바닐린의 합성방법에는 어떤 것들이 있나요?

과학적으로3-메 톡시-4-히드 록시 벤즈 알데히드로 알려진 바닐린 및 메틸 바닐린으로도 알려진 바닐린은 중요한 넓은 스펙트럼의 향료 및 유기 합성 원료입니다.세계에서 생산량이 가장 많은 가장 널리 사용되는 향 중 하나입니다.우아하고 상쾌한 향으로 화장품, 비누, 담배, 페이스트리, 제과 및 구운 식품 산업에 직접 적용할 수 있으며, 윤활유를 위한 식물 성장 촉진제, 살균 및 탈포제로도 사용할 수 있습니다.

바닐린은 유기 합성을위한 중요한 중간체입니다.중국에서 바닐린은 주로 식품첨가물에 사용되지만 최근 의약분야에서의 응용이 부단히 넓어지고 있으며 발전 잠재력이 가장 많은 바닐린의 응용분야로 되었다.뿐만 아니라, 전기 도금 공업에서 폴란드어로 사용할 수 있고 농업에서 익히기 대리인으로도 사용할 수 있습니다.

바닐린은 흰색 또는 연한 노란색의 바늘 또는 결정성 분말로 바닐린 특유의 달콤한 향이 있다.녹는점 82~83℃, 끓는점 285℃, 상대밀도 1.056, 물, 에탄올, 에틸렌 글리콜, 클로로포름에 녹는다.낮은 독성, 쥐가 경구 LD50 1580mg-kg-1, 식품, 화장품, 담배, 약 및 기타 산업에 널리 사용됩니다.

바닐린의 합성방법은 크게 두 가지가 있는데, 하나는 화학적 합성이고 (가이아콜, 리그닌, 사프릴, 유제놀, p-하이드록시벤즈알데히드, 4-메틸가이아콜, p-크레졸로 나눌 수 있다), 다른 하나는 미생물 합성이며 (미생물 발효, 식물 세포 배양, 효소 합성으로 나눌 수 있다), 이를 요약하면 다음과 같다.

1 화학 합성

1. 1 Glyoxalate 법

Guaiacol (o-메톡시페놀)을 glyoxalic acid와 응축 한 다음 산성화와 탈카르복실화를 수행하여 원유 생성물을 생성하고, 이를 정제하여 바닐린을 얻는다.

구체적인 준비 예는 아래와 같습니다.

1. 1. 1원유 바닐린 준비

(1) 글리옥살산 및 수산화알루미늄의 수용액인 o-methoxyphenol을 수산화나트륨 수용액에 첨가하고 25°C에서 저어주면서 반응시킨다.반응 후, 반응 혼합물로부터 수산화알루미늄을 여과하여 반응 용액을 얻고;여과된 수산화알루미늄은 수산화나트륨수용액으로 세척한다.반응 용액과 세척액을 혼합하고, 염산을 첨가하여 PH 값을 6으로 조정하고, 반응하지 않은 o-메 톡시 페놀을 에테르로 3회 추출하여 o-메 톡시 페놀을 회수한다.추출된 수용액, 수산화나트륨, 산화구리를 오토클레이브에 넣고 202.6 pa (게이지압)의 압력 하에 125℃에서 0.15L-min-1의 유량으로 공기를 넣고 저어주면서 반응을 수행하고 마지막으로 염산을 반응 주전자에 넣어 PH 값을 1.5로 조절하고 에테르로 3회 추출하여 92.1%의 수율로 원유 바닐린을 수득하였다.

(2) 3-메 톡시-4-히드 록시만 델산을 o-메 톡시 페놀과 glyoxalic acid를 반응시켜 제조하였다;그런 다음 만델산과 수산화나트륨을 물에 녹이고 산화 코발트와 아닐린을 첨가하고 125°C의 autoclave에서 0.23L-min-1의 유속으로 산소를 첨가하여 반응을 산화시킨다.반응 용액을 염산으로 조절하여 PH 값을 조정한 다음, 여과하여 침전시켰다.반응이 끝나면 염산으로 반응 용액의 PH 값을 조정하고 여과하고 침전시킨 다음 농축된 염산과 적절한 양의 물을 첨가하고 가열 및 가수분해 반응을 수행한다.그런 다음 농축된 염산과 적절한 양의 물을 첨가하고, 가열로 반응을 가수 분해한다.에테르를 넣고 흔들고, 에테르층을 황산나트륨에서 건조시키고, 에테르를 증발시키고, 바닐린과 아닐린을 분리하여 3-메 톡시-4-히드 록시 만델릭산으로서, 수율은 96.3%였다.

(3) 수산화나트륨 수용액에 o-메 톡시 페놀 및 글리옥시산 수용액을 첨가하고, 25 °C에서 교반하면서 반응시켜 히드 록시 메 톡시 만델산 반응 용액 (미반응 o-메 톡시 페놀 함유)을 얻는다.반응 용액에 촉매 CO-W (1.5:1)와 수산화나트륨 수용액을 첨가하고 125 ℃에서 202.6 pa (게이지 압력)의 압력 하에서 공기를 0.15L-min-1의 속도로 통과시켜 산화반응을 수행하고 여과를 통해 촉매를 제거하고 여과 액에 염산을 첨가하여 PH 값을 1.5로 조절하고 여과 액에 포함된 바닐린을 에테르로 3회 추출하였다.추출물에는 약 82%의 바닐린이 함유되어 있었다.

(4) 3-메 톡시-4-히드 록시 만델산 혼합물을 o-메 톡시 페놀과 글리옥살산을 반응시켜 만든 다음, 혼합물에 셀렌과 수산화나트륨을 첨가하고, 125 ℃, 202.6 pas (게이지 압력)의 압력 하에서 산화 반응을 수행하고, 공기를 0.15 L-min-1의 비율로 통과시켜 원유 바닐린을 수득하였으며, 수율은 97%였다.

(5) 물에 o-methoxyphenol, glyoxylic acid 및 수산화 나트륨을 첨가하고 25°C에서 저어주면서 반응시킨다.반응 용액을 황산으로 pH 5로 조절하고, 반응하지 않은 o-methoxyphenol을 벤젠으로 추출하였다.물, 수산화나트륨 및 산화구리를 오토클레이브에 첨가하고, 303.9 kpa의 압력 하에 125 ℃로 가열하고, 2 L-min-1의 속도로 공기를 통과시키고, 저어주면서 산화 반응을 수행한 다음 여과하여 산화구리를 제거하고, 원유 바닐린을 얻는다.

1. 1. 바닐린의 분리 및 정제2

(1) 얻어진 조제한 바닐린을 황산으로 PH 1.5로 조절하고, 메틸이소부틸케톤으로 5회 추출하고, 수용액층과 메틸이소부틸케톤층을 분리하였다;PH 값을 황산으로 PH 값 7로 조절하고, 메틸이소부틸케톤을 20 ℃에서 5회 추출하여 분리하고, 메틸이소부틸케톤을 증발시킨 후, 잔여물을 증류탑으로 증류하고, 149~151 ℃ 에서의 분획을 수집하여 순수한 바닐린을 얻었다.

(2)를 사용 하여 aldehyde vanillin에서 그룹을 생성하는 분자 이고 NaHSO3 나트륨 α-hydroxysulfonate 또한 반응에,고 쉽게 물에 녹는다, 정화 vanillin 추출 방법에 의해, 그리고 butyl 아세 테이트를 사용 하여 추출 vanillin 유기 농 단계에, 씻은 후, desolventization, 톨루엔 결정 화, 그리고 에탄올 recrystallization 제품을 받기 위해 서, 그리고 프로세스 흐름은 Fig. 1에 나와 있다.

bisulfite 나트륨 백 추출에 의한 바닐린의 정제는 더 나은 선택성과 수율을 가지며, 산업 생산의 분리 및 정화를 달성 할 수있다.

Glyoxalate 방법은 현재 바닐린의 가장 중요한 합성 경로입니다.폐기물이 적고 후처리가 편리하며 수율이 높은이 공정은 외국에서 가장 일반적으로 사용되는 방법이다.외국의 바닐린 생산량의 70% 이상이 로디아 등이 방법으로 생산되는데 생산능력은 6000t-a-1이다.현재이 방법을 채택하는 제조업체는 소수에 불과하며, 주로 글리옥살산의 국내 생산 가격이 비교적 높고, 폐수의 재사용 (바닐린 1 t의 경우 약 20t의 폐수가 발생), 제품 수율 등 핵심 기술 문제가 있어 아직 잘 해결되지 않고 있다.폐수 재사용 (1 t 바닐린은 약 20t의 폐수를 생산한다), 제품 수율 등과 같은 핵심 기술 문제가 잘 해결되지 않았다.국내 제조업체는 주로 Snow Leopard Group, Wuxi Central Asia Chemical Company Limited, Tianjin Northern Spice Factory 및 Taixing Organic Chemical Factory 등이 방법을 채택합니다.다른 제조업체는 주로 dimethylaniline 방법을 사용하지만 Jihua 회사, 중화화학그룹 등 많은 국내 제조업체는 원래 공정을 glyoxalate 방법으로 변경하고 있습니다.

또한 외국에서도 수율이 약 60%인 트리클로로아세트알데히드법 (인도), 수율이 약 39%인 클로로포름법 (인도), 수율이 90% 이상인 전해산화법 (인도)이 개발되어 있으며 오염이 적고 전력소모가 적으나 대규모 공업화 생산에 대한 보고는 없다.

1.2 디메틸라닐린법

출발 원료로 N,N-디메틸 라닐린을 취하여 염산에 의해 염으로 산성화된 다음 아질산 나트륨으로 니트로화하여 니트로 소 화합물을 얻고 o-메 톡시 페놀 및 포름 알데히드로 응축하여 조생성물을 얻은 다음 추출, 농축, 2차 증류, 결정화, 건조시켜 최종 생성물 바닐린을 얻는다.이 경로의 분리 공정은 복잡하고, 반응 전환율이 낮고, 생산 수율이 약 57% 이며, 세 가지 폐기물은 심각하며, 1 t 바닐린의 생산은 처리되기 어려운 약 20 t의 폐수 (페놀, 알코올, 방향족 아민 및 아질산염 함유)를 생성하고, 1~2 t의 고체 잔류물이 또 있습니다.이 과정은 외국에서는 단계적으로 폐지되었지만, 중국에서는 여전히 주요 생산 방식이며, 중국에서 더 큰 생산 규모를 가진 제조사들은 여전히이 방식을 채택하고 있다.

1. 리그닌법 3

리그닌은 주로 리그노술폰산의 형태로 섬유재료와 펄프폐액에 함유되여있다.제지 산업에서 황산염 펄프 부산물 폐액의 매 t는 약 7 m3 이며, 약 200 kg의 리노 설폰산을 함유하고 있으며, 그 합성 방법은 알칼리 매질에서 리노 설폰산에 산소를 공급한 다음 가수분해하여 바닐린을 얻는다.

공정:리노 술폰산은 155~160℃의 압축 공기에 의해 반응되고, 압력은 0.47~0.69 Mpa로 조절되며, 201×7의 강한 알칼리 이온 교환 수지에 의해 산화된 액체가 추출되고, 흡착 컬럼은 2단 탄착이며, 수지의 오염 문제를 해결하기 위해 탈착이 단계적으로 수행됩니다.흡착온도는 19 ℃ 였고, 탈착액은 염산-50% 에탄올 용액이었다.탈착된 액을 감압하에서 농축하여 수증기로 증류하고, 톨루엔에서 결정화하여 두 번째 감압하에서 수증기로 증류하고, 에탄올로 재결정화하여 생성물을 얻었으며, 이는 식품 화학 첨가물의 기준에 부합한다.

이 방법은 원료 공급원이 넓고 생산 역사가 길며 원료 가격이 저렴하고 폐자재를 충분히 활용할 수 있지만 제품의 수율이 10%~15%에 불과하고 오염 문제가 심각하다.바닐린 1t 당 거의 150 t의 폐수가 발생했기 때문에 미국을 포함한 많은 국가들이이 경로를 단계적으로 없애고 있는 것으로 알려졌다.하지만 원료가 저렴하고 종이 폐액을 사용하기 때문에이 방법이 계속 연구되거나 가능성이 있다.

1.4 유제놀 방법

정향유의 유제놀 함량은 약 85%~90%이다.합성 방법은 직접 산화와 간접 산화의 2가지 유형으로 나눌 수 있습니다.

1. 4. 1 직접산화

공정:알칼리 (NaOH 또는 KOH) 가 존재하는 상태에서, 유제놀은 알칼리와 이소유제놀염을 공동가열하여 이소유제놀염으로 이성화시키고, 이소유제놀염은 산화 (산화제는 O3, H2O2, K2CrO3 + H2SO4 또는 니트로벤젠 등) 하여 바닐린 염을 얻은 다음, 산성화에 의해 자유 바닐린을 얻을 수 있다.

1. 4. 2 간접 산화

공정:우선 알칼리 조건에서 유제놀을 이성질화하여 이소부틸페놀을 생성한 후 유제놀은 (CH2CO2)O와 반응하여 이소부틸페놀아세테이트를 생성하고 마지막으로 K2CrO3 +H2SO4로 산화시키고 산성 매질에서 바닐린으로 가수분해한다.직접 산화 방법은 일반적으로 바닐린의 산업 생산에서 채택됩니다.이 공정으로 생산되는 바닐린은 향이 더 좋지만 원료의 원천이 어렵고 생산 원가가 높으며 제품의 수율이 약 60%에 달하여 현재 소수의 제조업체만이이 공정을 채택하고 있으며 전체 생산량은 매우 적다.현재는 일부 제조사에서만이 공정을 채택하고 있으며 전체 생산량은 매우 적습니다.국내 제조 업체는 주로 중국 국가 광산업 위원회의 향신료의 상하이 연구소를 포함합니다.뿐만 아니라, 전기 화학적 산화 방법도 있으며, 수율은 74.5%까지 될 수 있지만 원가가 높고, 산업화 된 생산의 보고가 없습니다.

1. 5 4-히드 록시 3-메 톡시 벤질 알코올 방법

이 방법은 4-히드 록시 3-메 톡시 벤질 알코올을 직접 산화시켜 바닐린을 생성한다.

공정:반응기에서 4-히드록시 3-메톡시 벤질 알코올을 수산화나트륨 수용액에 첨가한 후 질산납 용액 (1 mol 4-히드록시 3-메톡시 벤질 알코올은 2.5 × 10-3 mol에 해당하는 납에 해당한다)

촉매를 1% pt/C 촉매와 혼합하고, 산소로 강력하게 저어주면서 30 ℃, 101.3 pa에서 산화 반응을 수행 하였다.산소 흡수를 중지한 후 촉매를 여과하고, 여과액을 황산으로 산성화하고, 여과하고 건조시켜 77.6%의 수율로 바닐린을 수득하였다.

1. 6 p-히드 록시 벤즈알데히드 방법

바닐린은 브롬화 후 메톡실화에 의해 p-히드록시 벤즈알데히드로부터 얻어진다.

공정:p-히드 록시 벤즈 알데히드 및 클로로포름을 반응기에 첨가하고 가열하여 용해시킨 다음 브롬과 클로로포름의 혼합물을 천천히 수득 시키고 반응의 온도를 (7±2)℃로 조절하여 반응이 끝난 후 밤새 둔 다음 여과하고 케이크와 모주에서 회수한 생성물을 함께 건조시켜 원액 4-히드 록시 3-브로 모 벤즈 알데히드를 수득 하였다.원유 생성물을 물로 재결정화하여 순수한 생성물을 얻고, 부산물로 소량의 디브로마이드를 생성하였다.

메탄올이 있는 반응기에 금속 나트륨을 저어주면서 첨가한다.나트륨이 용해 된 후, 적절한 양의 메탄올을 회수 한 다음 DMF, 4-히드 록시 3-브로 모 벤즈 알데히드 및 산화 구리를 첨가하고 96~100℃에서 반응을 수행한다.반응 종료 후, 감압하에서 DMF를 회수하고, 뜨거운 물을 첨가하여 잔류물을 용해시켰으며, 뜨거운 상태에서 여과하였다.모주를 염산으로 pH 3~4까지 산성화하고 여과하고 건조시켜 원유 바닐린을 얻었으며, 원유 생성물을 물로 재결정화하여 백색의 결정 바닐린을 얻었다.

이 방법은 대련이공대학에서 성공적으로 연구하였으며 2단계 반응의 각 단계 수율은 약 90% 이고 총 수율은 85% 이상이다.과거에는 메틸화 반응의 용매로 DMF를 사용하였는데, 가격이 비싸고 회수하기가 쉽지 않았으나, 현재는 소량의 DMF와 촉매로 탄산구리가 존재하는 상태에서 메탄올을 용매로 사용하는 것으로 개선되었다.이 공정 경로는 원료를 얻기 쉽고, 간단한 조작, 적은 단계, 높은 수율이지만 원료의 가격이 높습니다.합성 된 바닐린의 현재 가격에 따르면,이 공정은 생산에 실용적인 의미가 없습니다.중국에서이 과정을 통해 바닐린을 직접 생산하는 것에 대한 보고는 없다.그러나 중국의 p-하이드록시 벤즈알데히드의 생산은 해마다 증가하고 있으며, 가격은 해마다 감소하고 있으므로이 방법은 여전히 이용가치가 있다.

1.7 4-Methylguaiacol 법

4-Methylguaiacol은 산림조림의 부산물인 솔타르의 광성분에 p-methyl-o-methoxyphenol 이라는 학명으로 존재한다.4-methylguaiacol을 용매에 용해시키고 직접 산화시켜 바닐린을 얻는다.

공정 경로가 짧고 총 수율이 ≥75% 이며 후 처리가 간단하고 3가지 폐기물이 매우 작고 제품 1 t에서 생산되는 폐수가 약 3 t 이고 처리량이 작으며 제품은 순수한 향을 가지고 있어 주로 유럽과 미국으로 수출됩니다.이 공정은 최근 몇 년에 새로 개발된 것으로 국가 발명 특허를 신청했는데, 원재료 원천이 거의 없다는 것이 단점이다.현재 푸젠 영안 임업회사만이 생산에이 공정 루트를 채택하고 있다.

1. 8 p-크레졸법

p-크레졸 방법에는 일반적으로 두 가지 경로가 있으며, 하나는 p-크레졸을 원료로 산화, 모노브롬화 및 메 톡실화를 통해 사용하는 것이며, 이는 실제로 p-히드 록시 벤즈 알데히드 방법의 연장입니다.이 경로는 작동하기 쉽고 첫 번째 반응의 수율은 91%에 도달하며 분리없이 다음 합성에 직접 사용할 수 있으며 총 수율은 85%에 도달 할 수 있습니다.

또 다른 경로는 크레솔의 염소화, 메탄올나트륨과의 상호작용, 바닐린의 최종 산화이다.이 경로의 반응 수율은 이전 경로보다 좋지 않습니다.크레졸 합성 경로는 비교적 새로운 합성 방법으로 대부분 중국에서 연구되었으며, 국가는 크레졸 자원이 풍부하므로이 방법은 더 나은 발전 전망을 가지고 있습니다.현재 국내외에서이 방법으로 크레솔을 대규모로 생산했다는 보고는 없다.

1. 9 사프로일 방법

사프릴 (천연 사프릴 오일로부터)의 원료는 알칼리 처리에 의해 이소사프릴로 전환되고 피페랄로 산화된 다음 프로토 카테츄익 알데히드로 만들고 마지막으로 디메틸 황산메틸화에 의해 바닐린을 얻는다.

이 공정에서 가장 큰 문제점은 원료의 부족, 고비용 (그러나 유제놀 방법보다는 낮음), 공정의 복잡성, 제품 내 이소바닐린의 형성이 제거가 어렵다는 점이다.일본의 다카사고 (Takasago)에서 처음 사용했지만, 오늘날이 공정을 사용하는 제조사는 매우 드물다.

2 미생물학

2.1 미생물 발효

1977년 Tadasa K는 eugenol을 바닐린으로 전환할 수 있는 코리네박테리움 sp. 균주를 분리하여 바닐린을 생물학적으로 조제할 수 있는 새로운 방법을 열었다.이어서 많은 세균과 곰팡이가 eugenol, isoeugenol, acephate, glucose 등의 화합물을 바닐린으로 전환할 수 있음을 알 수 있었으며, 다양한 기질을 이용하여 미생물 발효에 의해 바닐린을 합성할 수 있었다.

2. 1. 1 Eugenol 또는 isoeugenol을 기질로 한다

균류는 eugenol 또는 이의 이성질체 eugenol을 바닐린으로 전환하는데 사용된다.이외에도 Corynebacterium sp., Serratia sp., Klebsiella sp., Enterococcus sp., Serratia sp. 등도 eugenol을 바닐린으로 변환할 수 있다.  생균류 (sp.), Klebsiella sp., enter-obacter sp., 특정균류 (Hemiptera.또한 Serratia, Klebsiella, Enterobacter는 isoeugenol을 바닐린으로 전환하는 능력이 있으며, Bacillus subtilis와 Rhodococcus rhodochrous 또한 isoeugenol을 바닐린으로 전환하는 능력이 있다.

Hemiptera 계열의 곰팡이 균주는 낮은 수율에서 eugenol을 전환하여 vanillin을 합성하였으며, 가장 높은 수율은 0.027 g L-1 이었다.Clostridium perfringens 균주 B2는 0.61 g L-1의 수율로 isoeugenol을 유일한 탄소원으로 사용하여 바닐린으로 전환할 수 있었으며, 12.4% (isoeugenol에서)의 몰 수율을 보였다.수율은 0.61 g L-1 이며 isoeugenol에서 12.4%의 몰 수율을 보였다.R. purpurea MTCC289의 기질로 isoeugenol을 사용하였을 때 최적의 실험실 배양조건에서 바닐린 (in isoeugenol)의 몰수율은 최대 58%였다.Serratia marcescens DSM30126은 eugenol을 기질로 0.1%에서 0.018 g-L-1의 바닐린 (eugenol에 관한) 몰 수율을 보였으며, isoeugenol을 기질로 20.5%에서 3.8 g-L-1의 바닐린 (isoeugenol에 관한) 몰 수율을 보였다.

2. 1. 기질로서 2 Ferulic acid

화학적으로 4-히드 록시 3-메 톡시 아크릴산으로 알려진 Ferulic acid는 옥수수 글루텐 및 곡물 겨 등의 농업 부산물에서 널리 발견됩니다.두 가지 방법이 있습니다ferulic acid로 vanillin을 생산한다기질로서:하나는 단일 세균의 작용만을 필요로하고, 다른 하나는 여러 균주의 세균이 복합적으로 작용해야 한다.

Hemiptera, Bacillus coagulans, Amycolatopsis sp. 군의 단일 균주는 발효에 의한 vanillin 생산에 대해 보고되었다.Hemiptera의 균주를 사용한 결과 0.0552 g L-1의 바닐린만을 얻을 수 있었던 반면, 4-vinylguaiacol의 바닐린 생산은 ferulic acid를 유일한 탄소원으로 사용하는 Bacillus coagulans 균주 BK07을 이용하여 이루어졌다.이 균주는 지금까지 보고된 ferulic acid의 대사 속도가 가장 빠른 7 h 이내에 95% 이상의 ferulic acid를 대사할 수 있었으며, Rabenhorst J 등의 특허받은 방법에 의한 ferulic acid의 바닐린으로의 전환은 11.5 gL-1까지 산출할 수 있는 토양실 세균인 DSM9992를 이용한 바 닐린으로의 전환은 아직 보고된 바 없다.

" 2단계 생물 변환 방법"Lesage-Meessen L 등이 제안한 다균주 바닐린 생산의 대표적인 예로 Aspergillus niger와 Pycnoporus cinnabarinus를 이용하여 형질전환 과정을 완료한다. 이 방법은 Aspergillus niger와 Pycnoporus cinnabarinus를 이용하여 전체 형질전환 과정을 완료합니다.첫째, Aspergillus niger 박테리아는 ferulic acid를 vanillic acid로 전환하여 0의 수율을 보였다.92g-L-1 및 몰 수율 (ferulic acid의 경우)이 0.92g-L-1. 수율은 0.92g-L-1, 몰 수율 (ferulic acid의 경우)은 88%;그리고 나서 Rhodobacter cinnabarinus에 의해 vanillic acid 가 vanillin으로 환원되었다. M. verticillioides에 의해 바닐린으로의 환원을 수행하였으며, 0.237g-L-1, 몰수율 88% (ferulic acid 로서)를 얻었다. (0.237 g L-1의 몰 수율을 22% (바닐산)로 하였다.최근에, 그들은 대신에 옥수수 겨를 유일한 탄소 원료로 사용했습니다 그들은 최근 " 바닐린 크리스탈"을 만들기 위해 바닐릭산 대신 옥수수 겨를 유일한 탄소원으로 사용했다.정화 조치도 없이. 그들은 최근에 " 2단계 생물 변환 방법"을 만들었다.옥수수 겨를 유일한 탄소원으로 사용하여 아무런 정화 조치 없이 바닐린 결정을 얻기 위한 것.

M. verticillioides에 의해 바닐릭산이 바닐린으로 환원되는 동안 부산물로 methoxyhydroquinone이 생성되어 바닐린의 수율이 감소함을 확인하였다.배지 내 바닐린의 대량농도가 1.0 g-L-1을 초과하면 M. verticillioides에 강한 독성을 발생시켜 성장을 늦출 수 있으며 균주의 증식은 바닐린의 생성에 도움이 되지 않았다.시스템에 셀로바이오스를 첨가할 경우 메톡시하이드로퀴논의 생성을 현저히 줄일 수 있으며, 바닐린의 수율을 0.725 g L-1로 3.3배 높일 수 있다.적절한 양의 XAD-2 수지를 첨가하여 바닐린을 흡착시키면 매질 내 바닐린의 질량농도와 균주의 성장속도를 조절할 수 있으며, 기계적으로 저은 생물반응기를 사용함으로써 물질전달 효과를 크게 향상시킬 수 있다.게다가, 기계 젓기 생물 반응기를 사용하면 물질 전달 효과를 크게 향상시킬 수 있으며, 바닐린의 수율은 1.575g-L-1에 도달 할 것입니다.

2. 1. 3기질로서의 포도당

포도당은 대장균 재조합 물질 (Escherichia coli KL7/PKL5.26Aor KL7/PKL5.97A)에 의해 바닐산으로 전환된 후, 뉴로스포라크라사에서 분리한 아릴알데히드 탈수소효소에 의해 바닐산이 환원되어 바닐린을 생성한다.이 기술을 산업적으로 이용하기 위해서는 대장균 재조합의 안정적인 발현이 요구된다.

요약하자면, 당도는 저렴하지만 대장균 재조합 물질의 안정적인 발현을 어떻게 실현하느냐가 실용화의 핵심이다.중국의 원료 자원과 생명공학 관점에서 이소유제놀과 페룰산을 기질로 하는 생물 전환에 의한 바닐린 생산은 더욱 유망하다.

2.2 식물 세포 배양 방법

현대생명공학기술이 발전함에 따라 사람들은 세포배양을 리용하여 바닐린을 생산하기 시작하였다.첫 번째는 바닐린을 외부에서 분비하는 바닐라 플래니폴리아의 특성을 활용한 바닐라 플래니폴리아 세포를 인공재배한 것인데, 단위 부피당 생산량은 높지 않아 0.01g-L-1 정도에 불과했다.2005년에 capsicum frutescens sell 등과 같은 특정 첨가물을 바닐린으로 전환하는 새로운 방법이 발견되었습니다.2005년에는 capsicum frutescens와 같은 특정 첨가물을 바닐린으로 전환하는 새로운 방법이 발견되었다.

Cao Mengde 등은 다양한 종류의 식물호르몬 (나프탈렌아세트산과 6-벤질아데닌)의 첨가는 G. vivigata 세포의 정지 배양시 세포의 생장에는 영향을 미치지 않았으나 바닐린의 생성에 미치는 영향은 뚜렷하였으며, 나프탈렌아세트산과 6-벤질아데닌을 혼합하여 사용하였을 때 더 많은 양의 바닐린이 생성되었다.바닐린의 생성은 세포성장과 음의 상관관계가 있어 바닐라 세포에서의 바닐린 생성을 위해 2단계 배양방법을 고려할 수 있었다.또한, 관목고추 세포와 Haematosossus pluvialis 세포는 첨가제 (isoeugenol, protocatechuic acid, caffeic acid 등)를 바실린으로 전환할 수도 있습니다.

요약하면, 바닐린 생산을 위한 현재 식물 세포 배양 방법의 효율은 상대적으로 낮고, 산업적 응용과는 아직 큰 거리가 있다.

2.3 효소법

모든 생물학적 대사 반응은 효소 반응이며, 위 방법들의 작용 메커니즘이 아직 명확하지 않지만 하나 이상의 효소의 작용에 의해 생성되는 것은 확실하다.이러한 효소를 분리하고 효소반응을 이용할 수 있다면 바닐린을 직접 얻을 수 있다.

네덜란드 Wageningen 대학의 Van den Heuvel Robert HH 등은 바닐린이 두 가지 경로를 통해 vanillyl alco-hol oxidase (VAO)에 의해 생성될 수 있음을 발견하였다.하나는 VAO 존재 하에 바닐릴알코올에 의해 목타르 알코올로부터 바닐린을 생산하는 것이다;다른 하나는 바닐릴아민을 알칼리성 조건에서 VAO에 의해 중간생성물로 전환시킨 후 가수분해하여 바닐린을 생성하는 것이다.또 다른 경우로, 바닐라민은 알칼리성 조건에서 VAO에 의해 중간생성물로 전환된 후, 가수분해되어 바닐린을 생성한다.일부 특허에서는 chirazyme L-2, c-f, c2lyo 라는 리파세스가 이소유제놀과 파인알데히드를 바닐린으로 전환할 수 있었으며, 얻어진 바닐린의 질량분획은 각각 30.4%, 83.1%로 나타났다.

효소반응은 효율이 높고 특이성이 있으며 반응조건이 경미하고 제품의 정화가 용이하며 에너지소모가 적고 오염이 적으며 조작이 간단하고 제어가 용이하기때문에 비할수 없는 장점을 가지고있다.그러나 어떻게 효소이론, 화학공학 및 현대 생명공학을 이용하여 기존의 효소를 개량하고 개조하며, 이들의 고정화 기술을 연구하고 적합한 다중 효소 반응기를 개발하는 것이 바닐린의 효소생산을 위한 주요 과제가 될 것이다.

바닐린은 유기인산염이 포함된 매질에서 고정화된 배양에서 악티노마이세트가 페룰산 (ferulic acid)이나 페레이트산 (sodium ferulate)을 첨가하여 생물적으로 변화시킴으로써 생성된다.미국에서는 포도당으로부터 바닐린을 제조하는 2단계 기술이 개발되어 조만간 산업화될 전망이다.로디아는 바닐린의 화학적 생산을 대체할 바닐린 생산을 위한 새로운 공정을 개발하기 위해 바이오발효 기술 연구에 많은 투자를 해왔습니다.

상기 바닐린 생산 방법은 나름의 장단점이 있다.완전 합성 방법 중 glyoxylate와 리그닌은 생산 원가가 낮지만 리그닌법의 제품은 중금속을 더 많이 포함하고 일반적으로 식품 및 제약 산업에 사용할 수 없습니다.Safrole, eugenol 및 4-methylguaiacol은 반합성 방법이며, 원료는 천연 식물 추출물로부터, 비용이 높고 그들은 자연 등급 제품입니다.사프로일은 인체에 해롭고 향기에 영향을 미치는 이소사프로일은 제품에서 제거되기 어렵기 때문에이 방법의 제품은 일반적으로 식품 및 화장품에 사용되지 않습니다.제품의 향기의 품질의 관점에서 eugenol과 4-methylguaiacol이 더 좋으며, 그들은 일반적으로 향의 고급 및 중간 등급 원료에 사용됩니다.

기술 전망 3

glyoxalic acid 법에 의해 바닐린을 준비하는 공정 경로는 성숙하고, 원료 공급원이 넓으며, 공정 조건이 제어하기 쉽고, 수율이 높으며, 오염이 적으며, 페놀법에 의한 guaiacol 합성의 성숙으로 guaiacol의 가격이 감소 할 것으로 예상되어이 공정 경로가 더욱 유리합니다.따라서이 과정은 중국의 노바닐린공정 개혁을 위한 발전방향이다.

p-cresol에서 바닐린을 생산하는 것은 새로 개발된 공정으로 중국에서 심도 있게 연구되었다.비록 아직 대규모 응용에 투입되지는 않았지만 곧 진전이 있을 것이다.중국은 풍부한 크레솔 자원을 보유한 석탄 대국이기 때문에이 공정 루트의 개발은 큰 전략적 의미와 발전 전망을 가지고 있다.

천연 식물 추출물을 원료로 활용한 Eugenol과 4-methylguaiacol은 향이 좋은 천연 등급 제품으로 선진국에서 일정한 시장을 확보하고 있다.이런 공정은 우리의 자원을 충분히 리용할 수 있을 뿐만 아니라 수출하고 외화를 벌기에 좋은 품종이므로 이런 반합성 방법은 여전히 개발해야 한다.

미생물 발효, 특히 천연 원료를 이용하여 발효 산물을 생산하는 것은 바닐린 합성 연구에 중요한 주제가 될 것이다.중국은이 분야에서 아직 초기 단계에 있으며, 화중과학기술대학 (HUST)의 Cao Mengde와 다른 사람만이 바닐린 세포의 정지 배양을 연구했고, 허페이공과대학 (HFUT)의 Yao Risheng 등은 샤먼용취안그룹유한회사 (XMG)와 함께 바이오 산화법에 의한 바닐린 생산에 대해 연구했다.바이오산화법에 의한 바닐린 생산은 점점 더 많은 관심을 끌었고 Schniken (이탈리아), Boreai (노르웨이), Monsanto (미국) 등 세계의 많은 유명한 바닐린 생산회사들은 미래의 맛과 향기의 시장에서 지배적인 위치를 차지하기 위해 바이오산화법에 의한 바닐린 생산에 대한 연구를 강화하고 있다.

또한, 국내외의 많은 학자들도 바닐린의 정제공정에 대해 많은 연구를 수행하고, 아미노산법, 포화탄화수소법 등의 새로운 공정을 제안하였으나, 여러 가지 이유로 인해 산업화된 생산에 적용된 사례는 없다.

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