在多數情況下，風味和芳香物質是複雜的混合物，一種確切的風味或芳香有時取決於多種物質的均衡，也有時主要取決於一種單一的物質。本書中介紹的風味物質包括芳香（嗅感）風味物質、味感風味物質（鹹味、酸味、甜味、苦味、鮮味）和特殊的感覺物質。雖然國內外學術期刊每年都會發表大量風味物質生物合成的研究報告，但對風味物質的生物技術生產進行系統介紹的書籍尚不多見，國內還是空白。在借鑑了國外最新研究成果的基礎上，本書進行了系統概括和總結，並結合作者自身進行的研究作了詳細闡述。因此，編寫本書的目的是闡述風味物質生物技術生產的基本原理和技術，並通過對國內外特定風味物質生產和研究的分析，為讀者開展類似的研究提供分析問題和解決問題的思考與方法。風味物質產品的類別非常多，但生物技術生產和研究的思路方法是可以通用或借鑑的。在這一方面，相信本書會對讀者產生積極的影響。另外，特別要說明的是，一些傳統的用生物技術生產的風味物質，由於國內已出版了一些專門的書籍，因此，本書中只進行了簡單的介紹。
基本介紹
- 書名：食品風味物質與生物技術
- 出版社：輕工業出版社
- 開本：0開
- 品牌：輕工業出版社
- 作者：王淼 田亞平
- ISBN：7501942749
媒體推薦,圖書目錄,文摘,
媒體推薦
前言
風味物質對於食品、飼料、化妝品和製藥工業極其重要。目前，世界上風味和芳香物質的年產值約為70億美元，占據了25%的食品添加劑市場，且逐年增長。遺憾的是，在現今生產的風味物質中，85%的產品是通過化學合成方法得到的。但是用化學法合成的風味物質存在一些嚴重缺陷，而長期以來植物作為天然風味物質的重要來源，也存在有效成分含量低、分離困難、受氣候和植物病害影響等問題。
幾十年來，生物技術已經成為許多物質生產的經濟、有效的手段，這些物質包括青黴素等抗生素和檸檬酸等化學品。20世紀70年代基因工程的出現給生物加工技術和產品帶來了新的生機。由重組菌生產高價值的生物藥品引起人們的廣泛興趣，與此同時，生物技術在其他方面的套用也日益增長。由於上述一些原因，人們對風味物質的生物合成越來越感興趣。這方面的工作不僅為生物技術開闢了一個新的研究領域，而且也是解決食品、製藥等工業對天然風味物質的需求不斷增長這一問題的一個有效途徑。
目前，風味物質的生物合成主要有兩條途徑：一是利用適當的前體物通過酶進行生物轉化，酶可以是從微生物或其他生物中提取的純酶，也可以是利用微生物培養過程中分泌到培養基中的混合酶，通過酶轉化可將低附加值的前體物轉化成具有高附加值的目的產物；二是從簡單、便宜的營養物質開始，如葡萄糖和胺基酸等，經微生物發酵生產出目的風味物質。
在多數情況下，風味和芳香物質是複雜的混合物，一種確切的風味或芳香有時取決於多種物質的均衡，也有時主要取決於一種單一的物質。本書中介紹的風味物質包括芳香(嗅感)風味物質、味感風味物質(鹹味、酸味、甜味、苦味、鮮味)和特殊的感覺物質。雖然國內外學術期刊每年都會發表大量風味物質生物合成的研究報告，但對風味物質的生物技術生產進行系統介紹的書籍尚不多見，國內還是空白。在借鑑了國外最新研究成果的基礎上，本書進行了系統概括和總結，並結合作者自身進行的研究作了詳細闡述。因此，編寫本書的目的是闡述風味物質生物技術生產的基本原理和技術，並通過對國內外特定風味物質生產和研究的分析，為讀者開展類似的研究提供分析問題和解決問題的思路與方法。風味物質產品的類別非常多，但生物技術生產和研究的思路與方法是可以通用或借鑑的。在這一方面，相信本書會對讀者產生積極的影響。另外，特別要說明的是，一些傳統的用生物技術生產的風味物質，由於國內已出版了一些專門的書籍，因此，本書中只進行了簡單的介紹。
儘管作者力圖在本書中注重系統性、實踐性和前沿性，但限於作者本人的學術功底、研究經驗和寫作能力，書中難免有錯誤和不妥之處。若蒙賜教，不勝感激!
參加本書編寫的還有童群義博士。在編寫過程中，作者得到了前輩、同行和朋友們的關心和幫助。
在出版過程中，編者得到了中國輕工業出版社的大力支持。在此，編者向所有對此書的出版給予關心和支持的人們，表示深切的謝意!
風味物質對於食品、飼料、化妝品和製藥工業極其重要。目前，世界上風味和芳香物質的年產值約為70億美元，占據了25%的食品添加劑市場，且逐年增長。遺憾的是，在現今生產的風味物質中，85%的產品是通過化學合成方法得到的。但是用化學法合成的風味物質存在一些嚴重缺陷，而長期以來植物作為天然風味物質的重要來源，也存在有效成分含量低、分離困難、受氣候和植物病害影響等問題。
幾十年來，生物技術已經成為許多物質生產的經濟、有效的手段，這些物質包括青黴素等抗生素和檸檬酸等化學品。20世紀70年代基因工程的出現給生物加工技術和產品帶來了新的生機。由重組菌生產高價值的生物藥品引起人們的廣泛興趣，與此同時，生物技術在其他方面的套用也日益增長。由於上述一些原因，人們對風味物質的生物合成越來越感興趣。這方面的工作不僅為生物技術開闢了一個新的研究領域，而且也是解決食品、製藥等工業對天然風味物質的需求不斷增長這一問題的一個有效途徑。
目前，風味物質的生物合成主要有兩條途徑：一是利用適當的前體物通過酶進行生物轉化，酶可以是從微生物或其他生物中提取的純酶，也可以是利用微生物培養過程中分泌到培養基中的混合酶，通過酶轉化可將低附加值的前體物轉化成具有高附加值的目的產物；二是從簡單、便宜的營養物質開始，如葡萄糖和胺基酸等，經微生物發酵生產出目的風味物質。
在多數情況下，風味和芳香物質是複雜的混合物，一種確切的風味或芳香有時取決於多種物質的均衡，也有時主要取決於一種單一的物質。本書中介紹的風味物質包括芳香(嗅感)風味物質、味感風味物質(鹹味、酸味、甜味、苦味、鮮味)和特殊的感覺物質。雖然國內外學術期刊每年都會發表大量風味物質生物合成的研究報告，但對風味物質的生物技術生產進行系統介紹的書籍尚不多見，國內還是空白。在借鑑了國外最新研究成果的基礎上，本書進行了系統概括和總結，並結合作者自身進行的研究作了詳細闡述。因此，編寫本書的目的是闡述風味物質生物技術生產的基本原理和技術，並通過對國內外特定風味物質生產和研究的分析，為讀者開展類似的研究提供分析問題和解決問題的思路與方法。風味物質產品的類別非常多，但生物技術生產和研究的思路與方法是可以通用或借鑑的。在這一方面，相信本書會對讀者產生積極的影響。另外，特別要說明的是，一些傳統的用生物技術生產的風味物質，由於國內已出版了一些專門的書籍，因此，本書中只進行了簡單的介紹。
儘管作者力圖在本書中注重系統性、實踐性和前沿性，但限於作者本人的學術功底、研究經驗和寫作能力，書中難免有錯誤和不妥之處。若蒙賜教，不勝感激!
參加本書編寫的還有童群義博士。在編寫過程中，作者得到了前輩、同行和朋友們的關心和幫助。
在出版過程中，編者得到了中國輕工業出版社的大力支持。在此，編者向所有對此書的出版給予關心和支持的人們，表示深切的謝意!
圖書目錄
第一章 概述
第二章 糖苷類芳香化合物的生物合成
第一節 糖苷類芳香化合物的研究狀況
第二節 前體的分析方法
第三節 糖苷縮合的風味物質的化學組成
第四節 在植物中糖苷結合的揮發性化合物的作用
第五節 糖苷縮合的芳香化合物的生物技術轉化
第六節 基因工程的套用
第三章 單萜的微生物生物轉化
第一節 概述
第二節 單萜生物轉化的優勢
第三節 單萜生物轉化中的問題
第四節 單萜的生物轉化中的微生物轉化反應
第五節 單萜降解途徑的遺傳學
第四章 類異戊二烯的生物合成
第一節 類異戊二烯的生物合成
第二節 類異戊二烯生物合成的位置
第三節 類異戊二烯生物合成的方法
第五章 內酯的生物技術生產
第一節 概述
第二節 內酯的發酵法生產
第三節 內酯的酶法合成
第六章 酯類化合物的發酵生產
第一節 酯類化合物的搖瓶發酵條件
第二節 酯類化合物的分批發酵過程和代謝機理
第三節 酯類風味物質的萃取發酵
第七章 食品甜昧劑的生產
第一節 概述
第二節 澱粉糖及糖質原料類甜味劑
第三節 胺基酸、肽、蛋白類甜味劑
第四節 多元糖醇類甜味劑
第八章 食品酸味劑的生產
第一節 檸檬酸的發酵生產
第二節 乳酸的發酵生產
第三節 蘋果酸的發酵生產
第九章 食品鮮味劑的生產
第一節 概述
第二節 發酵法生產食品鮮味劑
第三節 酶法生產食品鮮味劑
第四節 其他複合風味物質的生產
第十章 酶和風味生物技術
第一節 概述
第二節 水解酶
第三節 氧化還原作用
第四節 C—C鍵的形成反應
第五節 其他各類酶
第十一章 套用真菌孢子和固定化細胞進行的特殊轉化過程
第一節 概述
第二節 特殊催化劑
第三節 香料化合物生產過程實例
第十二章 植物細胞培養技術生產香氣產品
第一節 概述
第二節 植物細胞培養生產香氣產品
參考文獻
第二章 糖苷類芳香化合物的生物合成
第一節 糖苷類芳香化合物的研究狀況
第二節 前體的分析方法
第三節 糖苷縮合的風味物質的化學組成
第四節 在植物中糖苷結合的揮發性化合物的作用
第五節 糖苷縮合的芳香化合物的生物技術轉化
第六節 基因工程的套用
第三章 單萜的微生物生物轉化
第一節 概述
第二節 單萜生物轉化的優勢
第三節 單萜生物轉化中的問題
第四節 單萜的生物轉化中的微生物轉化反應
第五節 單萜降解途徑的遺傳學
第四章 類異戊二烯的生物合成
第一節 類異戊二烯的生物合成
第二節 類異戊二烯生物合成的位置
第三節 類異戊二烯生物合成的方法
第五章 內酯的生物技術生產
第一節 概述
第二節 內酯的發酵法生產
第三節 內酯的酶法合成
第六章 酯類化合物的發酵生產
第一節 酯類化合物的搖瓶發酵條件
第二節 酯類化合物的分批發酵過程和代謝機理
第三節 酯類風味物質的萃取發酵
第七章 食品甜昧劑的生產
第一節 概述
第二節 澱粉糖及糖質原料類甜味劑
第三節 胺基酸、肽、蛋白類甜味劑
第四節 多元糖醇類甜味劑
第八章 食品酸味劑的生產
第一節 檸檬酸的發酵生產
第二節 乳酸的發酵生產
第三節 蘋果酸的發酵生產
第九章 食品鮮味劑的生產
第一節 概述
第二節 發酵法生產食品鮮味劑
第三節 酶法生產食品鮮味劑
第四節 其他複合風味物質的生產
第十章 酶和風味生物技術
第一節 概述
第二節 水解酶
第三節 氧化還原作用
第四節 C—C鍵的形成反應
第五節 其他各類酶
第十一章 套用真菌孢子和固定化細胞進行的特殊轉化過程
第一節 概述
第二節 特殊催化劑
第三節 香料化合物生產過程實例
第十二章 植物細胞培養技術生產香氣產品
第一節 概述
第二節 植物細胞培養生產香氣產品
參考文獻
文摘
書摘
長期以來，人們也把描述香味的方法用於某些微生物的分類。隨著有機化學領域中一些儀器分析手段的套用和改進，如氣相色譜和質譜分析方法，越來越多的微生物風味揮發物質得以鑑定。實際上，微生物能生產很多種類的風味物質，下面對微生物所生產的風味物質的一些重要類群進行簡單介紹。
(1)萜烯類化合物 通常是賦予香精油特殊香味的重要組分，它們由異戊二烯單體組所構成，可以是環狀的、開鏈的、飽和的或不飽和的等各種形式。產萜烯的微生物大多是真菌，多見於腐爛的松木上，屬於子囊菌類和擔子菌綱。
(2)內酯類化合物 與味覺感應有關係，如它們與果味、椰子味、奶油味、甜味或堅果味有關。現今主要通過化學法合成，但採用微生物法生產此類化合物將比化學法合成有更多的優越性，特別是生產具有旋光性的內酯。例如，土壤真菌綠色木霉(Tricho—dermaviride)在簡單生長培養基上可產生具有濃郁椰子味的物質，顯示其主體特徵的化合物是6—戊烷基—2—吡喃酮，其產物濃度可達170mg/L，而用化學法合成該化合物則需經過七步完成；香氣擲孢酵母可通過發酵生產4—癸內酯達1．6mg/L，該物質具有強烈的桃香味。
(3)吡嗪類化合物 是加熱食品中所具有的典型的香味組分，它可使其賦予特殊的焙烤風味或堅果的風味。例如，它存在於焙烤的堅果、咖啡、可可豆、焙烤製品和肉製品中。在正常情況下，這些化合物是通過美拉德反應(氨基和糖的褐變反應)形成的。但從蔬菜中也能分離出吡嗪類化合物，它們具有豌豆或新鮮蔬菜的鮮味。有一些微生物也能合成吡嗪類化合物，如谷氨酸棒桿菌能產生四甲基吡嗪。將吡嗪化合物加入到食品中，能使食品產生堅果味、咖啡味、朱古力味和香蕉味等。對於需要增加焙烤風味的食品，如微波爐食品來說，因其在加工過程中不能進行非酶褐變反應，故需添加天然吡嗪類化合物。
(4)酯類化合物 是另一類重要的風味物質，具有迷人的水果香味，它們是水果中的主要香味物質。但在水果中含量很低，大部分只為1～1OOmg/kg。早在一個世紀以前，人類就首次合成了這類風味物質，並已經知道可通過微生物法生產。
微生物發酵或轉化技術生產風味物質，克服了長期以來植物作為天然風味物質惟一來源而存在的有效成分含量低、分離困難、受氣候和植物病害影響等缺陷。具體來說，生物轉化或微生物發酵法生產風味物質的優點是：
(1)得到的產品是天然的；
(2)由於底物和反應的高度專一性，因而可保證產品具有確定的化學立體結構；
(3)反應條件的最佳化可以生產出結構複雜、性質一致的產品，並達到恆定的生產速率；
(4)可在溫和條件下實現水溶液中化學方法不可能完成的多步反應；
(5)此外，這一過程不受氣候、植物病害和原料貿易等外界環境條件的影響。
隨著生物技術的不斷發展，微生物基因工程和植物基因工程技術在風味物質的合成方面已表現出很大的潛力，國際上不少學者進一步認為，植物細胞和組織培養技術將是21世紀風味物質生產的最有前途的手段。
2．生物催化劑的區域和立體選擇性
單萜的完整構象，特別是它的立體化學組成，強烈地影響單萜的感官性質(見表3—1)。因此，單萜的改性要求反應具有高度的區域和立體專一性。由於酶一般具有絕對的區域和立體專一性，因此，生物技術方法特別適用於這種類型的轉化。
遺憾的是，到目前為止，在許多生物轉化的報告中，不僅沒有最終產品的立體異構組成的說明，而且也沒有闡明所用底物的立體異構體或者底物是否是外消旋的混合物。外消旋混合物底物的使用，使得難以對生物催化劑的性質作出結論。檸檬醛、香葉醛和橙花醛的混合物作為底物使用也有缺點。在有些研究報導中，敘述了產物的光學旋光性，但沒有給出產品光學純度的信息。
(一)萃取發酵過程
萃取發酵是近十年來國際上出現的一種新型發酵技術，其基本特點是通過將萃取過程和發酵過程相結合，在發酵過程中可連續地去除產物，以達到提高生產率的目的。眾所周知，在有產物形成的發酵過程中，存在幾種典型的情況：
(1)發酵液中產物積累到一定程度會抑制細胞生長或產物的進一步形成。如丙酮丁醇發酵中，當丙酮丁醇質量濃度達到10—15g/L時細胞生長就受到抑制。
(2)發酵產物分泌到培養基中去也會惡化微生物生長的物理環境。如發酵生產多聚糖，隨著多聚糖在培養基中的積累，培養基的黏度升高，這便限制了傳氧過程，影響細胞的生長發酵。
(3)發酵環境因素也對產物形成有影響。如基質中發酵產物可能被微生物分泌的酶所降解，或者產物被攪拌式反應器攪拌所產生的高剪下力所破壞，也可能由於產物在發酵液中的溶解度低而被通入的氣流所帶走等。因此，當發酵過程中產物的形成影響到發酵的進一步進行或者發酵環境因素影響到產物的形成時，必須將發酵產物隨時取走。萃取發酵就是能達到這一要求的技術之—。
不管是發酵產物影響了菌體生長發酵，還是環境因素影響到產物的形成，在進行萃取發酵時所用溶劑都必須與培養基直接接觸，以便產物能被萃取到溶劑當中去。圖6—17顯示了兩種培養基和溶劑在萃取發酵中相接觸的基本過程。在第一個過程中[圖6—17(1)]，發酵罐中溶劑被攪拌器攪拌分散均勻，在液相中形成相當大的表面積，這樣將對基質的傳遞非常有利。然後部分溶劑和培養基的混合液流入分離器中，培養基和溶劑隨後靠重力或離心分離。萃取到溶劑中去的產物再被分離，溶劑再生後又可回到發酵罐中重新使用。分離後的培養基可回到發酵罐或者不用。總的來講，發酵可在分批、流加，或者連續的形式下進行，而溶劑也可連續或分階段地加入。
……
長期以來，人們也把描述香味的方法用於某些微生物的分類。隨著有機化學領域中一些儀器分析手段的套用和改進，如氣相色譜和質譜分析方法，越來越多的微生物風味揮發物質得以鑑定。實際上，微生物能生產很多種類的風味物質，下面對微生物所生產的風味物質的一些重要類群進行簡單介紹。
(1)萜烯類化合物 通常是賦予香精油特殊香味的重要組分，它們由異戊二烯單體組所構成，可以是環狀的、開鏈的、飽和的或不飽和的等各種形式。產萜烯的微生物大多是真菌，多見於腐爛的松木上，屬於子囊菌類和擔子菌綱。
(2)內酯類化合物 與味覺感應有關係，如它們與果味、椰子味、奶油味、甜味或堅果味有關。現今主要通過化學法合成，但採用微生物法生產此類化合物將比化學法合成有更多的優越性，特別是生產具有旋光性的內酯。例如，土壤真菌綠色木霉(Tricho—dermaviride)在簡單生長培養基上可產生具有濃郁椰子味的物質，顯示其主體特徵的化合物是6—戊烷基—2—吡喃酮，其產物濃度可達170mg/L，而用化學法合成該化合物則需經過七步完成；香氣擲孢酵母可通過發酵生產4—癸內酯達1．6mg/L，該物質具有強烈的桃香味。
(3)吡嗪類化合物 是加熱食品中所具有的典型的香味組分，它可使其賦予特殊的焙烤風味或堅果的風味。例如，它存在於焙烤的堅果、咖啡、可可豆、焙烤製品和肉製品中。在正常情況下，這些化合物是通過美拉德反應(氨基和糖的褐變反應)形成的。但從蔬菜中也能分離出吡嗪類化合物，它們具有豌豆或新鮮蔬菜的鮮味。有一些微生物也能合成吡嗪類化合物，如谷氨酸棒桿菌能產生四甲基吡嗪。將吡嗪化合物加入到食品中，能使食品產生堅果味、咖啡味、朱古力味和香蕉味等。對於需要增加焙烤風味的食品，如微波爐食品來說，因其在加工過程中不能進行非酶褐變反應，故需添加天然吡嗪類化合物。
(4)酯類化合物 是另一類重要的風味物質，具有迷人的水果香味，它們是水果中的主要香味物質。但在水果中含量很低，大部分只為1～1OOmg/kg。早在一個世紀以前，人類就首次合成了這類風味物質，並已經知道可通過微生物法生產。
微生物發酵或轉化技術生產風味物質，克服了長期以來植物作為天然風味物質惟一來源而存在的有效成分含量低、分離困難、受氣候和植物病害影響等缺陷。具體來說，生物轉化或微生物發酵法生產風味物質的優點是：
(1)得到的產品是天然的；
(2)由於底物和反應的高度專一性，因而可保證產品具有確定的化學立體結構；
(3)反應條件的最佳化可以生產出結構複雜、性質一致的產品，並達到恆定的生產速率；
(4)可在溫和條件下實現水溶液中化學方法不可能完成的多步反應；
(5)此外，這一過程不受氣候、植物病害和原料貿易等外界環境條件的影響。
隨著生物技術的不斷發展，微生物基因工程和植物基因工程技術在風味物質的合成方面已表現出很大的潛力，國際上不少學者進一步認為，植物細胞和組織培養技術將是21世紀風味物質生產的最有前途的手段。
2．生物催化劑的區域和立體選擇性
單萜的完整構象，特別是它的立體化學組成，強烈地影響單萜的感官性質(見表3—1)。因此，單萜的改性要求反應具有高度的區域和立體專一性。由於酶一般具有絕對的區域和立體專一性，因此，生物技術方法特別適用於這種類型的轉化。
遺憾的是，到目前為止，在許多生物轉化的報告中，不僅沒有最終產品的立體異構組成的說明，而且也沒有闡明所用底物的立體異構體或者底物是否是外消旋的混合物。外消旋混合物底物的使用，使得難以對生物催化劑的性質作出結論。檸檬醛、香葉醛和橙花醛的混合物作為底物使用也有缺點。在有些研究報導中，敘述了產物的光學旋光性，但沒有給出產品光學純度的信息。
(一)萃取發酵過程
萃取發酵是近十年來國際上出現的一種新型發酵技術，其基本特點是通過將萃取過程和發酵過程相結合，在發酵過程中可連續地去除產物，以達到提高生產率的目的。眾所周知，在有產物形成的發酵過程中，存在幾種典型的情況：
(1)發酵液中產物積累到一定程度會抑制細胞生長或產物的進一步形成。如丙酮丁醇發酵中，當丙酮丁醇質量濃度達到10—15g/L時細胞生長就受到抑制。
(2)發酵產物分泌到培養基中去也會惡化微生物生長的物理環境。如發酵生產多聚糖，隨著多聚糖在培養基中的積累，培養基的黏度升高，這便限制了傳氧過程，影響細胞的生長發酵。
(3)發酵環境因素也對產物形成有影響。如基質中發酵產物可能被微生物分泌的酶所降解，或者產物被攪拌式反應器攪拌所產生的高剪下力所破壞，也可能由於產物在發酵液中的溶解度低而被通入的氣流所帶走等。因此，當發酵過程中產物的形成影響到發酵的進一步進行或者發酵環境因素影響到產物的形成時，必須將發酵產物隨時取走。萃取發酵就是能達到這一要求的技術之—。
不管是發酵產物影響了菌體生長發酵，還是環境因素影響到產物的形成，在進行萃取發酵時所用溶劑都必須與培養基直接接觸，以便產物能被萃取到溶劑當中去。圖6—17顯示了兩種培養基和溶劑在萃取發酵中相接觸的基本過程。在第一個過程中[圖6—17(1)]，發酵罐中溶劑被攪拌器攪拌分散均勻，在液相中形成相當大的表面積，這樣將對基質的傳遞非常有利。然後部分溶劑和培養基的混合液流入分離器中，培養基和溶劑隨後靠重力或離心分離。萃取到溶劑中去的產物再被分離，溶劑再生後又可回到發酵罐中重新使用。分離後的培養基可回到發酵罐或者不用。總的來講，發酵可在分批、流加，或者連續的形式下進行，而溶劑也可連續或分階段地加入。
……
