一种采用发酵的方法制备天然香料γ-癸内酯的方法技术

技术编号:20089154 阅读:29 留言:0更新日期:2019-01-15 08:16
本发明专利技术涉及一种采用发酵的方法制备天然香料γ‑癸内酯的方法,其特征在于,包括:以蓖麻油酸钙为底物,采用微生物发酵法制备γ‑癸内酯。本发明专利技术的方法相比常规以蓖麻油酸为底物发酵制备γ‑癸内酯的油水两相体系,不同之处在于利用蓖麻油酸钙在培养基中缓慢释放蓖麻油酸,及硅油对产物γ‑癸内酯的原位移除,建立一种蓖麻油酸钙‑蓖麻油酸‑水‑硅油的固‑液‑液‑液四相转化体系。该体系中蓖麻油酸在发酵液中的的乳化效果更好,并能有效减除水相中较高浓度蓖麻油酸及γ‑癸内酯对酵母细胞的抑制作用,有助于提升产物转化速率及产物单批积累量,缩短发酵周期。

【技术实现步骤摘要】
一种采用发酵的方法制备天然香料γ-癸内酯的方法
本专利技术属于生物工程领域,涉及一种采用发酵的方法制备天然香料γ-癸内酯的方法,具体来说是一种以蓖麻油酸钙为底物,通过酵母生物转化生产制备天然香料γ-癸内酯方法。
技术介绍
γ-癸内酯(γ-decalactone,GDL),又名丙位癸内酯,其分子式为C10H18O2,相对分子量为170.25,为具有五元内酯环的十碳化合物。其天然的存在于桃子、杏仁和草莓等水果中,具有强烈的果香气息,被大量的应用于食品和饮料中。此外,γ-癸内酯在花香型日用香精中被广泛用做协调剂,在果香型香精中做主香剂,是调配奶油、牛奶、桃子、黄油、苹果等食用和日用香精的常用原料。不论是复配使用,还是单独使用,γ-癸内酯都是具有很高价值的香料物质。而生物法制备γ-癸内酯因为其天然属性和其原料的廉价性日益成为科研工作者的研究重点,并在减除产物和底物对酵母的毒害研究越来越深入,为以后该产品的产业化打下了基础。目前用微生物发酵法制备γ-癸内酯用到的底物主要以蓖麻油、蓖麻油酸甲酯和蓖麻油酸这几种形式。而这三种物质都具有难溶于水的性质,它们作为油相存在于水相,油滴容易聚集在一起,因此它们在水中的离散度也就很差。这导致这三种物质在水相中同酵母细胞进行物料传递时受到限制,使得酵母细胞与底物接触的不够充分,致使酵母对底物的利用程度减少。而目前解决该问题的相关办法一般有以下几点:(1)向发酵液中加入乳化剂,以增强底物在水相中的分散性,虽然这些表面活性剂使得油性的底物在水中的分散性增强,提高了底物向细胞中的运输速率,但其副作用是对酵母细胞有一定的伤害,甚至高溶度的加入会破会细胞膜的稳定性,抑制细胞的生长,反而使得γ-癸内酯的产量降低;(2)加大底物的用量,即使用高浓度的底物去转化,这样使得酵母与底物的接触频率增强,一定转化时间内可以使得γ-癸内酯的产量提升,但较高浓度的底物会出现底物抑制效应,不利于细胞的生长,即使产量得到提升,γ-癸内酯和油的比例也降低很多,使得后续产物的分离提纯增加了难度,不利于产品的工业化生产;(3)对底物进行包埋处理,这样使得底物在水中的分散性得到加强,并对底物起到缓释作用。或对酵母细胞进行固定化处理,减少底物和产物对酵母的毒害作用;(4)对酵母细胞膜用有机溶剂或无机盐进行通透性处理,加快底物传递到细胞内,使γ-癸内酯的生成速率提高;(5)加入非水溶性物质,对产物进行原位分离,减除产物γ-癸内酯对酵母细胞的毒害,但原位分离物质通常在减除抑制的同时也对酵母细胞产生破坏。
技术实现思路
针对现有技术中的上述技术问题,本专利技术提供了一种采用发酵的方法制备天然香料γ-癸内酯的方法,以解决γ-癸内酯产量低,底物在发酵液中分散性差,产物对菌体毒害性高的技术问题。为了解决上述技术问题,本专利技术提供了一种采用发酵的方法制备天然香料γ-癸内酯的方法,其特征在于,包括:以蓖麻油酸钙为底物,采用微生物发酵法制备γ-癸内酯。优选地,所述的采用发酵的方法制备天然香料γ-癸内酯的方法还包括:待γ-癸内酯浓度达到4.5-5.5g/L时,加入发酵液体积分数为20~50%的硅油,继续培养。优选地,所述的微生物发酵法的具体步骤包括:在无菌的操作条件下,将高活性干酵母粉按照8.00~25.00g/L的接种量转接于已经灭菌的发酵培养基中,混匀后,再加入3.19~40.00g/L的底物蓖麻油酸钙,于恒温摇床中进行培养,培养条件为:28~37℃,转速200~300rpm,培养时间12~108h;待培养基中γ-癸内酯浓度达到4.5-5.5g/L时,无菌操作加入发酵液体积分数为20~50%的硅油,继续培养。更优选地,待培养基中γ-癸内酯浓度达到5.0g/L附近时,无菌操作加入发酵液体积分数为20~50%的硅油,继续培养。更优选地,所述的发酵培养基每升中含有1.48~10.72g的磷酸氢二钾、5.24~12.45g的磷酸二氢钾、10.00~30.00g的葡萄糖、0.10~1.00g的氯化钙、5.00~10.00g的七水硫酸镁、0.10~0.20g的L-肉碱,pH为5.80~6.80。更优选地,所述的发酵培养基在121℃,湿热灭菌10-20min,冷却后使用。优选地,所述的蓖麻油酸钙的制备步骤包括:先将蓖麻油酸与质量分数为5%-15%氢氧化钠水溶液按照摩尔质量比为1.0:1.0-1.2投料,在有搅拌冷凝回流的条件下,70-90℃下加热6-10h,进行皂化反应生成蓖麻油酸钠,反应结束后,冷却到室温待用;再将配置好的质量分数为5%-15%氯化钙水溶液与待用的蓖麻油酸钠水溶液按照摩尔质量比为1.0:2.1-2.3进行反应,反应时要将氯化钙水溶液用蠕动泵滴加到蓖麻油酸钠水溶液中,反应将生成白色固体,并进行真空抽滤,然后用蒸馏水洗涤抽滤得到的白色固体,直到洗脱液pH为中性,于75-85℃下真空干燥至恒重,用粉碎机将真空干燥后的白色块状固体粉碎成白色粉末;再用二氯甲烷洗掉白色粉末中残留的蓖麻油酸,抽滤并真空干燥除掉二氯甲烷,再用粉碎机将其粉碎成白色粉末,最终得到蓖麻油酸钙粉末。优选地,所述的硅油为聚硅氧烷、甲基硅油、二甲基硅油或二甲聚硅氧烷。优选二甲聚硅氧烷。本专利技术通过另一种途径去解决当使用蓖麻油酸为底物出现的不利,即将蓖麻油酸转化为脂肪酸盐-蓖麻油酸钙的形式去进行生物转化,而脂肪酸盐又是一种表面活性剂,可以增强发酵液的乳化效果;同时将呈液态的蓖麻油酸转化成为固态的蓖麻油酸钙,再偏酸性的培养条件下会缓慢释放蓖麻油酸起到对底物的缓释作用。而在后期中由于蓖麻油酸的全部缓释出,以及γ-癸内酯的积累,通过引入对酵母毒害作用小的有机溶剂硅油进行原位分离,减除产物对酵母的抑制,进一步提高了γ-癸内酯分批发酵积累量。本专利技术的方法相比常规以蓖麻油酸为底物发酵制备γ-癸内酯的油水两相体系,不同之处在于利用蓖麻油酸钙在培养基中缓慢释放蓖麻油酸,及硅油对产物γ-癸内酯的原位移除,建立一种蓖麻油酸钙-蓖麻油酸-水-硅油的固-液-液-液四相转化体系。该体系中蓖麻油酸在发酵液中的的乳化效果更好,并能有效减除水相中较高浓度蓖麻油酸及γ-癸内酯对酵母细胞的抑制作用,有助于提升产物转化速率及产物单批积累量,缩短发酵周期。与现有技术相比,本专利技术具有如下有益效果:本专利技术打破常规生物转化γ-癸内酯以蓖麻油酸、蓖麻油或蓖麻油酸甲酯为底物的液-液两相体系发酵模式,首次采用蓖麻油酸钙-蓖麻油酸-水-硅油的固-液-液-液四相转化体系。这种固-液-液-液四相发酵模式,以蓖麻油酸钙作为底物,蓖麻油酸钙在一定pH范围的培养基中缓慢转变为微小的蓖麻油酸油滴,达到蓖麻油酸的缓释效果,有效的降低了较高浓度蓖麻油酸对酵母细胞的抑制作用。同时通过蓖麻油酸钙缓释得到的微小的蓖麻油酸油滴又与发酵液中水相在不断搅拌状态下形成良好均一的乳化体系,增强了蓖麻油酸与菌体的接触,提升了蓖麻油酸向酵母细胞胞内运输的速率,最终有效提升了γ-癸内酯的产物生成速率,与此同时生成的γ-癸内酯又被硅油转移至硅油分离相,使发酵液水相中γ-癸内酯含量下降到较低水平,减除了高浓度γ-癸内酯对酵母细胞酶活的抑制,达到了提高γ-癸内酯的分批发酵产量的目的,最终分批发酵γ-癸内酯最终可达到8.12g/L。附图说明图1是实施例1和2、实施例3和4、实本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种采用发酵的方法制备天然香料γ‑癸内酯的方法,其特征在于,包括:以蓖麻油酸钙为底物,采用微生物发酵法制备γ‑癸内酯。

【技术特征摘要】
1.一种采用发酵的方法制备天然香料γ-癸内酯的方法,其特征在于,包括:以蓖麻油酸钙为底物,采用微生物发酵法制备γ-癸内酯。2.如权利要求1所述的采用发酵的方法制备天然香料γ-癸内酯的方法,其特征在于,还包括:待γ-癸内酯浓度达到4.5-5.5g/L时,加入发酵液体积分数为含量20~50%的硅油,继续培养。3.如权利要求1所述的采用发酵的方法制备天然香料γ-癸内酯的方法,其特征在于,所述的微生物发酵法的具体步骤包括:在无菌的操作条件下,将高活性干酵母粉按照8.00~25.00g/L的接种量转接于已经灭菌的发酵培养基中,混匀后,再加入3.19~40.00g/L的底物蓖麻油酸钙,于恒温摇床中进行培养,培养条件为:28~37℃,转速200~300rpm,培养时间12~108h;待培养基中γ-癸内酯浓度达到4.5-5.5g/L时,无菌操作加入发酵液体积分数为20~50%的硅油,继续培养。4.如权利要求3所述的采用发酵的方法制备天然香料γ-癸内酯的方法,其特征在于,待培养基中γ-癸内酯浓度达到5.0g/L时,无菌操作加入发酵液体积分数为20~50%的硅油,继续培养。5.如权利要求3所述的采用发酵的方法制备天然香料γ-癸内酯的方法,其特征在于,所述的发酵培养基每升中含有1.48~10.72g的磷酸氢二钾、5.24~12.45g的磷酸二氢钾、10.00~30.00g的葡萄糖、0.10...

【专利技术属性】
技术研发人员:荣绍丰张俊杰管世敏李茜茜张硕蔡宝国
申请(专利权)人:上海应用技术大学
类型:发明
国别省市:上海,31

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