全 文 ：《现代食品科技》 Modern Food Science and Technology Vol.21 No.2(总 84)
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中图分类号：TS26；文献标识码：A；文章篇号:1007-2764(2005)02-0047-016

微生物转化阿魏酸生产香兰素的研究

张莉力,迟玉杰
（东北农业大学，黑龙江哈尔滨150030）
摘要：对朱红秘孔菌的生长和香兰素的生成两个阶段分别采用高密度培养基和普通培养基进行培养发酵，并通过对香兰素生成
阶段的发酵条件的优化后，可生成0.403g/L的香兰素，相应的摩尔转化率为28.8％。
关键词：阿魏酸；香兰素；朱红秘孔菌；微生物转化
The Research of Microbial Transformation of Ferulic Acid to Vanillin
Zhang Li-li, Chi Yu-jie
(Food College, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)
Abstract: In this paper we investigate the ferulic acid bioconversion into vanillin by use of high-density culture of Pycnoporus
cinnabarinus. We use high-density culture for the growth of Pycnoporus cinnabarinus and common media for the bioconversion of Ferulic acid
to vanillin. At the optimum fermentation conditions, we achieve 0.403g/L vanillin with a molar yield of 28.8%.
Keywords: Ferulic acid; Vanillin; Pycnoporus cinnabarinus; Microbial transformation

香兰素（Vanillin），化学名称为 3-甲氧基-4-羟基
苯甲醛（3-methoxy-4-hydroxybenzaldehyde），是食品
工业中应用最广泛的香料之一。近年来，随着消费者
对食品安全的重视，对天然香兰素的需求量越来越大。
但是，由于从植物中提取的天然香兰素的生产受自然
条件的限制，其产量远不能满足市场的需求。国外的
立法机构，认可采用生物活细胞或其中的组成部分(例
如酶)所生产的物质为天然产物，由此，利用微生物发
酵法生产的香兰素即属于天然香兰素。目前，国外利
用微生物法发酵生产香兰素的研究较多。
大量的研究表明，朱红秘孔菌可以以阿魏酸为前
体物质生成香兰素，但是产量很低。Lesage-Meessen L
等人的研究表明一些易于被朱红秘孔菌吸收的糖（如
葡萄糖、果糖等）利于菌体的生长，但是这些糖却会
抑制阿魏酸到香兰素的生物转化。而据报道麦芽糖对
阿魏酸代谢生成香兰素具有诱导作用，不过却不如葡
萄糖或果糖那样易于被菌体吸收。Barghini P 等人提
高了培养基中糖和酵母粉的浓度，对朱红秘孔菌进行
培养，获得了很高的生物量。所以，本文尝试对朱红
秘孔菌的菌体生长阶段和香兰素的生物转化阶段分别
采用两种不同的培养基的发酵方法，并以采用一种培
养基的发酵方法作空白，对香兰素的生成情况进行了
比较，同时还对香兰素的生物转化阶段的发酵条件进
行了优化。
收稿日期：2005-3-11
1 材料与方法
1.1 菌种
朱红秘孔菌 NE-01(Pycnoporus Cinnabarinus NE- 01)
1.2 试剂
阿魏酸标品（Fluka 公司，色谱纯），香兰素，甲
醇（色谱纯），冰醋酸。
1.3 培养基
1.3.1 斜面培养基
将麦芽汁的糖度调到 10 勃力克氏，加入 2％的琼
脂，pH 自然。
1.3.2 高密度培养基
在菌体的生长阶段采用高密度培养基。果糖
50g/L，酵母粉 50 g/L，酒石酸铵 1.842 g/L，磷酸二氢
钾 0.2 g/L，氯化钙 0.0132 g/L，硫酸镁 0.5 g/L，pH7.0。
1.3.3 普通培养基
生成香兰素的发酵阶段采用普通培养基。麦芽糖
20 g/L，酵母粉 5 g/L，酒石酸铵 1.842 g/L，磷酸二氢
钾 0.2 g/L，氯化钙 0.0132 g/L，硫酸镁 0.5 g/L，pH7.0。
1.4 培养方法
1.4.1 斜面培养
30℃的恒温箱内培养 7d。
1.4.2 采用一种培养基进行发酵
将斜面上的朱红秘孔菌接入普通培养基100ml的
250ml 三角瓶中，在 30℃，130rpm 培养 3d，然后添
DOI:10.13982/j.mfst.1673-9078.2005.02.016
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加底物阿魏酸。
1.4.3 采用两种培养基进行发酵
将斜面上的朱红秘孔菌接入高密度培养基 100ml
的 250ml 三角瓶中，30℃，150rpm 的摇床内振荡培养
3d，然后将朱红秘孔菌转移到普通培养基中，发酵阶
段采用的普通培养基是由 0.5 g/L 的阿魏酸溶液配制
的，30℃，130rpm 摇床内振荡培养。
1.5 阿魏酸的添加方法
本试验中添加的底物阿魏酸是由水解麦麸获得
的，经浓缩后浓度在 5g/L。将阿魏酸浓缩液 115℃，
灭菌 15min，备用。
空白试验即用普通培养基进行培养发酵，阿魏酸
的添加方法：普通培养基培养 3d 后，向培养液中加入
5g/L 的阿魏酸溶液 10ml，每隔 24h 添加一次，共添加
5 次。
用两种培养基分别进行培养和发酵时，阿魏酸的
添加方法：在高密度培养基培养3d后，转移到用0.5g/L
阿魏酸溶液配制的普通培养基中，每隔 24h 向培养基
中添加 5g/L 的阿魏酸 10ml，共添加 4 次。
1.6 生物量的测定
将斜面上的朱红秘孔菌接入液体培养液，培养 3d
后，取培养液 100ml，用滤纸过滤。滤纸和菌丝体 100℃
烘干恒重，减去滤纸的质量，即为菌丝体的干重，结
果以 g/L 计。
1.7 香兰素摩尔转化率的计算
香兰素的摩尔转化率(%)＝(培养基中香兰素的摩尔数/加
入到培养基中的阿魏酸的摩尔数)×100
1.8 阿魏酸、香兰素的 HPLC 检测
用 Hypersil，C18 柱（5µm 4.6×250mm，大连依
利特公司）；紫外检测器，检测波长 320nm；柱温 45℃；
流动相：甲醇－0.5％冰醋酸（30：70），流动相流速：
1.0ml/min；灵敏度：0.05AUFS；进样量：15µL。用
外标法进行定量。
2 结果与讨论
2.1 高密度培养基碳源的选择
在高密度培养基中，选用不同的碳源，以获得的
生物量为指标，经 3d 天的液体培养，结果如表 1。
由表 1 可知，以葡萄糖和果糖为碳源的高密度培
养基获得的生物量最大，由此可以看出，提高培养基
的密度，以葡萄糖和果糖作为碳源，经过短时间的培
养就可以获得较高的生物量，说明了葡萄糖和果糖较
易于被朱红秘孔菌吸收，可以提高菌体的生长速度，
所以我们选择了以葡萄糖和果糖作为高密度培养基的
碳源。但是，一些研究表明，葡萄糖和果糖虽然有利
于菌体的生长，却会对生成香兰素的生物转化过程产
生一定的抑制作用，所以在香兰素的生成阶段我们将
菌体转移到普通培养基中，降低培养基的密度、更换
碳源，来延长菌体的生长期，提高香兰素的产量。
表1 高密度培养基碳源的筛选
碳源 麦芽糖* 麦芽糖 葡萄糖 乳糖 果糖 蔗糖 淀粉
生物量 0.321 0.403 0.691 0.303 0.663 0.121 0.212
注:除麦芽糖的浓度为 20g/L,其它碳源的浓度为 50g/L
2.2 两种发酵方法生产香兰素的比较
本试验采用了两种方法生产香兰素，一种是对菌
体的生长阶段和香兰素的生成阶段只采用普通培养基
进行发酵培养，此种发酵方法作为空白对照试验；另
一种是以葡萄糖和果糖为碳源，分别对菌株的生长和
香兰素的生成采用高密度培养基和普通培养基进行培
养发酵。表 2 为发酵培养到 10 天时测定香兰素的产量
和摩尔转化率。
由表 2 知，以葡萄糖和和果糖为碳源对朱红秘孔
菌的生长和香兰素的转化两个阶段分别采用两种培养
基进行培养发酵的方法，与空白试验相比较，较大地
提高了香兰素的产量和转化率。
表2 不同发酵方法对香兰素生成的影响
碳源 香兰素浓度（ g/L） 摩尔转化率
空白 0.21 0.162
葡萄糖 0.478 0.344
果糖 0.544 0.391
2.3 香兰素生成阶段发酵条件的优化
2.3.1 碳源的筛选
用同等浓度的葡萄糖、果糖、蔗糖代替普通培养
基中的麦芽糖，发酵培养到第十天时测量香兰素的浓
度，结果如表 3。从表 3 可看出麦芽糖最有利于香兰
素的生成，也验证了麦芽糖可以很好地诱导阿魏酸代
谢产生香兰素的报道（王明君，2004）。
表3 不同碳源对香兰素生成的影响
碳源 麦芽糖 葡萄糖 果糖 蔗糖
香兰素浓度(g/L) 0.388 0.232 0.26 0.126
2.3.2 碳源浓度的优化结果
碳源浓度对香兰素生成的影响如表 4。由 4 可知，
麦芽糖含量在 20g/L，25 g/L，30 g/L 时，香兰素的产
量都是较高的，考虑到生产的成本，所以选择碳源浓
度为 20g/L。
表4 碳源浓度对香兰素生成的影响 单位：g/L
麦芽糖浓度 10 15 20 25 30
香兰素浓度 0.167 0.306 0.388 0.386 0.375
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2.3.3 氮源的选择
用同浓度的牛肉膏、蛋白胨代替酵母粉，结果如
表 5。从表 5 可看出，氮源对香兰素的生成影响不大，
但以酵母粉产量最高，所以选择酵母粉作为氮源。
表5 不同氮源对香兰素生成的影响
氮源 牛肉膏 蛋白胨 酵母粉
香兰素浓度 g/L 0.303 0.371 0.388
2.3.4 氮源浓度的优化结果
由表 6 可看出酵母粉浓度在 3g/L 以上时，其浓度
变化对香兰素的产量影响不大，所以选择酵母粉浓度
为 3 g/L。
表6 酵母粉浓度对香兰素生成的影响 单位；g/L
酵母粉浓度 1 2 3 4 5 6 7
香兰素浓度 0.213 0.276 0.386 0.386 0.388 0.382 0.381
2.3.5 发酵温度对香兰素生成的影响
分别考察了 20℃、25℃、30℃、35℃下香兰素的
生成情况，如表 7。从表可以看出发酵温度对香兰素
的生成量影响较大，在 30℃下，香兰素的产量达到了
最大，所以选择 30℃作为发酵温度。
表7 发酵温度对香兰素生成的影响 单位：g/L
温度 20℃ 25℃ 30℃ 35℃
香兰素浓度 0.151 0.306 0.388 0.291
2.3.6 发酵液初始 pH 值对香兰素生成的影响
如表8将发酵液的初始pH值分别调成3.0至8.0，
考查香兰素的生成情况。由表 8 可知，发酵液的初始
pH 对香兰素的生成影响很大，pH7.0 时香兰素的生成
量最大，所以选择发酵液的初始 pH7.0。
表8 发酵液初始pH对香兰素生成的影响单位：g/L
pH 3 4 5 6 7 8
香兰素浓度 0.132 0.211 0.341 0.363 0.388 0.103
2.3.6 摇床振荡频率对香兰素生成的影响
在摇床振荡频率为 100rpm～160rpm 范围内进行
发酵，结果如表 9 所示。由表可以看出摇床振荡频率
在 110rpm 时，香兰素的产量最高，所以选择摇床振
荡频率为 110rpm。
表9 振荡频率对香兰素生成的影响单位：g/L
振荡频率 100 110 120 130 140 150 160
香兰素浓度 0.383 0.396 0.391 0.388 0.311 0.303 0.233
3 结论
对朱红秘孔菌的生长和发酵阶段分别采用高密度
培养基和普通培养基进行发酵培养，提高了香兰素的
产量。将菌体在以果糖为碳源的高密度培养基中，
30℃，150rpm 培养 3 天后，转移到低密度培养基(麦
芽糖 20 g/L，酵母粉 5 g/L，酒石酸铵 1.842 g/L，磷酸
二氢钾 0.2 g/L，氯化钙 0.0132 g/L，硫酸镁 0.5 g/L)
中，在初始 pH7.0，30℃，110rpm 下发酵到第 12 天
时，香兰素的浓度达最大 0.403g/L，转化率为 28.8％。
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