¿Cuáles son los métodos para la síntesis de vanilina?

Vanilina,también conocida como vanilina y metilvanilina,Científicamente conocido como 3-metoxi4-hidroxibenzaldehído, es un importante sabor de amplio espectro y materia prima orgánica sintética. Es una de las fragancias más utilizadas con la mayor producción en el mundo. Con un aroma elegante y refresc, se puede aplicar directamente en cosméticos, jabones, cigarrillos, pastel, confitería y pastel, y también se puede utilizar como promotor del crecimiento de las plantas, fungicida y defoamer para aceite lubricante.

La vanilina es un importante intermediario para la síntesis orgánica. En China,La vainilina se utiliza principalmente en aditivos alimentariosPero en los últimos años, su aplicación en el campo de la medicina se ha ido ampliando continuamente, convirtiéndose en el campo de aplicación de vanillin con mayor potencial de desarrollo. Además, también se puede utilizar como pulido en la industria de galvanoplastia y agente de maduración en la agricultura.

La vanilina es de color blanco o amarillo claro aguja o polvo cristalinoCon el aroma dulce característico de la vainillina. Punto de fusión 82~83℃, punto de ebulli285 ℃, densidad relativa 1.056, soluble en agua, etanol, etilenglicol, cloroform. Baja toxicidad, DL50 oral 1580mg-kg-1 en ratas, ampliamente utilizado en alimentos, cosméticos, tabaco, medicina y otras industrias.

Hay dos principalesMétodos de síntesis para vanillinUna es la síntesis química (que se puede dividir en guaiacol, lignin, safrole, eugenol, p-hidroxibenzaldehído, 4-metil guaiacol y p-cresol), y la otra es la síntesis microbiana (que se puede dividir en fermentación microbiana, cultivo de células vegetales y síntesis de enzimas), que se resumen de la siguiente manera.

1 síntesis química

1. Método del 1 glioxalato

El Guaiacol (o-metoxifenol) se condensa con ácido gliooxálico, y luego la acidificación y descarboxilación se llevan a cabo para producir el producto crudo, que esPuripurificado para obtener vainilina.

A continuación se dan ejemplos específicos de preparación.

1. 1. 1 preparación de vainilla cruda

(1) añadir o-metoxifenol, una solución acuosa de ácido glioxálico e hidróxido de aluminio a una solución acuosa de hidróxido de sodio y reaccionar a 25°C con agitación. Después de la reacción, filtrar el hidróxido de aluminio de la mezcla de reacción para obtener la solución de reacción; El hidróxido de aluminio filtrado se lava con hidróxido de sodio acuoso. Combine la solución de reacción y la solución de lavado, añadir ácido clorhídrico para ajustar el valor de PH a 6, y extraer el o-metoxifenol sin reaccionar con éter durante 3 veces para recuperar el o-metoxifenol. La solución acuosa extra, hidróxido de sodio y óxido de cobre fueron añadien un autoclave, y la reacción se llevó a cabo a 125℃ bajo la presión de 202,6 pa (presión gauge), con el flujo de aire de 0,15l-min-1 y agitación, y finalmente se añadió ácido clorcloren en la caldera de reacción para ajustar el valor de PH a 1,5, y la reacción se extracon éter durante 3 veces para obtener elVanilina cruda con un rendimiento del 92,1%.

(2) se ha preparado ácido 3-metoxi4-hidroximandélico reaccionando o-metoxifenol y ácido gliooxálico; Luego disolver ácido mandélico e hidróxido de sodio en agua, añadir óxido de cobaly anilina, y oxidar la reacción mediante la adición de oxígeno a una velocidad de flujo de 0,23l-min-1 en un autoclave a 125°C. La solución de reacción se ajustcon ácido clorhídrico para ajustar el valor de PH, y luego se filtrpara precip. Al final de la reacción, ajustar el valor de PH de la solución de reacción con ácido clorhídrico, filtro y precipit, a continuación, añadir ácido clorhídrico concentrado y la cantidad adecuada de agua, y llevar a cabo la reacción de calentamiento e hidrólisis. A continuación, añadir ácido clorhídrico concentrado y la cantidad adecuada de agua, e hidrolizar la reacción con el calentamiento. Añadir el éter y agitar, secar la capa de éter en sulfato de sodio, evaporel éter, y separar vanilina y anilina para obtener elVanilina, en brutoComo ácido 3-metoxi4-hidroximandélico, el rendimiento fue del 96,3%.

(3) añadir o-metoxifenol y ácido glioxílico acuoso a la solución acuosa de hidróxido de sodio, y reaccionar a 25 °C con agitación para obtener una solución de reacción de ácido hidroximetoximandélico (que contiene o-metoxifenol sin reaccionar). Añadir catalizador CO-W (1.5: 1) e hidróxido de sodio acuoso a la solución de reacción, y pasar aire a una velocidad de 0,15l-min-1 bajo una presión de 202,6 pa (presión de gauge) a 125 ℃ para llevar a cabo la reacción de oxid, y eliminar el catalizador por filtración, añadir ácido cloral al filtrado para ajustar el valor de PH a 1,5, y extraer el filtrado con éter durante 3 veces, y elContenido en la solución extra.Se extrajo con éter durante 3 veces. El extracto contenía alrededor del 82% de vain.

(4) la mezcla de ácido 3-metoxi4-hidroximandélico se hizo reaccionando o-metoxifenol y ácido glioxálico, luego se agregselenita e hidróxido de sodio a la mezcla, y la reacción de oxidse llevó a cabo bajo la presión de 125 ℃, 202.6 pas (presión gauge), y el aire se pasó a la velocidad de 0,15 L-min-1 aObtener la vainillina cruda, con el rendimientoDel 97%.

(5) añadir o-metoxifenol, ácido glioxílico e hidróxido de sodio al agua y reaccionar a 25°C con agitación. La solución de reacción se ajusta pH 5 con ácido sulfú, y el o-metoxifenol sin reacción se extracon bencen. Añadir agua, hidróxido de sodio y óxido de cobre a la autoclave, calentar a 125 ℃, bajo la presión de 303,9 kpa, pasar aire a la velocidad de 2 L-min-1, y llevar a cabo la reacción de oxidcon agitación, luego filtrar para eliminar el óxido de cobre, yObtener la vainde crudo.

1. 1. 2 aislamiento y refinde vanillin

1La vanilina cruobtenida se ajustal valor de PH de 1.5 con ácido sulfúricoExtraído con metil isobutil cetona por 5 veces, y se separaron la capa acuosa y la capa de metil isobutil cetona; El valor de PH se ajustal valor de PH de 7 con ácido sulfúrico, y la cetona de metiisobutilo se extraen 5 veces a 20 ℃, y se separa, y la cetona de metiisobutilo se evapora, y luego el residuo se destila por la torre de destilación, y la fracción a 149~151 ℃ se recogió para obtener la vanillina pura.

(2) utilizando el grupo aldehído en elMolécula de vanilina y NaHSO3Para generar sodio − -hidroxisulfonato por reacción de adición, y fácilmente soluble en agua, purila vanillin por método de extracción, y luego utiliza acede de butilo para extraer vanillin en la fase orgánica, después de lavado, desolventization, tolueno cristalización, y recristlización de etanol para obtener el producto, y el flujo del proceso se muestra en la Fig. 1.

elPurificación de vainilinaMediante la retroextracción de bisulfito de sodio tiene mejor selectividad y rendimiento, y puede lograr la separación y purificación de la producción industrial.

El método del glioxalato es el más importanteRuta de síntesis de vanilina en la actualidad. Con menos residuos, post-tratamiento conveniente y alto rendimiento, este proceso es el método más utilizado en países extranjeros. Más del 70% de la producción de vanillin en países extranjeros se produce por este método, como Rhodia, cuya capacidad de producción es 6000t-a-1. En la actualidad, sólo un pequeño número de fabricantes adoptan este método, principalmente debido al precio relativamente alto de la producción nacional de ácido gliooxálico, y hay algunos problemas tecnológicos clave, como la reutilización de aguas residuales (1 t de vanillin genera alrededor de 20t de aguas residuales), rendimiento del producto y así sucesivamente, que aún no han sido bien resueltos. Hay algunos problemas técnicos clave como la reutilización de aguas residuales (1 t de vainillina produce unas 20t de aguas residuales), el rendimiento del producto, etc., que no se han resuelto bien. Los fabricantes nacionales principalmente adoptan este método, como Snow Leopard Group, Wuxi Central Asia Chemical Company Limited, Tianjin Northern Spice Factory y Taixing Organic Chemical Factory. Otros fabricantes utilizan principalmente el método de dimetilanilina, pero muchos fabricantes nacionales, como Jihua Company y Zhonghua Chemical Group, están cambiando el proceso original al método de glioxalato.

Además, los países extranjeros también han desarrollado el método tricloroacetaldehído (India), con un rendimiento de alrededor del 60%, el método cloroform, con un rendimiento de alrededor del 39%, y el método de oxidelectrolítica, con un rendimiento de más del 90%, baja contaminación y bajo consumo de energía, pero no hay informe sobre la producción industrializada a gran escala.

1.2 método de dimetilanilina

Tomando N, n-dimetilanilina como materia prima de partida, es acidien sal por ácido clorhídrico, y luego nitroscon nitrito de sodio para obtener compuestos nitroso, condensado con o-metoxifenol y formaldehído para obtener el producto crudo, y luego extraído, concentrado, destilación secundaria, cristalizado, y secado para obtener el producto final vanillin. El proceso de separación de esta ruta es complicado, la tasa de conversión de reacción es baja, el rendimiento de producción es de alrededor del 57%, y los tres residuos son graves, la producción de1 t de vainillina produceAlrededor de 20 t de aguas residuales (que contienen fenoles, alcoholes, aminas aromáticas y nitritos), que es difícil de procesar, y hay otro 1~2 t de residuo sólido. Este proceso ha sido eliminado en países extranjeros, pero sigue siendo el principal método de producción en China, y los fabricantes con mayor escala de producción en China todavía adoptan este método.

1. Método de 3 lignina

La lignina está contenida en materiales de fibra y líquido de desede pulpa, principalmente en forma de lignosulfonato. En la industria del papel, cada t de sulfato de pulpa subproducto líquido de desees es de unos 7 m3, que contiene unos 200 kg de lignosulfonato, y su método de síntesis es oxigenlignosulfonato en medio alcalino, y luegoHidrolizpara obtener vain.

Proceso: el lignosulfonato es reacpor aire comprimido a 155~160℃, la presión es controlada a 0,47 ~ 0,69 Mpa, el líquido oxidado es extraído por 201 − 7 fuerte resina alcalina de intercambio iónico, y la columna de adsores un tándem de dos etapas, y la desorción se lleva a cabo en etapas, con el fin de resolver el problema de contaminación de la resina. La temperatura de adsorfue de 19 ℃, y la solución de desorción fue ácido clorhídrico -50% solución de etanol. El líquido desorlecho fue concentrado bajo presión reducida, destilado con vapor de agua, cristalizado en tolueno por segunda vez, destilado con vapor de agua bajo presión por segunda vez, y recristalizado con etanol para obtener el producto, que está de acuerdo con la norma de aditivos químicos alimentarios.

Este método tiene una amplia fuente de materias primas, una larga historia de producción, bajo costo de las materias primas y la plena utilización de los materiales de desecho, pero el rendimiento del producto es bajo, sólo 10%-15%, y el problema de la contaminación es grave. Se informa que cada 1 t deVanillin produjo cerca de 150 tDe aguas residuales, muchos países, incluyendo los Estados Unidos, han ido eliminando la ruta. Sin embargo, debido al bajo costo de las materias primas y el uso de líquidos de desede papel, el método sigue siendo investigado o tiene el potencial.

1.4 método de Eugenol

El contenido de eugenol en el aceite de clavo es de aproximadamente 85%~90%. Los métodos de síntesis se pueden dividir en 2 tipos: oxiddirecta y oxidindirecta.

1. 4. 1 oxiddirecta

Proceso: en presencia de álcali (NaOH o KOH), el eugenol se isomericon álcali a sal de isoeugenol por cocalentamiento, y la sal de isoeugenol se oxida (los agentes oxidantes son O3, H2O2, K2CrO3 + H2SO4 o nitrobencen, etc.) aObtener sal de vainilinaY entonces la vanilina libre se puede obtener por acidificación.

1. 4. 2 la oxidindirecta

Proceso: en primer lugar, bajo condiciones alcalinas, isomerieugenol para producir isobutilfenol, luego eugenol reacciona con (CH2CO2)O para producir acede de isobutilfenol, y finalmente lo oxida con K2CrO3 +H2SO4, y lo hidroliza a vanilina en medio ácido. El método de oxiddirecta es generalmente adoptado en elProducción industrial de vainillina. La vainillina producida por este proceso tiene mejor aroma, pero la fuente de materias primas es difícil, el costo de producción es alto, y el rendimiento del producto es de alrededor del 60%, por lo que en la actualidad, sólo un pequeño número de fabricantes han adoptado este proceso, y el rendimiento global es muy pequeño. En la actualidad, sólo unos pocos fabricantes adoptan este proceso y la producción global es muy pequeña. Los fabricantes nacionales incluyen principalmente el Shanghai Research Institute of spice of China National Light Industry Council. Además, también hay método de oxidelectroquímica, el rendimiento puede ser de hasta 74,5 %, pero el costo es alto, y no hay informe de producción industrializada.

1. 5 4-hidroxi 3-metoxialcohol bencílico método

Este método oxida directamente el alcohol 4-hidroxi 3-metoxibencílico para producir vanilina.

Proceso: en un reactor, añadir alcohol 4-hidroxi 3-metoxibenílico a una solución acuosa de hidróxido de sodio, luego añadir solución de nitrato de plomo (1 mol de 4-hidroxi 3-metoxibenílico corresponde al equivalente de plomo a 2,5 − 10-3 mol).

El catalizador se mezcló con 1 % PT /C catalizador, y la reacción de oxidse llevó a cabo a 30 ℃, 101,3 pa bajo agitación vigorosa con oxígeno. Después de detener la absorción de oxígeno, el catalizador fue filtrado, y el filtrado fue acidificado con ácido sulfú, filtrado y secadoObtener vainilina con 77.6% de rendimiento.

1. Método 6 p-hidroxibenzaldehído

La vanilina se obtiene a partir del p-hidroxibenzaldehídoPor brominación seguida de metoxilación.

Proceso: p-hidroxibenzaldehído y cloroformse agregen en el reactor, se calienta para disol, y luego la mezcla de bromo y cloroformse añade lentamente y dropwise, y la temperatura de la reacción se controla en (7±2)℃, después de que la reacción se terminó, se deja durante la noche, y luego se fil, y la torta y el producto recuperado del litio madre se secaron juntos para obtener el crudo 4-hidroxi 3-bromobenzaldehído. El producto crudo se recristallizcon agua para obtener el producto puro, y una pequeña cantidad de dibromuro se produjo como un subproducto.

A un reactor con metanol se le añade sodio metálico con agitación. Después de que el sodio se disuelve, se recupera la cantidad adecuada de metanol, y luego se añade DMF, 4-hidroxi 3-bromobenzaldehído y óxido de cobre, y la reacción se lleva a cabo a 96~100℃. Al final de la reacción, el DMF se recuperó bajo presión reducida, y se añadió agua caliente para disolver el residuo, que se filtrmientras estaba caliente. El licor madre fue acidificado con ácido clorhídrico a pH 3~4, filtrado y secado para obtener vanillina cruda, y el producto crudo fue recristallizado con agua aObtener vainde cristal blanco.

El método fue investigado con éxito por la universidad tecnológica de dali, y el rendimiento de cada paso de la reacción de dos pasos es de aproximadamente el 90%, y el rendimiento total es de más del 85%. En el pasado, el DMF se utilizaba como disolvente para la reacción de metilación, que era caro y no fácil de recuperar, pero ahora se ha mejorado el uso de metancomo disolvente en presencia de una pequeña cantidad de DMF y carbonato de cobre como catalizador. Esta ruta de proceso es fácil de obtener materias primas, operación simple, pocos pasos, alto rendimiento, pero el precio de las materias primas es alto. According to thePrecio actual de la vainillina sintetiz.Este proceso no tiene ninguna importancia práctica para la producción. No hay ningún informe sobre la producción directa de vainillina por este proceso en China. Sin embargo, la producción de p-hidroxibenzaldehído en China está aumentando año tras año, y el precio está disminuyendo año tras año, por lo que este método todavía tiene el valor de utilización.

Método de 1,7 4-metilguaiacol

El 4-metilguaiacol está presente en el componente ligero del alquitde de pino, un subproducto de la forestación, bajo el nombre científico p-metil-o-metoxifenol. Se produce disolviendo 4-metilguaiacol en un solvente yOxidante directamente para obtener vanillin.

La ruta de proceso es corta, el rendimiento total es de -75%, el post-tratamiento es simple, los tres residuos son muy pequeños, las aguas residuales producidas por 1 t de producto es de aproximadamente 3 t, el volumen de tratamiento es pequeño, y los productos tienen aroma puro, que se exportprincipalmente a Europa y los Estados Unidos. Este proceso es de reciente desarrollo en los últimos años y ha solicitado la patente de invención nacional, la desventaja es que hay pocas fuentes de materia prima. En la actualidad, sólo Fujian Yongan Forestry Co., Ltd. adopta esta ruta de proceso para la producción.

1. 8 P-cresol método

Generalmente hay dos rutas para el método p-cresol, una es utilizar p-cresol como materia prima, a través de la oxid, monobrominación y metoxil, que es en realidad una extensión del método p-hidroxibenzaldehído. Esta ruta es fácil de operar, y el rendimiento de la primera reacción alcanza el 91%, y se puede utilizar directamente para la siguiente síntesis sin separación, y el rendimiento total puede alcanzar el 85%.

Otra ruta es la cloración de cresoles, seguido por la interacción con metande sodio y la oxidfinal de vanillin. El rendimiento de reacción de esta ruta no es tan bueno como el anterior. La ruta de síntesis de cresol es un método de síntesis relativamente nuevo, que ha sido estudiado principalmente en China, y el país es rico en recursos de cresol, por lo que este método tiene una mejor perspectiva de desarrollo. En la actualidad, no hay ningún informe sobre la producción a gran escala de cresol por este método en el país y en el extranjero.

1. 9 método Safrole

La materia prima del safrole (a partir de aceite natural de safrole) se convierte en isosafrole por tratamiento alcalino, se oxia a piperonal, luego se convierte en aldehído protocatequiico, y finalmenteObtenido vanillin por metilación de sulfato de dimetilo.

Los principales problemas con este proceso son la escasez de materias primas, el alto costo (pero menor que el método eugenol), la complejidad del proceso, y la formación de isovanilina en el producto, que es difícil de eliminar. Fue utilizado por primera vez por Takasago en Japón, pero hay muy pocos fabricantes que utilizan este proceso hoy en día.

2 microbiología

2.1 fermentación microbiana

En 1977, Tadasa K aisló una cepa de Corynebacterium sp. que podíaConvertir eugenol en vanilinaAbriendo así una nueva forma de preparar biológicamente la vainilina. Posteriormente, se descubrió que muchas bacterias y mohos eran capaces de convertir el eugenol, isoeugenol, acetato, glucosa y otros compuestos en vanilina, y la vanilina podría ser sintetizpor fermentación microbiana utilizando una variedad de sustr.

2. 1. 1 Eugenol o isoeugenol como sustr.

Los hongos se utilizan paraConvierte el eugenol o su isómero eugenol en vanilina. Además de Corynebacterium sp., Serratia sp., Klebsiella sp., Enterococcus sp. y Serratia sp. también son capaces de convertir eugenol en vanillina.  Sp., Klebsiella sp., Enter- obacter sp., y ciertos hongos de la clase Hemiptera. Por otra parte, Serratia, Klebsiella y Enterobacter también son capaces de convertir isoeugenol a vanillin, mientras que Bacillus subtilis y Rhodococcus rhodochrous también tienen la capacidad de convertir isoeugenol a vanillin.

Cepas de hongos del orden HemipteraVanillin sintetizpor la conversión de eugenol en bajos rendimientosCon un rendimiento máximo de 0.027 g L-1. Clostridium perfringens cepa B2 fue capaz de convertir isoeugenol a vanillin utilizando isoeugenol como la única fuente de carbono en un rendimiento de 0,61 g L-1, con un rendimiento molar de 12,4 % (en isoeugenol). El rendimiento fue de 0.61 g L-1 con un rendimiento molar de 12.4 % en isoeugenol. El rendimiento molar de vanilina (en isoeugenol) fue de hasta 58 % bajo condiciones óptimas de cultivo de laboratorio cuando se utilizó isoeugenol como sustrpara R. purpurea MTCC289. Serratia marcescens DSM30126 mostró un rendimiento molar de 0,018 g-L-1 de vanilina (en términos de eugenol) en 0,1 % con eugenol como sustrato, y un rendimiento molar de 3,8 g-L-1 de vanilina (en términos de isoeugenol) en 20,5 % con isoeugenol como sustr.

2. 1. 2 ácido ferúlico como sustr.

El ácido ferúlico, conocido químicamente como ácido 4-hidroxi 3-metoxiacetílico, se encuentra ampliamente en subproductos agrícolas como el gluten de maíz y el salvado de grano. Hay dos maneras de hacerloProducir vainilina con ácido ferúlicoComo sustr: uno requiere sólo la acción de una sola bacteria, y el otro requiere la acción combinada de múltiples cepas de bacterias.

Se han reportado cepas únicas de hongos del grupo de Hemiptera, Bacillus coaguly Amycolatopsis sp. para la producción de vanillin por fermentación. El uso de una cepa fúndel orden Hemiptera dio solo 0.0552 g L-1 de vanilina, mientras que la producción de vanilina a partir de 4-vinilguaiacol se logró utilizando Bacillus coagulcepa BK07, que utiliza ácido ferúlico como su única fuente de carbono. Esta cepa fue capaz de metabolizar más del 95% del ácido ferúlico dentro de 7 h, que es el metabolismo más rápido del ácido ferúlico reportado hasta el momentoConversión de ácido ferúlico a vanilinaPor el método patentde Rabenhorst J et al. utilizando la bacteria filamentosa del suelo DSM9992 en rendimientos de hasta 11,5 gL-1 aún no se ha informado.

El "método de bioconversión en dos pasos" Propuesto por Lesage-Meessen L et al. isUn ejemplo típico de producción de vainillina multicepaQue utiliza Aspergillus niger y Pycnoporus cinnabarinus para completar el proceso de transformación. El método utiliza Aspergillus niger y Pycnoporus cinnabarinus para completar todo el proceso de transformación. En primer lugar, Aspergillus niger Las bacterias convirtieron el ácido ferúlico en ácido vanílico con un rendimiento de 0. 92g-L- 1 y un rendimiento molar (en términos de ácido ferúlico) de 0. 92g-L- 1. El rendimiento fue de 0.92g-L- 1, y el rendimiento molar (en términos de ácido ferúlico) fue de 88%; Y luego el ácido vanílico fue reducido a vanilina por Rhodobacter cinnabarinus. La reducción de ácido vanílico a vanilina fue llevada a cabo por M. verticillioides, con un rendimiento de 0.237g-L-1 y un rendimiento molar de 88% (como ácido ferúlico). (el rendimiento fue de 0.237 g L-1 con un rendimiento molar de 22 % (como ácido vanílico). Recientemente, utilizaron el salvado de maíz como la única fuente de carbono en lugar de Recientemente utilizaron el salvado de maíz como la única fuente de carbono en lugar del ácido vanillic para crear un "cristal de vanillin" Sin ninguna medida de purificación. Recientemente han creado un "método de bioconversión de dos pasos" Para obtener cristales de vainilina sin ningún tipo de medidas de purificación mediante el uso de salvado de maíz como única fuente de carbono.

Se encontró que durante elReducción del ácido vanílico a vanilinaPor M. verticillioides, el rendimiento de vanilina se redujo debido a la formación de metoxihidroquinona como subproducto. Cuando la concentración de vanilina en el medio excedía 1,0 g-L-1, produciría una fuerte toxicidad para M. verticillioides, ralentizando su crecimiento, y la proliferación de la cepa no era propicia para la producción de vanilina. Si agregcellobioen el sistema, podemos reducir significativamente la generación de metoxihidroquinona, y aumentar el rendimiento de vanilina en 3,3 veces a 0,725 g L-1. Si añaduna cantidad adecuada de resina XAD-2 para adsorber la vanilina, puede regular la masaConcentración de vanilinaEn el medio y la tasa de crecimiento de la cepa, y podemos mejorar en gran medida el efecto de transferencia de masa mediante el uso del biorreactor agitmecánicamente. Además, el uso de biorreactor de agitación mecánica puede mejorar en gran medida el efecto de transferencia de masa, y el rendimiento de vanillin alcanzará 1.575g-L-1.

2. 1. 3 glucosa como sustr

La glucosa es convertida en ácido vanílico por recombinación de Escherichia coli (Escherichia coli KL7/PKL5.26Aor KL7/PKL5.97A), y luego el ácido vanílico es reducido por arilo aldehído deshidrogenasaAislado de Neurospora crassa para producir vanilina. Se requiere una expresión estable de E. coli recombinantes para que esta tecnología esté disponible industrialmente.

En resumen, aunque el azúcar es barato, cómo realizar la expresión estable de E. coli recombinantes es la clave para el uso práctico. Desde el punto de vista de los recursos de materia prima y la biotecnología en China, la producción de vanilina por bioconversión con isoeugenol y ácido ferúlico como sustres es más prometedora.

2.2 métodos de cultivo de células vegetales

Con el desarrollo de la tecnología moderna de bioingeniería, las personas comenzaron a utilizar cultivos celulares para producir vainilina. El primero fue el cultivo artificial de la célula de Vanilla planifolia, que utilizaba la propiedad de Vanilla planifolia de secretar vanillin extern, pero el rendimiento por unidad de volumen no era alto, sólo alrededor de 0.01g-L-1. En 2005, se encontró un nuevo métodoConvertir aditivos específicos en vainilinaCapsicum frutescens vender, y así sucesivamente. En 2005, se encontró un nuevo método para convertir aditivos específicos en vainilina, como capsicum frutescens.

Cao Mengde et al. encontraron que la adición de diferentes tipos o concentraciones de fitohormonas (ácido naftaleno acético y 6-benil adenina) no tenía efecto sobre el crecimiento de células en cultivo en suspensión de células de G. vivigata, pero el efecto sobre la producción de vanilina era obvio, y el uso de una combinación de ácido naftaleno acético y 6-benil adenina resultó en la producción de una mayor cantidad de vanilina. elLa producción de vanilina se correlacionnegativamente con el crecimiento celularPor lo tanto, un método de cultivo de dos pasos podría ser considerado para la producción de vainilina en células de vainilla. Además, las células de pimienta arborrosa y las células de Haematosossus pluvialis también pueden convertir aditivos (isoeugenol, ácido protocatecúico, ácido cafeico, etc.) en vanilina.

En resumen, la eficiencia de la célula vegetal actualMétodos de cultivo para la producción de vainilinaEs relativamente baja, y todavía hay una gran distancia de la aplicación industrial.

2.3 métodos enzimáticos

Todas las reacciones metabólicas biológicas son reacciones enzim, y aunque el mecanismo de acción de los métodos anteriores no está aún claro, es cierto que se producen por la acción de una o más enzimas. Si estas enzimas pueden ser aisladas y la reacción enzimutilizada,La vainilina se puede obtener directamente.

Van den Heuvel Robert HH et al. de la universidad de Wageningen, países bajos, encontraron que vanillin puede ser producido por vanillyl alco- hol oxid(VAO) a través de dos vías. Uno es elProducción de vainillina a partir de alcohol de alquitrán de madera mediante alcohol vanilílicoEn presencia de VAO; El otro es la conversión de la vanilamina a un producto intermedio por VAO bajo condiciones alcalinas, que luego se hidroliza para producir vanilina. En otro caso, la vanililamina se convierte en un producto intermedio por VAO bajo condiciones alcalinas, y luego se hidroliza para producir vanilina. Algunas patentes han reportado que las lipasllamadas chirazyme L-2, c-f y c2lyo fueron capaces de convertir aldehído de isoeugenol y pino en vanilina, y las fracciones de masa de vanilina obtenidas fueron 30,4 % y 83,1 %, respectivamente.

La reacción enzimtiene ventajas incomparables debido a su alta eficiencia, especificidad, condiciones de reacción suaves, fácil purificación de productos, bajo consumo de energía, baja contaminación, operación simple y fácil control. Sin embargo, cómo hacer uso de la teoría de enzimas, la ingeniería química y la biotecnología moderna para mejorar y modificar las enzimas existentes, estudiar su tecnología de inmovilización y desarrollar reactores multienzimadecuados serán las principales tareas para elProducción enzimde vanilina.

La vanilina es producida por biotransformación de actinomicetosEn cultivos inmovilizados en un medio que contenga fosfatos orgánicos con adición de ácido ferúlico o de ferulato de sodio. En los Estados Unidos, se ha desarrollado una tecnología de dos pasos para la preparación de vanillin a partir de glucosa y se espera que se industrialice en un futuro cercano. Rhodia ha invertido mucho en investigación sobre la tecnología de biofermentación para desarrollar un nuevo proceso para la producción de vainilina para reemplazar la producción química de vanillin.

Lo anteriorMétodos de producción de vainilinaTienen sus propias ventajas y desventajas. Entre los métodos totalmente sintéticos, glioxilato y lignina son más bajos en costo de producción, pero los productos del método de lignina contienen más metales pesados y generalmente no pueden ser utilizados en la industria alimentaria y farmacéutica. Safrole, eugenol y 4-metilguaiacol son métodos semisintéticos, las materias primas son de extractos de plantas naturales, el costo es alto y son productos de calidad natural. Debido a que el safrole es perjudicial para los seres humanos y el isosafrole es difícil de eliminar de los productos, lo que afecta al aroma, los productos de este método generalmente no se utilizan en alimentos y cosméticos. Desde el punto de vista de la calidad del aroma de los productos, el eugenol y el 4-metilguaiacol son mejores, y se utilizan generalmente en materias primas de alto y medio grado de incienso.

3 perspectivas tecnológicas

elRuta de proceso de preparación de vainilina por método de ácido gliooxálicoEs maduro, la fuente de materias primas es amplia, las condiciones del proceso son fáciles de controlar, el rendimiento es alto, la contaminación es menor, y con la madurez de la síntesis de guaiacol por método de fenol, el precio de guaiacol se espera que disminu, lo que hace que esta ruta de proceso más ventajo. Por lo tanto, este proceso es la dirección de desarrollo para la reforma del viejo proceso vanillin en China.

elLa producción de vainillina de p-cresol es un proceso recientemente desarrolladoQue ha sido investigado en profundidad en China. Aunque todavía no ha sido puesto en aplicación a gran escala, habrá progreso pronto. Dado que China es un gran país carbonífero con abundantes recursos de cresol, el desarrollo de esta ruta de proceso tiene una gran importancia estratégica y perspectivas de desarrollo.

Eugenol y 4-metilguaiacol, que utilizanExtractos naturales de plantas como materia primaSon productos de calidad natural con buen aroma y tienen un cierto mercado en los países desarrollados. Este tipo de proceso no sólo puede utilizar plenamente nuestros recursos, sino que también es una buena variedad para la exportación y la obtención de divisas, por lo que este tipo de método semisintético todavía necesita ser desarrollado.

La fermentación microbiana, especialmente el uso de materias primas naturales para producir productos de fermentación, será un tema importante en la investigación de la síntesis de vanilina. China se encuentra todavía en la etapa inicial en este campo, y sólo Cao Mengde y otros de la universidad de ciencia y tecnología de Huazhong (HUST) han estudiado el cultivo de suspensión de células de vanillin, y Yao Risheng y otros de la universidad de tecnología de Hefei (HFUT), junto con Xiamen Yongquan Group Company Limited (XMG), han investigado sobre la producción de vanillin por el método de bio-oxid. elProducción de vanilina por el método de biooxid.Ha atraído cada vez más la atención, y muchas famosas empresas productoras de vainillina en el mundo, como Schniken (Italia), Boreai (Noruega) y Monsanto (EE.UU.), han reforzado sus investigaciones sobre la producción de vanillin por el método de bio-oxidcon el fin de ocupar una posición dominante en el futuro mercado de sabores y fragancias.

Además, muchos académicos en el país y en el extranjero también han llevado a cabo una gran cantidad de investigación sobre elProceso de purificación de vainilinaY propuso nuevos procesos como el método de aminoácidos, el método de hidrocarburos saturados, etc., pero ninguno de ellos ha sido aplicado a la producción industrializada por diversas razones.

Referencias:

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