimientos de vanilina superiores a 10 g/L) [23], son bacterias grampositivas, que pueden optimipara obtener rendimientos considerables de vanilina, pero el reto más difícil para la aplicación industrial es el aislamiento y la purificación de los productos aguas abajo. El mayor reto en la fermentación con estas cepas en aplicaciones industriales es la tecnología de aislamiento y purificación del producto. Debido al denso micelio de actinomicetos, el caldo de fermentación es muy visco, lo que hace que la purificación del producto sea muy difícil, lo que resulta en un alto costo del proceso posterior y una baja eficiencia económica general.

4.1.3 preparación de vainillina por fermentación con glucosa como sustr.

La glucosa puede obtenerse a partir de la hidrólisis del almidón, materia prima suficiente y de bajo coste de producción. Li et al[24] utilizaron un método de ingeniería genética para recombinar genéticamente Escherichia coli (Escherichia coli KL7/pKL5.26A o KL7/3KL5.97A) para que la bacteria sintetizara ácido vanílico a partir de glucosa a través de la vía de la pentosa fosfato yla vía del ácido mangiferico, y luego la vanilina se redujera y se produjera por la arilaldehído deshidrogenasa aislada de Neurospora crassa (Neurospora crassa). Luego, el ácido vanílico fue reducido por aldehído deshidrogenasa aroaislado de Neurospora crassa para producir vanilina.

En 2009, Hansen et al. diseñaron genéticamente dos cepas de levadura comunes, Schizosaccharomyces pombe y Saccharomyces cerevisiae, utilizando glucosa como sustrinicial, e introdujeron tres y cuatro genes exógenos de diferentes orígenes (mohos, bacterias y humanos) en las dos cepas, respectivamente. Al mismo tiempo, se eliminó el gen de degradación de la vanilina en la cepa original, y se obtuvieron 65 mg/L y 45 mg/L de vanilina sin otras optimizaciones [25].

En comparación con elÁcido ferúlico caroCiertamente, para que el método de bioconversión de glucosa como sustrsea una tecnología práctica para la industrialización de la producción de vanillin natural, es necesario continuar mejorando su rendimiento.

4.2 preparación de la vanilina por método de cultivo de células vegetales

El cultivo de tejidos vegetales es una técnica que permite a las células vegetales sintetizar metabolien el medio de cultivo junto con el desarrollo de la biotecnología. En 1989, Knuth et al.[26] utilizaron vainilla como material para el cultivo celular de alta densidad, y la concentración de masa de vanillina en el caldo de fermentación era de hasta 1,9 g/L, y el rendimiento podría ser regulado por fitohormonas. En 1991, Knuth et al. mostraron que una sustancia compleja con aroma de vainilina era secretada de un cultivo de suspensión de células guía de tejido de vain, que se extracon carbón activado durante 14 días sin añadir precursores, y 0.099 g/L de vanilina podría obtenerse. En 1991, Knuth et al. mostraron que los cultivos de suspensión de células de tejido cicatride vainilla secretaban una sustancia compleja con sabor a vain, yVanillin 0.099 g/LSe obtuvo después de la extracción continua con carbón activado para 14 d sin la adición de precursores [27].

Westcott et al [28] utilizaron las raíces de Vanilla planifolia en el cultivo de tejidos y encontraron que la vanillin se acumulen en los tejidos a una tasa de 0,4 g/(kg-d), y la concentración más alta de vanillin en los tejidos alcanzó 7,0 g/kg. Más tarde, algunos investigadores encontraron un nuevo método para convertir isoeugenol, aldehído protocatequiico y ácido cafeico en vanilina en células de Cap-sicum frutescens y células de Haematococcus pluvialiscell [29], pero el proceso de preparación de vanilina en estas células se vio afectado por el efecto inhibitde la vanilina en sí. Sin embargo, en el proceso de preparación de la vanilina a partir de estos cultivos celulares, el rendimiento es muy bajo debido a la influencia del efecto bacteriostático de la propia vanilina, el sustry el ambiente de crecimiento celular, lo que dificulta romper el estado de la investigación de laboratorio en el método de cultivo celular.

4.3 preparación de vanilina por conversión enzimática

En la actualidad, el método de transformación microbiana no ha sido formalmente reportado para la industrialización, la razón principal es que la vanilina en sí es un tipo de inhibidor microbiano, cuando el contenido de vanilina se incrementa, puede inhibir y matar microorganismos, y este es el mayor desafío que enfrenta el método de transformación microbiana. Para resolver este problema, una solución técnica eficaz consiste en seleccionar y criar algunos microorganismos adecuados que sean más tolerantes a la vanilina y menos capaces de convertir la vanilina en ácido vanílico; En la actualidad, sólo ha habido progresos significativos en la conversión de la vanilina en ácido ferúlico, que es una materia prima cara.

Los estudiosos domésticos [30] creen que la manera más efectiva de resolver este problema debería ser entender completamente las características de las enzimas relevantes, si podemos aislar las enzimas apropiadas y formar una producción a gran escala de estas enzimas, y aprovechar la especificidad y alta eficiencia de la reacción enzim, entonces la producción de vanilina puede ser más directa y eficiente.

Todas las técnicas de conversión biometabólica de la vanilina son reacciones enzimáticas, y aunque el mecanismo de acción de los distintos preparados de biotransformación no se conoce todavía del todo, es cierto que todos ellos son producidos por la acción de una o más enzimas [31]. En el estudio técnico deSíntesis enzimde vanilinaVan den Heuvel Robert HH et al. de la universidad de Wagneingne, países bajos [34] encontraron que la vanilina puede ser producida por vanillin oxidasas (VAOs) a través de dos rutas. Una es la producción de vanilina a partir de alcohol de alquitrán de madera a través de alcohol vanilílico en presencia de VAO. La vanilamina es convertida por VAO bajo condiciones alcalinas a un intermediario que puede ser hidrolizado directamente a vanilina.

En 2001, Gatfield I-L et al [32] propula conversión enzimde vanillin utilizando lipaschirazyme L-2, c-f, y C2 lyo como catcatcon isoeugenol y aldehído de pino como sustr, lo que resultó enCalidad de la vainillinFracciones de 30.4 y 83.1 %, respectivamente. En 2004, Sun Zhihao et al [33] investigaron la preparación de vanillin por conversión de isoeugenol con lipoxigenasa de soja. En 2004, Sun ZH et al. [33] investigaron la conversión de isoeugenol por lipoxigenasa de soja a vanilina. La conversión molar fue de 13.27 %, y 24.53 % se logró mediante la adición de la resina catiónica macroporhd-8 para la adsorde vanilina.

La conversión de vanillin por el método enzimse ha convertido en una dirección de investigación prometedora debido a su fácil acumulación de productos, pocos subproductos, fácil purificación, condiciones de reacción suaves, bajo consumo de energía y baja contaminación. Por supuesto, cómo hacer uso de la teoría de la enzimología, la ingeniería química y la biotecnología moderna para llevar a cabo la transformación direccional y la modificación de las enzimas existentes, la investigación sobre su tecnología de inmovilización y el desarrollo de reactores multienzimadecuados serán las principales tareas que enfrentan los fabricantes en la producción de vanillin por método enzim.

5 perspectivas

The vanillin powder produced by chemical synthesis will still occupy the dominant position in the market for a long time due to its rich and stable raw material source, high yield and low cost, etc. Of course, chemical synthesis uses toxic and harmful raw materials such as guaiacol, p-cresol, strong acid and strong alkali, heavy metal and so on, and many by-products of the process pollute the environment and the three wastes are serious.

En un momento en que China concede gran importancia a la protección del medio ambiente, es sin duda una cuestión importante para los profesionales de la investigación y el desarrollo de un proceso de síntesis con alta tasa de conversión y cero emisiones de tres residuos para realizar la producción verde. A lo largo de las rutas del proceso de síntesis, con el avance continuo de guaiacol doméstico yla tecnología de producción de glioxilato, y el suministro de materias primas de alta calidad y bajo precio se realiza básicamente, la síntesis de vanillin por el método electroquímico orgánico se convertirá en el proceso verde con las perspectivas de desarrollo más promete. La síntesis de vanilina por el método electroquímico orgánico se convertirá en el proceso verde más prometedor; No necesita oxidante, equipo simple, operación segura, pocos subproductos, alta pureza de productos, poco aguas residuales y fácil de tratar. Una vez solucionado el problema del consumo de energía por unidad, el método actual de guaiaclo-glioxilato será rápidamente sustituido para la producción de vanilina.

La producción de vainillina natural por el método de fitoextracción está limitada por la dificultad del cultivo de vainilla, y más investigación sobre su tecnología de extracción siempre será una medida a medias con el doble del esfuerzo. Sin embargo, como la vanillina natural existe en una amplia gama de plantas, explorar el proceso de enriquecer los componentes de varios extractos de plantas naturales ricas en vanilina y luego aislar y purila natural vanillin se convertirá naturalmente en una opción tecnológica prometecon el avance de la tecnología de bioingeniería.

Con el surgimiento de "natural" Fiebre, la preparación de vanillin natural por el método de bioconversión se ha convertido sin duda en el tema más popular de la investigación de vanillin. En la última década, la investigación técnica sobre la producción de vainillina natural por el método de conversión microbiana ha sido extensa y profunda, y se han logrado muchos resultados de investigación importantes desde la vía metabólica hasta el estudio de genes clave a nivel molecular. En China, combinando las ventajas de los recursos naturales como el salvado de arroz y la remolacha azucare, la investigación y el desarrollo de la fermentación microbiana del ácido ferúlico y del isoeugenol como sustrpara la producción de vanilina ha hecho un gran avance en los últimos años.

However, in the past two years, the microbial fermentation of glucose as substrate for vanillin production has made obvious progress in the United States and Europe, and this method is extremely abundant and inexpensive, with a simple and controllable metabolic pathway, and the isolation and enrichment of vanillin is simpler than that of ferulic acid. By choosing suitable enzymes and fermenting with glucose as substrate, the production cost of vanillin is expected to be close to that of synthetic technology, which can satisfy the needs of consumers and producers, and it is a practical technology with more application prospects. It is reported that the development project of yeast-based glucose fermentation for natural vanillin production between IFF and Evolva Holding SA will enter the stage of small batch trial production. Although substantial progress has been made in the biosynthesis of vanillin, there are still many scientific issues that need to be explored and researched in depth, and the industrial production of vanillin with high efficiency needs to be further optimized. Of course, with the help of advanced molecular biology and genetic engineering, cheaper natural vanillin is expected to be realized in the near future.

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