肉桂醛和肉桂酸的生物降解及苯乙酮提取方法的研究

摘要

本论文以广西丰富肉桂油原料，开展了主要成分肉桂醛和肉桂酸生物降解的研究，通过筛选选择性转化菌株和建立复杂生物反应体系的定性定量分析方法跟踪肉桂醛、肉桂酸生物催化降解转化过程，研究结果对肉桂油的深加工提供了理论基础。主要研究内容和取得结果如下：
　　 (1)探索性地进行肉桂醛、肉桂酸等化学物生物降解菌株的筛选。其中，肉桂醛和肉桂酸均能在L4菌株作用下发生了成环反应，经气相色谱-质谱分析检测可能是1-茚酮和香豆素。并筛选出一株使肉桂酸转化生成苯乙酮的高选择性菌株G8。
　　 (2)以G8菌株为生物催化剂，优化了肉桂酸转化苯乙酮工艺条件，优化条件是：以葡萄糖做为碳源，浓度为3g·L-1，蛋白胨做为氮源，浓度为1.2g·L-1，温度保持在30℃，反应初始体系pH值为6.0，装液量为100ml，反应时间为48h。在此最优转化的条件下，转化0.5g的肉桂酸底物后，苯乙酮的产量为4.215g·L-1。
　　 (3)对肉桂酸生物催化合成苯乙酮进行了放大实验，确定的放大主要参数是：在发酵培养的阶段，温度为30℃，转速为180r·min-1，装液量2.5L；转化阶段，其他条件不变，以5g·L-1的肉桂酸浓度加入。此时苯乙酮的产量最高达到3.53g·L-1，苯乙酮收率达到了82.3％，比摇瓶上的最好水平略微偏低。
　　 (4)开展了对未转化底物的再利用和发酵液的重复利用的研究，实验结果表明，未转化的肉桂酸在经过简单的前处理后可以进行再次利用，反复循环使用达3次。
　　 (5)针对性建立了肉桂酸和苯乙酮的分析方法，并采用该法跟踪检测肉桂酸生物转化苯乙酮发酵液中苯乙酮的提取分离工艺。其中，水蒸汽蒸馏-溶剂萃取耦合法对发酵液中挥发性成分苯乙酮有优良的提取分离，经优化后的工艺条件为：以乙酸乙酯为萃取剂，提取温度为100℃，V(水相)：V（有机相）=10：1，萃取次数为一次，循环回流1h，苯乙酮的萃取率为92.1％。