La vanilline qu’est-ce que c’est?

La vanilline, 3-méthoxy-4-hydroxybenzaldéhyde, est l’ingrédient principal des gousses de vanille, originaire du Mexique, est une saveur de haut niveau à large spectre. La vanilline est largement présente dans la nature, par exemple dans de nombreuses huiles essentielles et plantes telles que la citron de Java, le bendine, le baume péruvien, les clous de girofle, les gousses de vanille, etc. Il est également utilisé comme ingrédient de vanilline, qui a été trouvé dans de nombreuses autres huiles essentielles et plantes. En raison de la petite quantité et du prix élevé de la vanilline naturelle extraite des plantes, il est difficile de répondre à la demande du marché. Par conséquent, vanillin est devenu le premier parfum synthétisé par les êtres humains, qui a été synthétisé avec succès par le Dr. M. Hallmann et le Dr. G. Thiemann d’allemagne en 1874. La formule moléculaire est C 8H 8 O3, le poids moléculaire est 152,15, le point de fusion 81~83 ℃ (lit.), les cristaux blancs ou jaunâtres ressemblant à des aiguilles, avec l’arôme de vanille et la saveur laiteuse riche, la structure chimique est:

En tant que saveur comestible la plus importante, la vanilline est une sorte d’agent aromatisant comestible avec l’arôme de gousse de vanille et une riche saveur laiteuse, qui est une matière première importante indispensable dans l’industrie des additifs alimentaires et la plus grande saveur synthétique dans le monde. Il est très utilisé dans toutes sortes de nourriture, de tabac, de dentifrice, de parfum, de cosmétiques et de produits chimiques quotidiens, et il peut également être appliqué au caoutchouc, aux plastiques et aux produits pharmaceutiques. La vanilline est largement utilisée dans la production d’intermédiaires pharmaceutiques dans les pays étrangers. À l’heure actuelle, la consommation annuelle de vanilline sur le marché mondial est de 16000~20000 tonnes [1], qui est largement utilisé dans une variété de produits alimentaires qui ont besoin d’augmenter l’arôme du lait, en particulier la principale source de saveur de vanille, conformément à la norme FCCIV.

L’application de la vanilline en Chine est principalement comme additifs alimentaires, mais ces dernières années, l’application dans le domaine de la médecine s’élargit également, ce qui est devenu le domaine le plus potentiel d’application de la vanilline. Actuellement, la distribution de la consommation domestique de vanilline est la suivante: l’industrie alimentaire représente 55%, les intermédiaires pharmaceutiques représentent 30%, les aliments pour animaux, les agents d’aromatisation représentent 10%, les cosmétiques et ainsi de suite représentent 5%, et la consommation annuelle de vanilline en Chine est de l’ordre de 2000 à 2500 tonnes [2]. Cet article passe principalement en revue les trois types de technologie de préparation de la vanilline et donne un aperçu de l’orientation future du développement de la technologie de la vanilline.

1 aperçu de la technologie de préparation de la vanilline

Il existe deux types de vanilline disponibles sur le marché - la vanilline synthétique et la vanilline naturelle. La vanilline synthétique est la vanilline obtenue par synthèse chimique de matières premières fossiles communes. Il existe près de 10 méthodes de synthèse chimique de vanilline, avec des sources de matières premières stables et une technologie de production, un approvisionnement suffisant et un bas prix du marché d’environ nous$15 par kilogramme, il est devenu la principale méthode de production de vanilline sur le marché, et 90% de la part de marché est de la vanilline synthétique à l’heure actuelle. Le processus de production de vanilline synthétique est stable, les matières premières et le mécanisme de réaction sont clairs, et les principales impuretés peuvent être détectées et contrôlées; Bien sûr, le produit a un arôme unique et manque l’arôme composé de vanilline naturelle, et le processus de production est sujet à la pollution de l’environnement et d’autres problèmes.

Vanilline naturelle, en raison des différences dans les règlements internationaux et nationaux et les termes pour les arômes de qualité naturelle au cours des dernières années, par exemple, les États-Unis définissent les arômes naturels comme ceux obtenus à partir de plantes, d’animaux ou de micro-organismes comme matières premières par des méthodes physiques, des méthodes biotechnologiques ou des méthodes chimiques douces utilisant des matières premières naturelles. Par exemple, aux États-Unis, les arômes naturels sont définis comme ceux obtenus à partir de plantes, d’animaux ou de micro-organismes par des moyens physiques, biotechnologiques ou chimiques mous. En Chine et dans l’union européenne, les arômes naturels sont uniquement définis comme ceux obtenus à partir de plantes, d’animaux ou de micro-organismes par des moyens physiques ou biotechnologiques ou par des procédés alimentaires traditionnels.

Pour cette raison, il existe deux types de technologies de production de vanilline naturelle selon les méthodes définies dans les règlements de la Chine et de l’ue: (1) méthode d’extraction; (2) méthode biologique (qui peut être divisée en méthode de fermentation microbienne, méthode de culture de cellules végétales et méthode enzymatique). En plus des deux types ci-dessus de technologie de production de vanilline naturelle définie par la réglementation américaine, il existe également un troisième type: (3) chimie douce (production de vanilline naturelle équivalente) avec des matières premières naturelles. Par chimie douce, on entend qu’aucun biocatalyseur ou produit chimique dur ou caustique n’est utilisé dans les réactions de préparation; Les réactions chimiques qui peuvent être effectuées comprennent: l’hydrolyse, l’oxydation, la condensation, l’addition, le réarrangement, et les réactions meladiques. Les conditions de réaction telles que le pH peuvent également être ajustées, et les réactions peuvent être effectuées dans des solvants organiques, de l’oxygène ou d’autres atmosphères. En termes généraux, la vanilline naturelle, telle que définie par la réglementation américaine, est reconnue comme vanilline naturelle lorsque son naturel atteint 95% tel que déterminé par l’analyse de l’isotope instable 14C.

La technologie de production la plus traditionnelle pour la vanilline naturelle est l’extraction et la monoisolation. Gousse de vanille est appelé " reine des épices ", gousse de vanille naturelle contient environ 2% de vanilline, qui a un arôme unique qui ne peut pas être composé par des méthodes artificielles, et la vanilline naturelle de haute valeur peut être obtenue après extraction avec un solvant (habituellement l’éthanol). La vanilline naturelle peut être obtenue par extraction au solvant (généralement l’éthanol). La vanilline naturelle peut également être obtenue par voie technique de mono-isolement physique après enrichissement de matières premières naturelles contenant de la vanilline. L’extraction de la vanilline isolée à partir de la vanilline naturelle est extrêmement coûteuse en raison de la superficie limitée de la culture de la vanille, du rendement dépendant du climat et de la nature laborieuse de la vanilline naturelle, qui est vendue à un prix allant jusqu’à 4000 dollars e.-u. Le kilogramme, soit environ 300 fois plus que celui de la vanilline synthétique [3].

Une autre technologie reconnue pour la production de vanilline naturelle est la méthode biologique (qui peut être divisée en fermentation microbienne, culture de cellules végétales et méthode enzymatique). La méthode biologique peut préparer la vanilline naturelle, et présente les avantages de moins de pollution, de production propre et de sécurité. Ces dernières années, people&#Le concept de consommation saine du retour à la nature a favorisé la diversification du marché de consommation, ce qui fait que la préparation de la vanilline naturelle par la biotechnologie est devenue un point chaud de la recherche universitaire au pays et à l’étranger. La production de vanilline par la biotechnologie présente les avantages de matières premières naturelles, bon marché et faciles à obtenir, le processus de production étant propre et sans pollution, rapide et efficace, de sorte que l’utilisation de la biotechnologie pour la production de vanilline naturelle est devenue un nouveau canal digne d’être favorisé [4]. L’utilisation de la biotechnologie pour produire de la vanilline naturelle est devenue un nouveau canal qui mérite d’être encouragé [4]. Cependant, les principaux facteurs qui influent sur le prix élevé de la vanilline naturelle sont les suivants: comment obtenir le rendement élevé requis pour la production industrielle et comment rendre le processus de séparation et de purification des produits en aval plus simple et plus économique afin d’obtenir des avantages économiques plus élevés.

2 Techniques de préparation chimique synthétique pour la vanilline

À l’heure actuelle, les techniques de préparation chimique synthétique suivantes peuvent être utilisées pour produire de la vanilline, y compris la méthode de guaiacol (qui peut être divisé en méthode de guaiacol-diméthylaniline et méthode de guaiacol-glyoxylate), la méthode de la lignin, la méthode du safrole, la méthode de l’eugénol, la méthode de p-hydroxybenzaldéhyde, la méthode de p-crésol, et la méthode électrochimique; Le processus de production de vanilline synthétique au début était principalement la méthode de guaiacol-diméthylaniline, en raison de la pollution et de la toxicité du processus de production, maintenant le processus de production principal a été changé à la méthode de guaiacol-glyoxylate, dont les conditions de réaction sont plus faciles à contrôler, avec un rendement élevé, moins de traitement des déchets et un post-traitement pratique. En raison de la pollution et de la toxicité du processus de production, le processus de production principal a été changé pour la méthode de l’acide guaiacol-glyoxalique, qui est plus facile à contrôler les conditions de réaction, avec un rendement élevé, moins de trois déchets et un post-traitement pratique, et est actuellement utilisé par trois producteurs étrangers de vanilline, à savoir, Rhodia en France, Bollinger en Norvège et UBE au Japon.

2.1 méthode de Guaiacol

Le conseil des ministresSynthèse de vanilline à partir de guaiacolA toujours été la principale technologie de production industrielle pour la vanilline, et il existe deux voies de synthèse industrialisées réussies, à savoir, la méthode nitrosyl et la méthode glyoxylate.

2.1.1 route de Nitroso

Guaiacol et formaldéhyde (ou urotropine) en présence de condensation de chlorhydrate de p-nitrosodiméthylaniline, hydrolyse pour produire de la vanilline, produits de condensation d’extraction de benzène, première distillation, cristallisation du toluène, distillation secondaire, cristallisation de l’eau pour obtenir des produits finis vanilline, l’équation de réaction est la suivante Figure 1.

Les matières premières utilisées dans cette méthode sont compliquées, et la qualité du produit est instable, le rendement est faible (généralement 55%~60%), et le processus de production nécessite un grand nombre de matières premières auxiliaires hautement toxiques, telles que la diméthyl aniline, le formaldéhyde, le nitrite de sodium, le benzène, etc. Les déchets liquides rejetés contiennent des composés nitrosés, des composés aminés, des composés aldéhyde et des polymères. Les eaux usées rejetées contiennent des composés nitrosés, des composés aminés, des composés aldéhyde et des polymères, etc. Les eaux usées ne peuvent pas être traitées biochimiquement et il n’existe aucune mesure de traitement économique et efficace, de sorte que la pollution de l’environnement est extrêmement grave. Il a longtemps été éliminé dans les pays étrangers, et seule une petite quantité de la capacité de production nationale est utilisée, risque d’élimination.

2.1.2 voie du Glyoxalate

Le Guaiacol et le glyoxylate peuvent produire de l’acide 3-méthoxy-4-hydroxymandélique dans des conditions alcalines de chauffage, et l’acide est oxydé pour produire de la 3-méthoxy-4-hydroxyacetophénone en présence de catalyseur et d’oxygène, puis l’acidification et la décarboxylation peuvent obtenir de la vanilline brute. L’équation de la réaction est représentée à la Figure 2.

Le procédé de préparation de la vanilline par la méthode de l’acide glyoxalique a d’abord été industrialisé avec succès par la société française Rhodia dans les années 1970, les matières premières utilisées dans cette méthode sont peu nombreuses, les conditions sont faciles à contrôler, la qualité des produits est stable et le rendement est élevé (généralement autour de 70%), les matières premières et les matériaux auxiliaires utilisés dans le processus de production sont principalement l’acide glyoxalique à faible toxicité et non volatil, les conditions de production sont bonnes, Et les déchets liquides peuvent être traités par traitement biochimique. Avec l’industrialisation réussie de la synthèse de guaiacol par la méthode catéchol en Chine et la diminution du prix de guaiacol, la recherche et le développement de la préparation et la sélection du catalyseur, la méthode d’oxydation et la méthode d’extraction de la méthode sont également augmentés en Chine. Au cours des dernières années, le processus de l’acide glyoxalique a remplacé la méthode nitroso dans les trois principales entreprises de production de vanilline domestique --Zhejiang Jiaxing Zhonghua Chemical Factory et Jilin Petrochemical vanillin Factory comme principal processus de production pour la synthèse de vanilline en Chine [2]. Ces dernières années, le processus de glyoxylate a remplacé la méthode nitroso dans les trois principales entreprises de production de vanilline - Zhejiang Jiaxing Zhonghua Chemical Factory et Jilin Petrochemical vanillin Factory pour devenir le principal processus de production pour la synthèse de vanilline en Chine [2].

2.2 méthode de la lignine

La lignine provient d’une large gamme de sources, et son contenu est énorme dans les déchets de bois, les cendres de boue, les déchets liquides de pulpe et les lies de vin, et il existe principalement sous forme de lignosulfonate. Le Lignosulfonate est hydrolysé sous condition alcaline, puis oxydé par haute température et haute pression, une partie de la lignine est transformée en vanilline, puis extraite en sel de sodium de vanilline par acidification et extraction, puis passée dans une série de réactions, telles que l’acidification du SO2 et la recristallisation de l’eau, pour obtenir la vanilline pure. L’équation de réaction spécifique est représentée à la Figure 3 ci-dessous.

La méthode de la lignine a été utilisée depuis longtemps pour produire de la vanilline dans deux grandes entreprises papetières aux etats-unis et au Canada, mais les inconvénients de cette méthode sont évidents: faible rendement (10%~15%), émission importante de trois types de déchets, et pollution grave; La qualité des produits de vanilline est sur le côté bas, et la vanilline produite contient une grande quantité de métaux lourds, qui ne peuvent pas être utilisés dans les industries alimentaires et pharmaceutiques, et la méthode de la vanilline de lignine a été drastiquement réduite dans les 1990 et#39; art. La méthode de la vanilline à la lignine a été largement utilisée dans l’industrie du papier aux États-Unis et au Canada.

2.3 méthode du Safrole

Le safrole naturel de diverses huiles de camphre et d’huiles de camphre a été isomérisé et oxydé en aldéhyde jasmonique dans des conditions alcalines, puis a interagi avec le PCl5 pour obtenir l’aldéhyde protocatéchuique [5], et enfin méthylé par le sulfate de diméthyle ((CH3)2 SO4) ou l’halométhane pour obtenir le mélange de vanilline et d’isocarboxylin, puis séparé en utilisant la solubilité différente des deux dans l’alcali. L’équation de réaction spécifique est illustrée à la Figure 4 ci-dessous.

Le rendement de cette méthode est limité parce que la source de safrole est très limitée, la voie de synthèse est relativement longue et le processus est compliqué, et les sous-produits tels que l’isovanilline et l’isoéthylvanilline sont générés, et le rendement du produit est faible.

2.4 méthode eugénol

L’eugénol est le composant principal de l’huile de girofle (85%~90%). La vanilline peut être produite par isomérisation de l’eugénol en isoeugénol avec une base forte, puis oxydation et acidolyse [6], et l’équation de réaction spécifique est montrée à la figure 5.

L’huile de girofle est également chère et limitée dans la production en raison de sa disponibilité et de son prix limités, mais en tant qu’équivalent de saveur naturelle sous le concept de chimie douce, il est un bon complément à la vanilline naturelle.

2.5 p-crésol, méthode p-hydroxybenzaldéhyde

Cette méthode est une voie de procédé nouvellement développée [7], initialement développée par l’université de technologie de Dalian, la route p-hydroxybenzaldéhyde, l’objet de recherches plus approfondues en Chine, l’accent de la recherche a été à partir de la matière première de p-crésol, p-hydroxybenzylaldéhyde est obtenu à partir de p-hydroxybenzoaldéhyde après oxydation du p-hydroxybenzylaldéhyde facilement disponible, p-hydroxybenzylaldéhyde est bromé pour devenir 3-bromo-4-hydroxybenzylaldéhyde dans le chloroforme, Et puis a réagi avec le méthanol de sodium à haute température (100~110 ℃) dans des conditions cuo-catalysé pour 1,5 ~2 h pour obtenir la vanilline, le rendement peut être généralement obtenu. Ensuite, en utilisant le N, n-diméthylformamide (DMF) comme solvant et sous condition catalytique CuO, la réaction avec le méthanol sodique à haute température (100~110 ℃) a été effectuée pendant 1,5 ~2 h pour obtenir de la vanilline, et le rendement pourrait atteindre 90%, et l’équation de la réaction est montrée à la figure 6 ci-dessous.

Cette voie a les avantages de processus courts, moins de déchets, petit investissement, simple et facile à obtenir des matières premières, brome peut être recyclé et non consommé, etc. Pendant ce temps, la production nationale de p-crésol représente environ 80% du monde' S production, et plus de 20 universités et instituts de recherche bien connus en Chine ont été très actifs dans la recherche de ce processus, et estiment qu’il est plus conforme à la situation intérieure. Par rapport au procédé à l’acide glyoxalique, certains experts estiment que le procédé p-crésol ne consomme que du toluène, de l’acide sulfurique, de la soude caustique, du méthanol (moins de 0,2 tonne) et de l’oxygène, et que le brome est recyclé et ne doit être realimenté qu’en petites quantités, et que ces matières premières sont faciles à trouver et peu coûteuses. D’autre part, il existe plus de dix types de matières premières utilisées dans le processus de glyoxalate, dont beaucoup sont difficiles à trouver, et seul l’acide glyoxalique représente une partie considérable du coût. Pendant ce temps, la quantité totale de trois types de déchets générés par le processus ne représente qu’environ 1/20 de celle du processus de glyoxalate, qui réalise vraiment la production verte. Cependant, cette méthode présente encore de nombreuses difficultés: fonctionnement compliqué, réacteur sous pression et conditions de réaction difficiles; Et des problèmes de sécurité dans l’opération d’oxydation, tous ces goulets d’étranglement affectent la promotion du procédé p-crésol, et actuellement, la production de vanilline par cette méthode n’a pas été industrialisée.

2.6 méthodes de synthèse électrochimique organique

La synthèse chimique organique de la vanilline est également basée sur le guaiacol et le glyoxylate comme matières premières, les deux premières synthèse de condensation de l’acide 3-méthoxy-4-hydroxyphénylglycolique, la différence est que le intermédiaire n’est pas oxydé par des oxydants dangereux, mais l’oxydation électrolytique pour obtenir l’acide 3-méthoxy-4-hydroxyphénylglycolique, puis l’acidification et la décarboxylation pour obtenir la vanilline [8], l’équation de réaction est la suivante Figure 7.

Il n’est pas nécessaire d’ajouter le catalyseur et l’oxydant dans cette méthode, et il n’est pas nécessaire de séparer l’acide carbonyl carboxylique de guaiacol (sel) généré dans la réaction, après avoir ajouté l’acide fort pour ajuster la solution de réaction à l’acidité faible, la décarboxylation obtiendra le brut de vanilline, puis le produit de haute pureté sera raffiné. La méthode d’oxydation électrolytique a une sélectivité de réaction élevée, une grande pureté et une qualité de produits, un rendement élevé, des matières premières faciles à obtenir, un équipement simple, réduisant considérablement l’impact de la forte pollution par les métaux lourds oxydants sur l’environnement, si nous pouvons continuer à réduire la consommation d’énergie, la valeur industrielle de cette méthode sera grandement mise en évidence.

3 Extraction naturelle des plantes et technologie de préparation de la vanilline

La vanilline est largement présente dans les plantes naturelles sous forme libre et sous forme de glucosides, en particulier dans les gousses de vanille traitées de manière primaire, avec une teneur d’environ 20 g/kg (poids sec). La production mondiale de gousses de vanille est principalement concentrée à Madagascar, en Indonésie, aux Comores, etc. La production annuelle de vanilline peut atteindre 2000-2400 tonnes, ce qui représente environ 2% de la production totale de vanilline dans le monde [9].

La vanilline naturelle est habituellement utilisée sous forme de teinture de gousse de vanille, qui est obtenue en hachant les gousses de vanille traitées et vieillis primaires dans un extracteur, les extraire avec de l’éthanol à 95% à 50~60 ℃, puis les filtrer pour obtenir la teinture de gousse. Afin d’éviter l’hydrolyse, l’oxygénation et l’estérification de la vanilline pendant le processus, certains chercheurs [10] ont utilisé la technologie d’extraction supercritique de CO2 pour extraire la vanilline des gousses de vanille, le processus ne contact pas avec l’air, aucun résidu de solvant, et des rendements plus élevés.

La vanilline extraite de la plante naturelle - gousse de vanille a un arôme unique qui ne peut pas être complété par des méthodes artificielles, et son statut ne peut pas être remplacé, mais en raison de la superficie limitée de la plantation de vanille, la production est fortement affectée par le climat, la plantation des cultures nécessite une pollinisation artificielle et la transformation est trop laborieuse, l’offre de vanilline naturelle pure est loin de répondre à la demande du marché. L’offre de vanilline naturelle pure est loin de répondre à la demande du marché.

4 etude technique sur la préparation de la vanilline par la méthode de bioconversion

Ces dernières années, avec la grande influence des concepts internationaux et nationaux de consommation naturelle et saine sur le marché, la demande de vanilline naturelle augmente rapidement, et la vanilline produite par la biotechnologie est définie comme "natural" Par la réglementation alimentaire en Europe, aux États-Unis, au Japon et dans d’autres pays du monde [11], l’étude de la vanilline naturelle produite par la biotechnologie est donc devenue un sujet brûlant pour les chercheurs du monde entier. Par conséquent, la recherche sur la préparation de la vanilline naturelle par la biotechnologie est devenue un sujet brûlant pour les chercheurs dans différents pays. Les principaux types de méthodes biotechnologiques pour la préparation de vanilline naturelle sont la fermentation microbienne, la culture de cellules végétales et les méthodes enzymatiques. 4.1 préparation de vanilline naturelle par transformation microbienne de matières premières naturelles comme substrats la transformation microbienne de la vanilline est l’utilisation de la fermentation microbienne pour simuler le processus métabolique secondaire des plantes pour produire de la vanilline.

La fermentation microbienne est basée sur l’eugénol naturel, l’isoeugénol, l’acide férolique, le glucose et d’autres composés comme matières premières, par la fermentation de bactéries, de moisissures et ainsi de suite, afin de synthétiser la vanilline [12]; Son avantage est qu’il n’est pas nécessaire de purifier l’enzyme, de sorte que le coût est faible, et peut être encore réduit par l’immobilisation cellulaire et d’autres mesures pour réduire le coût de production et la réduction des sous-produits, de sorte que la fermentation microbienne est devenue une tendance de production de bio-vanilline au cours des dernières années [13]. Par conséquent, la fermentation microbienne est devenue une tendance pour la production de bio-vanilline au cours des dernières années. L’acide férolique, l’eugénol ou l’isoeugénol sont les substrats les plus étudiés pour la production de vanilline par transformation microbienne.

4.1.1 Biotransformation avec eugénol ou isoeugénol comme substrats

L’eugénol est principalement dérivé d’huiles essentielles telles que l’huile de feuille de girofle, cependant, l’eugénol a un effet bactéricide efficace et est toxique pour les micro-organismes, inhibant la croissance normale et le métabolisme [13] par conséquent, le dépistage des micro-organismes tolérants à l’eugénol ou à l’isoeugénol est l’une des clés de cette méthode.

Ashengroph et al. ont isolé une souche de Pseudomonas resinovorans SPR1, qui a pu obtenir 0,24 g/L de vanilline par fermentation pendant 30 hen utilisant l’eugénol comme seule source de carbone et d’énergie sans autre optimisation [14]. Zhao Li-Qing et al. ont examiné et obtenu un broche bacillus bacillus fusifornis CGMCC134 du sol, qui pourrait tolérer une forte concentration d’isoeugénol et convertir efficacement la vanilline, et cette bactérie a pu être convertie dans un système à deux phases d’isoeugénol - eau, dans les conditions de 60% d’isoeugénol v/v, pH initial = 4,0, température 37 ℃, vitesse de rotation 180 r/min, et 72 h. Les résultats de la vanilline ont été obtenus dans la condition de 72 h, Et les résultats ont été résumés comme suit à 72 h, la concentration massique de vanilline atteignant 46,1 g/L [15].

Compte tenu des différents rapports de recherche, il a été difficile de faire une percée dans la bioconversion de l’eugénol comme substrat pour la préparation de la vanilline.

4.1.2 Biotransformation par l’acide ferulique comme substrat pour la préparation de la Fermentation

L’acide férolique est un dérivé de l’acide cinnamique, qui est l’un des composants de la paroi cellulaire, et il est largement trouvé dans les céréales, le son de blé et de maïs, les cultures de betterave à sucre ou les résidus de grain, et il est abondant dans la nature et n’a aucun effet toxique sur la bactérie, et ila une structure chimique similaire à la vanilline, et il implique moins de réactions dans la biotransformation, ce qui est favorable à l’amélioration du taux de conversion [16], donc, L’acide férolique est une matière première idéale pour la fermentation microbienne. Par conséquent, l’acide ferulique est une matière première idéale pour la fermentation microbienne. Par conséquent, l’acide ferulique est une matière première idéale pour la fermentation microbienne. La voie de transformation est illustrée à la Figure 8.

En 2000, Rabenhorst et al. ont obtenu 11,5 g/L de vanilline de Streptomyces sp. HR167 en utilisant l’acide férolique comme substrat en optimisant les conditions de fermentation et en réduisant la toxicité de la vanilline pour la bactérie par adsorption de résine [21]. En 2000, Rabenhorst et al. ont utilisé Amycolatopsis sp. HR167 comme substrat et ont obtenu 11,5 g/L de vanilline en optimisant les conditions de fermentation et en réduisant la toxicité de la vanilline pour la bactérie à l’aide d’une résine adsorbante [21]. En 2007, Hua et al. ont utilisé Streptomyces sp. V-1 pour obtenir 19,2 g/L de vanilline avec de l’acide férolique comme substrat et résine adsorbante après 55 h de fermentation, avec un rendement molaire total de 54,5 %[22]. Il s’agit du rendement le plus élevé jamais atteint pour la production de vanilline naturelle par transformation microbienne utilisant l’acide ferulique comme substrat.

Les souches à haute production de vanilline mentionnées ci-dessus, Amy-colatopsis et Streptomyces (avec des rendements de vanilline supérieurs à 10 g/L) [23], sont des bactéries gram-positives, qui peuvent être optimisées pour obtenir des rendements considérables de vanilline, mais le défi le plus difficile pour une application industrielle est l’isolement et la purification des produits en aval. Le plus grand défi de la fermentation avec ces souches dans les applications industrielles est la technologie d’isolation et de purification des produits en aval. En raison du mycélium dense des actinomycètes, le bouillon de fermentation est très visqueux, ce qui rend la purification du produit très difficile, ce qui entraîne un coût élevé du processus en aval et une faible efficacité économique globale.

4.1.3 préparation de vanilline par fermentation avec le glucose comme substrat

Le Glucose peut être obtenu à partir de l’hydrolyse de l’amidon, qui est une matière première suffisante et a un faible coût de production. Li et al. [24] ont utilisé une méthode de génie génétique pour recombiner génétiquement Escherichia coli (Escherichia coli KL7/pKL5.26A ou KL7/3KL5.97A) afin que la bactérie synthétise l’acide vanillique à partir du glucose par la voie du pentose phosphate et la voie de l’acide mangiférique, puis la vanilline a été diminuée et produite par l’arylaldéhyde déshydrogénase isolée de Neurospora crassa (Neurospora crassa). Ensuite, l’acide vanillique a été réduit par l’aldéhyde déshydrogénase aromatique isolée de Neurospora crassa pour produire de la vanilline.

En 2009, Hansen et al. ont génétiquement modifié deux souches de levure courantes, Schizosaccharomyces pombe et Saccharomyces cerevisiae, en utilisant le glucose comme substrat initial, et ont introduit trois et quatre gènes exogènes d’origines différentes (moisissures, bactéries et humains) dans les deux souches, respectivement. En même temps, le gène de dégradation de la vanilline chez la souche originale a été éliminé, et 65 mg/L et 45 mg/L de vanilline ont été obtenus sans autres optimisations [25].

Comparé à l’acide ferulique coûteux, le glucose comme substrat de fermentation est extrêmement abondant et économique, et la voie métabolique est simple et contrôlable, ce qui permet de réaliser la production industrielle, et c’est aussi le sujet le plus important pour la production de vanilline naturelle aux etats-unis. Certainement, afin de faire du glucose comme substrat méthode de bioconversion devenir une technologie pratique pour l’industrialisation de la production de vanilline naturelle, Il est nécessaire de continuer à améliorer son rendement.

4.2 préparation de la vanilline par culture de cellules végétales

La culture de tissus végétaux est une technique qui permet aux cellules végétales de synthétiser des métabolites dans le milieu de culture tout en développant la biotechnologie. En 1989, Knuth et al.[26] ont utilisé la vanille comme matériau pour la culture cellulaire à haute densité, et la concentration massique de vanilline dans le bouillon de fermentation était de 1,9 g/L, et le rendement pouvait être régulé par des phytohormones. En 1991, Knuth et al. ont montré qu’une substance complexe parfumée à la vanilline était sécrétée à partir d’une culture de suspension de cellules de tissus guidant la vanille, qui a été extraite avec du charbon actif pendant 14 jours sans ajout de précurseurs, et qu’il était possible d’obtenir 0,099 g/L de vanilline. En 1991, Knuth et al. ont montré que des cultures de suspension de cellules de tissus cicatrisant la vanille sécrétaient une substance complexe aromatisée à la vanille, et 0,099 g/L de vanilline a été obtenu après extraction continue avec du charbon actif pendant 14 jours sans ajout de précurseurs [27].

Westcott et al. [28] ont utilisé les racines de Vanilla planifolia dans des cultures tissulaires et ont constaté que la vanilline s’accumulait dans les tissus à un taux de 0,4 g/(kg-j), et que la concentration la plus élevée de vanilline dans les tissus atteindait 7,0 g/kg. Plus tard, certains chercheurs ont trouvé une nouvelle méthode pour convertir l’isoeugénol, l’aldéhyde protocatéchuique et l’acide caféique en vanilline dans les cellules de Cap-sicum frutescens et les cellules d’haematococcus pluvialiscell [29], mais le processus de préparation de la vanilline dans ces cellules a été influencé par l’effet inhibiteur de la vanilline elle-même. Cependant, dans le processus de préparation de la vanilline à partir de ces cultures cellulaires, le rendement est très faible en raison de l’influence de l’effet bactériostatique de la vanilline elle-même, du substrat et de l’environnement de croissance cellulaire, ce qui rend difficile de briser l’état de la recherche en laboratoire dans la méthode de culture cellulaire.

4.3 préparation de la vanilline par conversion enzymatique

À l’heure actuelle, la méthode de transformation microbienne n’a pas été officiellement rapportée pour l’industrialisation, la raison principale est que la vanilline elle-même est une sorte d’inhibiteur microbien, lorsque la teneur en vanilline est augmenté, il peut inhiber et tuer les micro-organismes, et c’est le plus grand défi auquel fait face la méthode de transformation microbienne. Pour résoudre ce problème, une solution technique efficace consiste à sélectionner et à élever des micro-organismes appropriés, plus tolérants à la vanilline et moins capables de convertir la vanilline en acide vanillique; A l’heure actuelle, la conversion de la vanilline avec de l’acide férolique, qui est une matière première coûteuse, n’a connu que des progrès significatifs.

Les chercheurs nationaux [30] estiment que le moyen le plus efficace de résoudre ce problème devrait être de bien comprendre les caractéristiques des enzymes pertinentes, si nous pouvons isoler les enzymes appropriées et former une production à grande échelle de ces enzymes, et tirer parti de la spécificité et de l’efficacité élevée de la réaction enzymatique, alors la production de vanilline peut être plus directe et efficace.

Toutes les techniques de conversion biométabolique de la vanilline sont des réactions enzymatiques, et bien que le mécanisme d’action des différentes préparations de biotransformation ne soit pas encore entièrement compris, il est certain qu’elles sont toutes produites par l’action d’une ou plusieurs enzymes [31]. Dans l’étude technique de la synthèse enzymatique de la vanilline, van den Heuvel Robert HH et al. de l’université de Wagneingne, aux Pays-Bas [34] ont constaté que la vanilline peut être produite par les vanillines oxydases (VAOs) par deux voies. La première est la production de vanilline à partir d’alcool de goudron de bois via l’alcool vanillylique en présence de VAO. La vanillylamine est transformée par VAO dans des conditions alcalines en un intermédiaire qui peut être hydrolysé directement en vanilline.

En 2001, Gatfield I-L et al. [32] ont proposé la conversion enzymatique de la vanilline en utilisant les lipases Chirazyme L-2, c-f, et C2 lyo comme catalyseurs avec l’isoeugénol et aldéhyde de pin comme substrats, ce qui a donné des fractions de qualité vanilline de 30,4 et 83,1 %, respectivement. En 2004, Sun Zhihao et al [33] ont étudié la préparation de vanilline par conversion de l’isoeugénol avec la lipoxygénase de soja. En 2004, Sun ZH et al. [33] ont étudié la conversion de l’isoeugénol par la lipoxygénase de soja en vanilline. La conversion molaire a été de 13,27 % et 24,53 % par addition de résine cationique macroporeuse HD-8 pour l’adsorption de vanilline.

La Conversion de vanilline par la méthode enzymatique est devenue une direction de recherche prometteuse en raison de son accumulation facile de produits, peu de sous-produits, purification facile, conditions de réaction douces, faible consommation d’énergie et faible pollution. Bien entendu, l’utilisation de la théorie de l’enzymologie, du génie chimique et de la biotechnologie moderne pour la transformation directionnelle et la modification des enzymes existantes, la recherche sur leur technologie d’immobilisation et la mise au point de réacteurs multienzymatiques appropriés seront les principales tâches des fabricants dans la production de vanilline par méthode enzymatique.

5 perspectives

Le conseil des ministresVanilline en poudreProduit par synthèse chimique occupera toujours la position dominante sur le marché pendant longtemps en raison de sa source de matière première riche et stable, de son rendement élevé et de son faible coût, etc. Bien sûr, la synthèse chimique utilise des matières premières toxiques et nocives telles que le guaiacol, le p-crésol, l’acide fort et l’alcali fort, le métal lourd et ainsi de suite, et de nombreux sous-produits du processus polluent l’environnement et les trois déchets sont graves.

A l’heure où la Chine attache une grande importance à la protection de l’environnement, il est sans aucun doute un enjeu majeur pour les praticiens de la recherche et du développement d’un processus de synthèse avec un taux de conversion élevé et zéro émission de trois déchets pour réaliser une production verte. Tout au long du processus de synthèse, avec la percée continue de la technologie domestique de production de guaiacol et de glyoxylate, et l’approvisionnement en matières premières de haute qualité et à bas prix est essentiellement réalisé, la synthèse de vanilline par la méthode électrochimique organique deviendra le processus vert avec les perspectives de développement les plus prometteuses. La synthèse de vanilline par la méthode électrochimique organique deviendra le processus vert le plus prometteur; Il n’a besoin d’aucun oxydant, équipement simple, fonctionnement sûr, peu de sous-produits, grande pureté des produits, peu d’eaux usées et facile à traiter. Une fois le problème de consommation unitaire résolu, la méthode actuelle de guaiacol-glyoxylate sera rapidement remplacée pour la production de vanilline.

La production de vanilline naturelle par la méthode de phytoextraction est limitée par la difficulté de la culture de la vanille, et plus de recherche sur sa technologie d’extraction sera toujours une demi-mesure avec deux fois l’effort. Cependant, comme la vanilline naturelle existe dans un large éventail de plantes, l’exploration du processus d’enrichissement des composants de divers extraits de plantes naturelles riches en vanilline, puis l’isolation et la purification de la vanilline naturelle deviendra naturellement une option technologique prometteuses avec l’avancement de la technologie de bioingénierie.

Avec la hausse de "natural" Fièvre, la préparation de la vanilline naturelle par la méthode de bioconversion est sans aucun doute devenue le sujet le plus populaire de la recherche sur la vanilline. Au cours de la dernière décennie, la recherche technique sur la production de vanilline naturelle par la méthode de conversion microbienne a été étendue et approfondie, et beaucoup de résultats de recherche importants ont été obtenus de la voie métabolique à l’étude des gènes clés au niveau moléculaire. En Chine, en combinant les avantages des ressources naturelles telles que le son de riz et la betterave à sucre, la recherche et le développement de la fermentation microbienne de l’acide ferulique et de l’isoeugénol comme substrat pour la production de vanilline a fait une grande perce au cours des dernières années.

Cependant, au cours des deux dernières années, la fermentation microbienne du glucose comme substrat pour la production de vanilline a fait des progrès évients aux etats-unis et en Europe, et cette méthode est extrêmement abondante et peu coûteuse, avec une voie métabolique simple et contrôlable, et l’isolement et l’enrichissement de la vanilline est plus simple que celui de l’acide férulique. En choisissant des enzymes appropriées et en fermentant avec le glucose comme substrat, le coût de production de la vanilline devrait être proche de celui de la technologie synthétique, qui peut satisfaire les besoins des consommateurs et des producteurs, et il s’agit d’une technologie pratique avec plus de perspectives d’application. Il est rapporté que le projet de développement de la fermentation du glucose à base de levure pour la production naturelle de vanilline entre IFF et Evolva Holding SA entrera dans le stade de la production d’essai en petits lots. Bien que des progrès substantiels aient été réalisés dans la biosynthèse de la vanilline, de nombreuses questions scientifiques doivent encore être explorées et étudiées en profondeur, et la production industrielle de vanilline à haute efficacité doit être encore optimisée. Bien sûr, avec l’aide de la biologie moléculaire avancée et le génie génétique, vanilline naturelle moins cher devrait être réalisé dans un avenir proche.

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