通过用霉菌对十一烯酸进行生物转化来生产天然9-癸烯-2-酮的方法及其在香料和食品调味剂领域中的用途

摘要

本发明涉及生产9-癸烯-2-酮的方法(特征为用霉菌对十一烯酸进行生物转化)及其在香料、化妆品和食品调味剂领域中的应用。

说明书

本发明涉及用霉菌进行的生物转化，所述转化将十一烯酸转化为9-癸烯-2-酮，此产物可用于香料和食品调味剂应用中。

本申请人公司已证明，9-癸烯-2-酮(或2-癸烯酮或甲基辛烯基酮，RN CAS 35194-30-0)是具有嗅觉和味觉特性的甲基酮，因此其可用于芳香工业(调味剂和香料)的所有应用中。具体来讲，其具有清新脂肪香(green and fatty note)，还有水果香(特别是梨、苹果、菠萝、西番莲和一般热带水果香)。

这种酮与其他甲基酮一样，通过涉及脂肪酸氧化后β-氧化的最初步骤的代谢途径形成。真菌在解毒脂肪酸时采用这种形成甲基酮的代谢途径。

从代谢途径示意图(图1)中可以看出，这一生物转化中所用的底物为十一烯酸，其通过以下过程获得：将从蓖麻油中获得的蓖麻油酸破碎(将粗产物转化为更精细化合物的物理操作)，而后通过干馏纯化。最后，在脱羧步骤之后，在所述途径结束时获得的甲基酮包含的碳比初始脂肪酸少一个。

就本申请人公司所知，目前没有生物技术方法描述和/或允许9-癸烯-2-酮的合成。具体来讲，此分子目前只能通过化学合成获得并且产率一般。此外，与天然调味剂相比，合成调味剂有较不易被消费者青睐的缺点。因此，本发明的目的是提供使用微生物(如霉菌)通过生物方法(特别是生物转化)获得天然芳香分子(特别是通过9-癸烯-2-酮获得的分子)的替代方法。

就本发明而言，术语“生物转化”是指将物质(优选来自天然来源)进行生物转化以获得天然香料物质，其可被配制成宣称为天然的调味剂或香料。

申请人公司意想不到地发现，可通过生产9-癸烯-2-酮(其特征是用霉菌对十一烯酸进行生物转化)的方法达到这一目的，所述方法包括以下步骤：

a)培养所述霉菌；

b)在油存在下加入十一烯酸作为生物转化底物；

c)将底物生物转化成9-癸烯-2-酮；

d)提取和纯化9-癸烯-2-酮。

就本发明而言，术语“霉菌”对应于单细胞或多细胞的丝状微观真菌。在霉菌中，藻状菌(Phycomycetes)和Septomycetes是相互区分的。在藻状菌中有Oomycotineae门和接合菌门(Zygomycotineae)。在Septomycetes中有子囊菌门(Ascomycotineae)、担子菌门(Basidiomycotineae)和半知菌门(Deuteromycotineae)。在本发明的一个实施方案中，本发明的霉菌属于半知菌门，丝孢纲(Hyphomycetes)，结节菌目(Tuberculariales)，曲霉科(Aspergillaceae)。更优选地，所述霉菌属于曲霉属(Aspergillus)或青霉属(Penicillium)。在第一个优选的实施方案中，所述霉菌属于米曲霉种(Aspergillus oryzae)或黑曲霉种(Aspergillus niger)。在第二个优选的实施方案中，所述霉菌属于娄地青霉种(Penicillium roquefortii)或卡门柏青霉种(Penicillium camembertii)。

在米曲霉种的霉菌中，可提及以下保藏菌株：米曲霉DSMZ 1861、米曲霉DSMZ 1864、米曲霉DSMZ 1147、米曲霉DSMZ 63303、米曲霉CBS 570.65、米曲霉CBS 819.72、米曲霉CBS 110.27。

在黑曲霉种的霉菌中，可提及以下保藏菌株：黑曲霉DSMZ 823、黑曲霉DSMZ 2466。

在娄地青霉种霉菌中，可提及以下保藏菌株：娄地青霉CBS 221-30、娄地青霉PRB 18、娄地青霉DSMZ 1079、娄地青霉DSMZ 1080。

在卡门柏青霉种的霉菌中，可提及卡门柏青霉DSMZ 1233菌株。

根据另外一个优选的实施方案，本发明的霉菌属于接合菌门，接合菌纲(Zygomycetes)，毛霉目(Mucorales)，被孢霉科(Mortierellaceae)或毛霉科(Mucoraceae)。

更优选地，所述霉菌属于被孢霉属(Mortierella)或毛霉属(Mucor)，或根霉属(Rhizopus)，甚至更优选地，所述霉菌属于深黄被孢霉种(Mortierella isabellina)或拉曼被孢霉种(Mortierella ramanniana)，或属于总状毛霉种(Mucor racemosus)或米黑毛霉种(Mucor miehei)，或属于无根根霉种(Rhizopus arrhizus)或米根霉种(Rhizopus oryzae)。

在属于被孢霉属的霉菌中，可提及以下保藏菌株：深黄被孢霉DSMZ1414、深黄被孢霉CBS 100559、深黄被孢霉CBS 221.29、深黄被孢霉CBS194.28、深黄被孢霉CBS 208.32、深黄被孢霉CBS 224.35、深黄被孢霉CBS 560.63、深黄被孢霉CBS 167.80、深黄被孢霉CBS 493.83，深黄被孢霉CBS 309.93、深黄被孢霉CBS 250.95、深黄被孢霉CBS 109075、拉曼被孢霉CBS 112.08、拉曼被孢霉CBS 219.47、拉曼被孢霉CBS 243.58、拉曼被孢霉CBS 478.63、拉曼被孢霉CBS 852.72、拉曼被孢霉CBS 366.95、拉曼被孢霉CBS 101226。

在属于毛霉属的霉菌中，可提及以下保藏菌株：爪哇毛霉(Mucor javanicus)DSMZ 1222、总状毛霉DSMZ 62760、鲁氏毛霉(Mucor rouxii)DSMZ 1191。

在属于根霉属的霉菌中，可提及以下保藏菌株：米无根根霉(Rhizopus arrhizus oryzae)DSMZ 905、米根霉DSMZ 2199、德氏根霉(Rhizopus delemar)DSMZ 853、雪白根霉(Rhizopus niveus)DSMZ 2194、米黑根毛霉(Rhizomucor miehei)DSMZ 1330。

本发明方法中步骤a)所指的培养包括在合适的培养基中制备培养物(优选为半浓缩的培养物)，例如通过细胞扩增来制备。在此培养之前，将菌株在更适合于第一个扩增步骤的第一培养基中进行预培养。

在本发明的一个优选实施方案中，培养所述霉菌的时间为20至30小时，这实际上取决于菌丝体的生长状态，后者可通过显微镜观察。实际上在实施本发明的生物转化之前，优选的最低霉菌生物量为7g/l至15g/l，更优选为9g/l至12g/l。

本方法的步骤b)是向细胞培养物中加入底物。根据本发明，9-癸烯-2-酮的生物合成涉及最合适的底物，其为十一烯酸或其酯(十一烯酸甲酯或乙酯)。不言而喻，底物可以是不同合适底物的混合物，尤其是十一烯酸与其一种或多种酯的混和物。

根据本发明的一个有利的实施方案，通过分批或补料分批的方法将底物加入菌丝体中。

在本发明的一个优选实施方案中，将所述十一烯酸加入发酵培养基的补料速率为0.1至0.9g/l/h，优选地为0.2至0.7g/l/h，最优选地为0.3至0.55g/l/h。

所述方法的步骤c)是十一烯酸到9-癸烯-2-酮的生物转化。

此生物转化阶段的持续时间通常为36至96小时。

考虑到十一烯酸对霉菌的高毒性，可证明，有必要有适应阶段以使霉菌做好转化底物的准备。因此，根据一个优选的实施方案，本发明方法的生物转化步骤包含使霉菌适应的第一阶段，其中所述十一烯酸的补料速率为0.1至0.5g/l/h，其后是第二阶段，其中所述十一烯酸以0.25至0.9g/l/h的补料速率添加。有利地，所述适应阶段的持续时间小于20小时，优选地小于12小时，更优选地小于6小时。

根据一个优选的实施方案，在油的存在下加入十一烯酸。所述油可以选自包括以下的组：标准食品级的油(如大豆油、玉米油、葵花籽油等)或含短链脂肪酸的甘油三酯(例如Miglyol)，或者白油(如包含长链烃的矿物油或液体石蜡)。优选地，所述油为部分氢化或富含油酸的葵花籽油。

优选地，以相对于底物的以下比例加入所述油：十一烯酸/油＝1/4十一烯酸-3/4油，或1/3十一烯酸-2/3油，或1/2十一烯酸-1/2油。

有利地，将所述油加入发酵培养基中的补料速率为0.4至4.0g/l/h，优选地为0.5至3g/l/h，最优选地为0.75至2.5g/l/h。

像受迫生物转化情况下的所有微生物类型一样，霉菌需要碳源来满足其能量需求，例如糖源，优选地为葡萄糖或麦芽糖。优选在生物转化过程中提供葡萄糖。因此，根据本发明的另一个优选实施方案，在加入十一烯酸和油的同时加入葡萄糖或麦芽糖。有利地，将所述葡萄糖或所述麦芽糖加入发酵培养基的补料速率低于1g/l/h，优选地低于0.75g/l/h，最优选地低于0.5g/l/h。

根据本发明另一个优选实施方案，所述十一烯酸、所述油和任选地所述葡萄糖或麦芽糖向发酵培养基中的添加持续进行5至96小时，优选地为24至72小时，更优选地为24至48小时。

根据另一个优选的实施方案，本发明的生物转化在25℃至35℃的温度下实施，优选地为27℃至30℃。

根据另一个优选的实施方案，本发明的发酵培养基的pH值为5至8，优选地为5.5至7.5，更优选地为6至7。在本发明情况下，pH的调节用氢氧化钠(例如无菌的5N NaOH或其他标准发酵碱(NH₄OH、KOH等))来进行。

在生物转化中，对发酵培养基的良好搅拌和良好的通气是很重要的。在发酵罐中，搅拌可以通过若干搅拌桨来实现。有利地，根据发酵罐的大小(例如6升发酵罐)，本发明所需的合适搅拌为200至1200rpm，优选地为300至900rpm。通风方面可以通过向搅拌桨中注入空气来实现。有利地，本发明发酵培养基所需的合适通风为小于或等于1vvm，优选地为0.2至0.8vvm，更优选地为0.3至0.7vvm。

在另一个优选的实施方案中，本发明的生物转化通过在培养基中加入酸来终止。所述酸可以选自包括以下的组：磷酸、硫酸、盐酸和柠檬酸。优选地，所述酸为磷酸或柠檬酸。

在步骤d)中，9-癸烯-2-酮的提取可以通过水蒸馏(hydrodistillation)来实施，或用溶剂进行提取，所述溶剂选自包括以下的组：环己烷、甲基环己烷和乙酸乙酯。优选地，所用溶剂为环己烷或环己烷/乙酸乙酯混合物。

接着可以通过脱树脂作用然后分馏来实施9-癸烯-2-酮的纯化。

这样，此提取/纯化方法允许以约75％至85％提取收率获得纯度高于98％的分子。

相对于所用底物十一烯酸，9-癸烯-2-酮的生物转化产率约为25％至35％。

本发明还涉及通过上述方法获得的9-癸烯-2-酮。

本发明的一个主题是9-癸烯-2-酮(CAS 35194-30-0)在所有香料及食品调味剂应用中的用途，尤其是用于制造香料、芳香剂、化妆品或食品组合物的用途，或作为食品添加剂的用途。

在一个优选的实施方案中，本发明的一个主题是通过上述方法获得的9-癸烯-2-酮在所有香料及食品调味剂应用中的用途，尤其是用于制造香料、芳香剂、化妆品或食品组合物的用途，或作为食品添加剂的用途。

就本发明而言，术语“香料”不止表示通常意义上的香料，还表示产品气味很重要的其他领域。这可以是(但不局限于)该术语通常意义上的香料组合物，如香基(perfuming base)或浓缩香料、古龙水、淡香水、香水或类似产品；外用组合物(尤其是化妆品组合物)，如面霜或身体霜、爽身粉、发油、洗发香波、发乳、软膏、浴盐或沐浴油、淋浴凝胶或沐浴凝胶、化妆皂、止汗剂和身体除臭剂、须后水及剃须膏、肥皂、乳霜、牙膏、漱口水、香膏(pomade)和类似产品；以及家用产品，如软化剂、去污剂、洗衣产品、环境除臭剂、喷雾剂和类似产品。

术语“有气味的”用来指散发气味的化合物。

术语“食品调味剂”的意义是本发明化合物用于对任何人或动物、液体或固体食品(尤其是饮料、乳制品、冰激凌、甜品、口香糖等)进行调味的任何用途，以及用于烟草调味的用途。

因此，9-癸烯-2-酮可以用于香料组合物或食品调味组合物中以用来添加异域香(exotic note)、花香或水果香，尤其是菠萝、梨、西番莲或热带水果香。根据应用，9-癸烯-2-酮这种分子将以本领域技术人员确定的比例使用。

优选地，9-癸烯-2-酮的使用量为0.00025％至30％，优选地为0.0025％至20％，更优选地为0.025％至10％(重量相对于含有9-癸烯-2-酮之组合物的总重)。其可包含在液体或固体的组合物中，尤其是在凝胶、乳霜、香膏和/或喷雾的组合物中。

9-癸烯-2-酮还可用在本身有气味的组合物中，或用于以此芳香剂来遮盖或中和特定气味的组合物中。

本发明的其他方面、主题、优点和特征将通过阅读以下非限制性描述而呈现，其通过以下实施例描述了本发明优选的实施方案。

图1描述了十一烯酸到9-癸烯-2-酮的生物转化。

实施例

实施例1：

将深黄被孢霉(A)、米曲霉(B)和娄地青霉(C)菌株[来源＝冻存于-80℃的培养管]接种在麦芽琼脂上，于27℃(A)或30℃(B和C)孵育72小时。

将上述预培养物接种到6l发酵罐中的3.5l麦芽培养基中：

麦芽浸膏：        50g/l

酵母提取物：      7.5g/l

pH                6.5

深黄被孢霉(A)

将所述菌株在27℃孵育24小时，以500rpm搅拌，通气条件为0.3vvm。

米曲霉(B)

将所述菌株在30℃孵育24小时，以600rpm搅拌，通气条件为0.5vvm。

娄地青霉(C)

将所述菌株在30℃孵育24小时，以600rpm搅拌，通气条件为0.3vvm。

培养结束时每个菌株的菌丝体干重为约9至11g/l。

然后将十一烯酸以0.15g/l/h的补料速率给料6小时，而后以0.33g/l/h的补料速率给料72小时，即总共25g/l。将此十一烯酸以与氢化葵花籽油混合的形式(1/3酸-2/3油)给料；因此油的补料速率为0.6g/l/h，而后为1g/l/h。将葡萄糖以0.36g/l/h的补料速率并行持续给料72小时。在转化全程中用5N NaOH将pH调节为6.5。将速度增加到900rpm，以1vvm(深黄被孢霉)和0.3vvm(米曲霉或娄地青霉)的速率向培养物通气。继续转化72小时。

在未优化的条件下，获得了5至7g/l的9-癸烯-2-酮的产生。

实施例2：用米曲霉(B)进行转化

将米曲霉[来源＝冻存于-80℃的培养管]接种在麦芽琼脂上，于30℃孵育72小时。

将上述预培养物接种到3.5l麦芽培养基中(与实施例1浓度相同)。

以30℃、600rpm、0.5vvm通气、自由pH(free pH)将混合物孵育24小时。获得的干重为11g/l。

然后将十一烯酸以0.5g/l/h的补料速率给料6小时，而后以0.9g/l/h的补料速率给料48小时，即总共46g/l。将此十一烯酸以与氢化葵花籽油混合的形式(1/4酸-3/4油)给料；因此油的补料速率为1.5g/l/h，而后为2.7g/l/h。将葡萄糖以0.36g/l/h的补料速率并行持续给料48小时。在转化全程中用5N NaOH将pH调节为6。将速度增加到900rpm，以0.3vvm的速率向混合物通气。继续转化48小时。

获得了16.5g/l的9-癸烯-2-酮产生，即生物转化率为35％。

实施例3：用深黄被孢霉(A)进行生物转化

将深黄被孢霉[来源＝冻存于-80℃的培养管]接种在麦芽琼脂上，于27℃孵育72小时。

将上述预培养物接种到3.5l麦芽培养基中(与实施例1浓度相同)。

将混合物在27℃孵育24小时，以600rpm搅拌，为0.5vvm通气。获得的干重为11.3g/l。

然后将十一烯酸以0.27g/l/h的补料速率给料6小时，而后以0.477g/l/h的补料速率给料48小时，即总共46g/l。将此十一烯酸以与氢化葵花籽油混合的形式(1/4酸-3/4油)给料；因此油的补料速率为0.8g/l/h，而后为1.43g/l/h。将葡萄糖以0.32g/l/h的补料速率并行持续给料48小时。在转化全程中用5N NaOH将pH调节为7.5。将速度增加到900rpm，以1vvm的速率向混合物通气。继续转化48小时。

获得了8g/l的9-癸烯-2-酮产生，即生物转化率为33％。

实施例4：用娄地青霉(C)进行生物转化

将娄地青霉[来源＝冻存于-80℃的培养管]接种在麦芽琼脂上，于30℃孵育72小时。

将上述预培养物接种到3.5l麦芽培养基中(与实施例1浓度相同)。

将混合物在30℃孵育22小时，以600rpm搅拌，以0.3vvm通气。获得的干重为10g/l。

然后将十一烯酸以0.25g/l/h的补料速率重新给料6小时，然后以0.45g/l/h的补料速率给料48小时，而后以0.25g/l/h的补料速率给料24小时，即总共30g/l。将此十一烯酸以与氢化葵花籽油混合的形式(1/3酸-2/3油)给料；因此油的补料速率为0.5g/l/h，然后为0.9g/l/h，而后为0.5g/l/h。将葡萄糖以0.36g/l/h的补料速率并行持续给料72小时。在转化全程中用5N NaOH将pH调节为6.5。将速度增加到900rpm，以0.6vvm的速率向混合物通气。继续转化48小时。

获得了10.5g/l的9-癸烯-2-酮产生，即生物转化率为35％。

实施例5：提取-纯化

以85％的磷酸酸化至pH为1.5至2。加入提取溶剂环己烷并在室温下搅拌1小时。离心混合物，回收有机相。测定甲基酮。浓缩溶剂从而获得油状“粗产物”。将其在真空中蒸馏。获得“脱树脂”的内酯和废弃的油。然后通过在真空中分级分离来实施纯化。获得了纯度高于99％的产物。

实施例6：在香料中评估9-癸烯-2-酮

将99％纯度的9-癸烯-2-酮在试香纸和溶液(浓度为5％的乙醇溶液)中进行测试：前调浓郁均一，与玫瑰、醛香、香茅醇乙酸酯和胡荽叶香以及海洋香相似。后调有梨香。

实施例7：在食品调味剂中评估

将99％纯度的9-癸烯-2-酮以8ppm在矿泉水中进行测试：其有水果香(梨、苹果和菠萝)以及清新脂肪香。

在天然热带水果制剂中进行掺杂被认为是有利的，尤其是因为没有很多天然分子可用于实现这一目的。特别地，9-癸烯-2-酮的“菠萝”香调是替代己酸烯丙酯(目前广泛用于制剂中用以获得菠萝类香调的分子)的非常有吸引力的替代品。

实施例8：在制备食品调味剂和香料中的用途

在热带水果调味剂中加入9-癸烯-2-酮可以获得典型的“菠萝”香。

在以下配方中，用9-癸烯-2-酮以等重量替换通常使用的己酸烯丙酯可以非常有利地补偿己酸烯丙酯提供的“菠萝”香调。

天然己酸乙酯                  50g

天然麦芽醇                    20g

天然乙酸异戊酯                35g

天然异戊酸乙酯                37g

天然薄荷醇固体(menthol codex) 8g

天然2-甲基丁酸乙酯            75g

天然乙酸乙酯                  50g

天然丁酸异戊酯                12g

天然丁酸乙酯                  35g

精制樟脑                      2g

天然9-癸烯-2-酮               200g

天然乙醇                      补足至1000g

将50ppm的此混合物与果汁一起用在非碳酸饮料中可得到高度特征性的“菠萝”香；该混合物在以200ppm使用时也是这样，使雪糕有“菠萝味”口味。

且在天然食品调味剂制剂中，9-癸烯-2-酮允许获得有利的“梨”味，例如以下配方：

天然己酸                      1至10g

天然异戊醇                    20至60g

天然正己醇                    10至50g

天然癸酸乙酯                  20至80g

天然辛酸乙酯                  50至150g

天然乙酸异戊酯                50至150g

天然乙酸丙酯                  50至150g

天然乙酸己酯                  50至150g

天然乙酸丁酯                  50至150g

天然乙酸乙酯                  50至150g

天然9-癸烯-2-酮               20至50g

丙二醇                        补足至1000g

将100ppm的此混合物用于有稍增甜5％且稍酸化(0.1％柠檬酸)的饮料中可使其获得特征性的“梨”味，甚至在9-癸烯-2-酮的量很低(2至5ppm)的情况下亦如此。

在香料制剂中，9-癸烯-2-酮可以增加香波中的“花香、清香、紫罗兰香”方面和“醛水果香”(aldehydic fruity note)，例如在以下使用1％9-癸烯-2-酮的制剂中，其使得香波的香味更丰富更饱满：

在香料的一个不同应用情况中，即作为软化剂时，剂量为0.5％的9-癸烯-2-酮的存在增强且增加软化剂香味中“苹果”和“梨”的水果香，如以下配方所示：

最后，对于乳霜的情况下，9-癸烯-2-酮为乳霜提供强烈的花香，例如在以下应用中：

在9-癸烯-2-酮存在下，乳霜有更多的前调，并有强烈得多的清新香味。

实施例9：毒性测试

根据“2002年4月24日颁布的OECD 404号规范”所建立的实验方案和“2004/73/EC号指令的方法B.4：急性皮肤刺激”的测试，在3只兔子中对所述分子进行测试。

结果显示，9-癸烯-2-酮无刺激性，并且其应用无需危险标志或语句提示(根据“EEC指令67/548/59和99/45”)。

同样的，根据“2002年4月24日颁布的OECD 405号规范”所建立的实验方案和“第2004/73/EC号指令的方法B.5：急性眼部刺激”的测试，在3只兔子中对所述分子进行测试。

结果也显示，9-癸烯-2-酮无刺激性，并且其应用无需危险标志或语句提示(根据“EEC指令67/548/59和99/45”)。

最后，在LD50测试(急性口服毒性(参见同一指令)，即2500mg/kg)中获得的数值将所述分子划归为无危险类。

由于它的无害性，因此看来此分子可用于制剂中，并且由于已证实它在芒果和菠萝中存在，因此它可以用于可使用“天然”标签的食品调味剂和香料应用中。

尽管本发明已通过其优选实施方案实施例的形式进行了描述，但应该理解，可以对其进行修改，而不偏离所附权利要求书中限定的本发明精神和性质。