农业废物作为微生物香精生产基质的潜力研究

随着消费者对天然食品的需求不断增长，包括对食物的需求，香料公司采用生物技术进行生产的内在动力大大增加。本文综述了利用微生物生物合成或生物转化的方法，以及在前体底物的合成和转化过程中所涉及的酶。更重要的是，本文综述了利用农用工业加工装置产生的丰富、廉价和营养丰富的木质纤维素废物作为固态发酵下微生物生产风味化合物的潜在底物。这篇文章为从农副产品残留物中生产重要香料的高效和低成本过程的发展提供了见解。生物技术还将有助于安全、环保地处理农业产生的废物。

锡基固体酸和转氨酶生物催化剂串联催化将玉米芯化学酶转化为糠胺. ACS Sustainable Chemistry & Engineering ( IF 9.224 ) Pub Date : 2019-10-14 , DOI: 10.1021/acssuschemeng.9b03510

风味的感觉是由具有不同物理化学性质的挥发性和非挥发性化合物组成的复杂基质所刺激的。纵观历史，人们从植物中提取简单或复杂的风味化合物。随后对这些化合物分子结构的阐明，导致了它们的合成生产，现在几乎所有的食用成分都是用这种方式生产的。然而，随着消费者对天然食品的偏好日益转变，通过化学合成生产的食品不能被贴上“天然”的标签。此外，化学生产是不环保的，缺乏基质敏感性，导致形成风味不良的外消旋混合物(Longo和Sanromán, 2006)。相反，从植物中提取天然食物的过程也有局限性。这些问题包括浓缩极低浓度的风味化合物的高成本、对季节和气候条件的依赖以及与提取相关的生态问题。

此外，微生物转化或合适基质的生物转化是生产“天然风味”的一种环境友好和成本效益高的替代方法。这包括使用(a)微生物培养物作为食品的组成部分和(b)微生物或其酶将适当的底物生物转化为所需的风味化合物，然后从反应介质/发酵液中提取它们(图1)。在后一种情况下，固态发酵(SSF)是一种微生物在没有自由流动水的情况下在固体载体上生长的过程(Singhania等人，2009年)，显示出了前景。最近，食品和农业残留物的SSF作为一种生产酶、香料、着色剂和其他与食品工业有关的化合物的手段受到了关注。与沉浸式发酵相比，SSF具有许多优势，如更高的产量、更低的能源需求、高效利用和废物增值(Cerda等人，2019年)。

图1 |微生物从农业残留物中生产生物香料

富含碳水化合物和其他营养物质的粮食和农业废物大量产生，可作为生产散装化学品和其他化合物的固体碱降解基质。这些底物还含有各种不同浓度的生物活性代谢物，包括风味化合物，这些化合物可以通过微生物发酵或酶催化获得。这篇综述讨论了微生物培养及其酶在从农业残留物中产生香气和风味化合物的潜力，用于食品工业。

香气物质

食品的感官特征包括它的味道、风味和香气。在所有这些参数中，香气是决定其接受度和市场成功的最强大的特征之一(Berger, 2009)。芳香和风味化合物可分为酸、碳氢化合物、醛、醇、酮、酯或内酯(Bicas等人，2010年)。根据芳香化合物的化学结构进行分类如图2所示。自远古以来，微生物被用于许多食物的风味生产。葡萄酒、啤酒、发酵蔬菜和牛奶、大豆、火腿、醋和酱油等产品都是通过微生物保存、改良和调味的。如前所述，微生物菌株可用于生产风味化合物，既可在发酵食品中就地生产风味，也可在适当的基质中提取风味，随后用于不同的食品中(Longo和Sanromán, 2006)。下面讨论在食品工业中使用的最重要的一组香料，以及它们由微生物生产的过程:

图2 |根据化学结构对风味化合物进行分类。

内酯类化合物

内酯是γ-和δ-羟基酸的环酯，它们具有椰子香、奶油香、甜香、果香或坚果香。在各种微生物发酵过程中生产内酯的生物技术路线已被许多研究者所研究。例如，Collin和Halim(1972)报道了具有椰子香气的6-戊基-2-吡咯酮是绿色木霉培养物中的主要挥发性风味成分。其他一些真菌，如接骨木干酪菌(Tyromyces sambuceus)和枝孢霉(Cladosporium suaveolens)也产生椰子风味，释放内酯，即分别来自蓖麻油酸和亚油酸的γ-癸内酯和δ-十二内酯(Kapfer et al.， 1989;Allegrone et al.， 1991)。酵母菌如热带念珠菌和解脂耶氏酵母可以将蓖麻油酸降解为C16、C14和C12酸，并积累δ-癸内酯，显示出果香味和油香味(Gatfield, 1999)。同时，Fadel等人(2015)确定6-戊基- α -吡酮是由接骨木干酪菌 EMCC-107在甘蔗渣固态发酵过程中产生强烈椰子香气的原因。此外，当酵母Lindnera saturnus CCMA 0243和解脂耶氏酵母 CCMA 0242在残余蓖麻油中生长时，可以获得δ - 癸内酯的积累(De Andrade et al.， 2017)。最近，Marella等人(2019)改造了解脂耶氏酵母，通过β-氧化使脂肪酸羟基化和链缩短，优先生成12或10个碳。研究发现，与野生菌株相比，工程菌株从油酸和亚油酸中产生的γ-十二内酯和δ-癸内酯的浓度是野生菌株的4倍，从而为通过发酵可用的脂肪原料生产更高的内酯铺平了道路。通过微生物途径产生的乳香、黄油味和椰子味内酯的风味在乳制品中是非常可取的。

Tyromyces sambuceus

脂肪酸

三酰甘油储存脂肪酸，脂肪酸通过酶氧化降解从三酰甘油中释放出来。大部分植物挥发物，包括羧酸、甲基酮、酯、醇和醛，都是由饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸通过α和β氧化产生的(Schwab等人，2008年)。乳制品风味脂肪酸如丁酸和乳酸可以由不同的乳酸菌产生(Marshall, 1987)。Madhavan Nampoothiri等人(2010)综述了各种乳酸菌(LAB)菌株的乳酸生产。除了乳酸菌，乳酸也可以由丝状真菌产生，特别是根霉(Meussen et al.，2012)。Meussen等人(2012)的一项研究发现，米根霉R. oryzae在不同的碳源上产生L-乳酸、富马酸和乙醇，乳酸是主要产物(Juturu和Wu, 2016)。这些脂肪酸的乳制品风味在许多食品和饮料中都是可取的。

豆豉是一种美味的食物，由米根霉发酵熟大豆制成

萜烯

萜烯是一种挥发性不饱和碳氢化合物，可向植物精油传递赋予特有的气味(Janssens et al.， 1992)。在所有微生物中，真菌主要负责产生萜烯，一个典型的例子是角孢菌属(Collin and Halim, 1972)。研究发现，念珠状角囊藻菌(Ceratocystis  moniliformis)形成的萜烯数量与植物中形成的萜烯数量相似(Lanza and Palmer, 1977)。Zhao等人(2010)观察到，接种了Ceratocystis polonica后，挪威云杉(Picea abies)的萜烯产量显著增加。而大型真菌(Trametes odorata)和各种种类的黄曲霉也产生单萜(Welsh et al.， 1989)。在King和Dickinson(2000)的一项研究中，发现了三种酵母——酿酒酵母、德尔布鲁奇酵母(Torulaspora delbrueckii)和乳克鲁维酵母(Kluveromyces   lactis)——能将萜烯生物转化为单萜醇，即香茅醇、芳樟醇和橙花醇。同样，酿酒酵母菌(Carrau et al.， 2005)产生的芳樟醇和柑橘醇(citranool)被发现在葡萄酒中积累。Chen等人(2014)从乳克鲁维酵母菌株KL71发酵的荔枝酒中提取了萜和萜类化合物，其中香叶醇和香茅醇具有较高的气味活性值(oav)。在最近的一项研究中，两种角囊藻(Ceratocystis)的基因组功能注释确定了与各种萜类和挥发性化合物的生物合成相关的途径(Molano等人，2018年)。这些萜类化合物在食品香料工业中具有相当大的应用价值，特别是芳樟醇、橙醇、香叶醇和香茅醇，因为它们的感官阈值较低。

Torulaspora delbrueckii

薄荷醇是一种萜醇，有强烈的清凉，薄荷气味和味道。它是从薄荷油中天然提取的，由百里香酚氢化合成。这种化合物被用于各种糖果和止咳糖浆中。枯草芽孢杆菌、犁头霉属(Absidia hyalospora)、念珠地霉(Geotrichum candidum)和两种木霉都能催化乙酸薄荷酯、丙酸酯、甲酸酯和肉豆蔻酸酯转化为薄荷醇和异薄荷醇(Moroe et al.， 1970)。红酵母属、木霉属、诺卡菌属、分枝杆菌属、芽孢杆菌属、红球菌属、根霉属、念珠菌属、汉森菌属、链霉菌属、好氧菌属、节杆菌属、假单胞菌属、赤霉素属和环菌属也可将适当的底物生物转化为薄荷醇(Armstrong et al.， 1989;Chatterjee, 2004;Chandran等人，2011)。Toogood等人(2015)利用一株表达从胡椒薄荷中提取的“烯”还原酶和薄荷酮脱氢酶基因的工程大肠杆菌，用一锅法从薄荷酮中酶法生产薄荷醇和新薄荷醇。

念珠地霉(Geotrichum candidum)宏观和微观外观的变化。左边的照片显示了实验室里培养皿中菌落的生长。右边的照片显示细胞是用显微镜在400倍放大下拍摄的。上面两张照片显示了一个霉菌样菌株的例子。下面两张照片显示了一个类似酵母的菌株。

酯类

酯是最重要的化学基团之一，赋予水果，糖果的味道，并用于水果口味的乳制品(Longo和Sanromán,2006)。挥发性酯是啤酒、葡萄酒和清酒的果味、糖果味和香水味的主要成分。在这些挥发性酯中，乙酸异戊酯是酒精饮料中最显著的醋酸酯，具有独特的香蕉风味。第二个重要的基团是中链脂肪酸乙酯，包括己酸乙酯(大茴香)和辛酸乙酯(酸苹果香)。乳酸菌和几种酵母菌已知会产生这些水果酯(Longo和Sanromán, 2006)。Liu等人(2004)综述了乳酸菌、酵母、霉菌、丙酸菌和假单胞菌在乳制品中合成水果风味酯的生物过程。Saerens等人(2010)综述了酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)生产挥发性酯的过程。Layton和Trinh(2016)报道称，酿酒酵母属(Saccharomyces sp.)、产朊假丝酵母(Candida  utilis)和汉逊酵母属(Hansenula sp.)在以葡萄糖为基础的发酵培养基中产生这些酯。然而，Walsh等人(2017)对发酵24小时的开菲尔乳进行了宏基因组测序，发现发酵早期的优势菌种是开菲尔乳杆菌(Lactobacillus  keranofaciens)，而发酵后期的优势菌种是肠膜明串珠菌(Leuconostoc mesentroides)。结果表明，微生物演替模式可用于优化发酵过程，增强发酵食品的特殊风味。另一方面，van Mastrigt等人(2018)证明，通过模拟奶酪成熟过程中细菌的缓慢生长，保留菌培养是从奶酪基质外的乳酸乳球菌中产生奶酪风味的首选方法。Ruiz Rodriguez等(2019)研究了从野生水果和花卉中分离出的乳酸菌的多样性和功能特性。该菌株被发现可以产生水果风味酯，因此可以用于制造发酵水果为基础的产品。

Lactobacillus kefiranofaciens

醇类

不饱和醇给食品带来特有的香气。许多酵母产生具有独特感官特性的长链复合醇(Longo和Sanromán, 2006)。Mallouchos et al.(2003)使用固定在去木质素纤维素材料上的酿酒酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)对葡萄酒进行分批发酵，产生2-苯乙醇，在发酵的葡萄酒中产生玫瑰般的香气。因此，为这种酒精的生产提供了另一种微生物途径，通常是从玫瑰花瓣中提取或化学合成。Stark等人(2002)报道了由2-苯丙氨酸生产2-苯乙醇的酵母，如马克思克鲁维酵母(Kluyveromyces  marxianus)，酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)，异常汉逊酵母(Hansenula anomala)。有趣的是，Kim等人(2014)改造了马克思克鲁维酵母，使其从酿酒酵母中过表达编码苯丙酮酸脱羧酶(ARO10)和醇脱氢酶(ADH2)的基因，导致从葡萄糖中过度生产2-苯乙醇。

利用固定化马克思克鲁维酵母生产生物乙醇。Recuperado de: https://cervecing.es/guia-de-levaduras/

酮类

甲基酮如2-庚烷酮，2-壬酮和2-十一酮被用于添加水果口味的产品。然而，它们也在蓝奶酪成熟过程中通过微生物脂肪酶的作用产生(恩格斯等，1997年)。这些脂肪酶主要由双孢蘑菇、黑曲霉、青霉和绿色木霉产生(Janssens等，1992)。

双乙酰是一种邻近的二酮，它赋予黄油风味，因此被用于模拟黄油类和其他乳制品风味。它是由乳酸菌和乳制品中的其他几种微生物产生的(Longo和Sanromán, 2006)。有趣的是，代谢工程大肠杆菌产生了高浓度的双乙酰(1.45 g/L)，而乙醛和双乙酰是由酵母热带念珠菌D15在乳清为基础的培养基上合成的(Rosca等人，2016)。

显色培养基中的念珠菌。双皮氏培养皿CHROMagar™念珠菌(左)和Mycosel®(右)。(A)白色念珠菌(翠绿色菌落)和热带念珠菌(深蓝绿色菌落);(B)白色念珠菌(翠绿色菌落)；克鲁西念珠菌(粉红色菌落)和米色菌落(其他酵母)。

醛类

香兰素(4-羟基-3-甲氧基苯甲醛)是食品工业中的一种重要香料。从香草荚中提取香兰素是劳动密集型和昂贵的。由于消费者对天然香兰素的需求不断增加，化学途径并不可取(Kumar和Pruthi, 2014)。因此，许多研究小组通过微生物生物转化从精油中获得的丁香酚和异丁香酚来生产香兰素(Ashengroph等人，2012;Tan et al.， 2015)。有趣的是，木质纤维素农业残渣是阿魏酸的丰富来源，阿魏酸通过微生物或酶转化作为香兰素生产的前体(Kumar和Pruthi,2014)。然而，用这种方法生产香兰素需要通过酶或化学处理从木质纤维素废料中释放阿魏酸(Zamzuri和Abd-Aziz,2013)。释放出来的阿魏酸可被一些细菌和真菌转化为香兰素、香兰酸和原儿茶酸。因此，阿魏酸作为香兰素生产前体的重要性已经在生物香料生产领域得到了认识(Kumar和Pruthi, 2014)。利用包括红球菌在内的多种微生物对阿魏酸转化为香兰素进行了评价，这些微生物包括放线菌属、谷氨棒状菌属、酿酒酵母菌属、深红酵母属(Rhodotorula rubra)、汉斯德巴氏酵母菌属(Debaryomyces hanseni)、高嗜盐菌属Halomonaselongata、裂褶菌属Schizophyllum  commune、地衣芽孢杆菌属、凝结芽孢杆菌属、枯草芽孢杆菌属、朱红密孔菌属Pycnoporus  cinnabarinus CGMCC1115、假单胞菌属EF3、荧光假单胞菌属、腐臭假单胞菌属Pseudomonasputida、大肠杆菌JM109/pBB1、黑曲霉CGMCC0774、乳酸菌属、拟无枝菌酸属Amycolatopsis   sp. HR167、链霉菌属Streptomyces sp. V-1、西唐氏链霉菌Streptomyces setonii ATCC39116、Streptomyces sanannensis、赫氏链霉菌属Streptomyces halstedii GE107678以及基因工程微生物(Chen et al.， 2016)。阿魏酸酯酶是参与从天然基质中释放阿魏酸的主要微生物酶之一，阿魏酸随后可被生物转化为香兰素。采用了两步生物转化过程，即甜菜浆中的阿魏酸被黑曲霉转化为香草酸，然后香草酸被朱红密孔菌(Pycnoporous cinnabarinus)转化为香兰素(Lesage- Meessen et al.， 1996)。有趣的是，利用乳酸菌(Kaur等人，2013年)和西唐氏链霉菌(Streptomyces setonii)(Gunnarsson和Almqvist,2006年)从阿魏酸中提取了高浓度的香兰素。然而，由于工艺优化非常困难，能够生产香兰素的重组菌株的开发是相当有吸引力的。Narbad和Gasson(1997)证明了用荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)通过辅酶a连接酶和侧链裂解将阿魏酸转化为香兰素。在Vaithanomsat和Apiwatanapiwat(2009)的另一项研究中，存在于桐油树树茎的蒸汽爆破水解液中的阿魏酸被成功地用作底物，由黑曲霉和朱红密孔菌一步生成香兰素。Torre等人(2008)利用碱性水解优化了玉米芯中阿魏酸(1.17 g/L)的释放。在Tilay等人(2008)的一项有趣的研究中，对各种农业废弃物，即玉米糠、米糠、麦麸、麦秸、甘蔗渣、菠萝皮、橘子皮和石榴皮进行了酯化阿魏酸 (EFA)的筛选。在筛选的来源中，玉米麸皮中EFA含量最高。菠萝皮、橘子皮和石榴皮也被发现含有EFA的痕迹。一些属于不同属的细菌也能够使用阿魏酸作为它们的唯一碳源，从而产生香兰素、香草酸和原儿茶酸(Converti et al.， 2010)。Chen等人(2016)还展示了枯草芽孢杆菌B7-S从阿魏酸中生产香兰素的潜力。

Pycnoporus cinnabarinus

苯甲醛是仅次于香兰素的第二重要的醛，用于制造樱桃和水果的味道。它可以从杏子中提取，但这一过程会导致羟基肉桂酸的形成。或者，微生物从苯丙氨酸中生产苯甲醛可以被标记为“天然的”，不产生不必要的副产品。在这方面，已经报道了在添加苯丙氨酸的培养基中产生苯甲醛，用于培养腐臭假单胞菌(Tsou et al.， 1990)、白腐真菌chrysosporium Phanerochaete (Jensen et al.， 1994)、块茎形多孔菌Polyporus tuberaster (Kawabe et al.， 1994)、植物乳杆菌Lactobacillus plantarum (Groot, 1998)、朱红密孔菌属 Pycnoporus cinnabarinus (Lomascolo et al.， 1999)、香栓菌属 Trametes  suaveolens  (Lomascolo et al.，2001)和少孢根霉Rhizopus oligosporus(Norliza and Ibrahim,2005)。

吡嗪类

吡嗪是一种含氮杂环化合物，可赋予烘烤和坚果的味道。枯草芽孢杆菌是第一个被报道能产生吡嗪的微生物(Kosuge and Kamiya, 1962)。枯草芽孢杆菌IFO 3010生长在添加了苏氨酸和乙偶姻的大豆上，产生2,5-二甲基吡嗪(2,5-DMP)和四甲基吡嗪(TMP) (Besson等，1997年)。谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutamicum)也可以从氨基酸中产生吡嗪(Dickschat et al.，2010)。吡嗪也可以在传统的烹饪和烘烤过程中通过美拉德反应生成。然而，由于烹饪技术的改变，例如微波炉的使用，吡嗪不再产生，因此需要提供天然的吡嗪作为食品添加剂。

谷氨酸棒状杆菌是一种革兰氏阳性棒状细菌，在工业上用于大规模生产氨基酸。虽然最初是在生物分泌l -谷氨酸的筛选中发现的，但谷氨酸梭菌的突变体也被发现可以产生各种其他氨基酸。

农业残留物的微生物发酵生产生物香料

农业残留物是指木质纤维素废物(LCW)，包括木质素、纤维素和半纤维素。LCW是最丰富的，可再生的，廉价的有机化合物来源。此外，将LCW生物转化为有用的产品将有助于安全处理这些固体废物。正如Bicas等人(2010)和Zamzuri和Abd-Aziz(2013)所评论的，微生物生产风味化合物所涉及的高成本可以通过使用农业废弃物作为基质来克服。利用农业废弃物生成风味化合物的研究得到了很好的支持。在这方面，Christen et al.(1997)观察到，当一种称为甘薯长喙壳菌Ceratocystis frimbriata的真菌在添加了含有葡萄糖的合成培养基的甘蔗渣上生长时，会产生水果香味，当培养基中添加亮氨酸或缬氨酸时，会产生香蕉风味。因此，改变培养条件也有助于操纵从合适的基质微生物发酵获得的香气。Bramorski等人(1998b)通过在木薯甘蔗渣、苹果渣、苋菜和大豆这四种农用工业废物上接种C. fimbriata菌株，产生了水果香气。作者确定酯类和醇类是主要的风味成分，同时也检测到少量的酸、醛和酮。作者还发现了挥发性化合物的增长和产生之间的明显相关性，根据观察，挥发性化合物的最大产生总是发生在农业残留物最大呼吸活性的前几个小时或后几个小时(Bramorski等人，1998b)。

甘薯长喙

壳菌

食品和农业废物大量产生，富含碳水化合物和其他营养物质，因此可以在固态发酵条件下有效地作为生产大宗化学品和香料本身的基质。除了为微生物细胞提供营养外，固体底物还为细胞提供了一个锚固点(Yan等人，2016)。表1总结了各种研究人员利用食品和农业残留物进行微生物生产风味化合物的工作。

表1 微生物利用不同农用残留物生产风味化合物

由微生物产生风味化合物的酶

微生物可以直接用于生产风味化合物，通过适当的底物固态发酵，然后提取所需的风味物质，如上所述。另一方面，微生物酶也可用于从农业残留物中释放风味或适当的前体，这些前体最终被生物转化为所需的风味化合物。许多研究人员使用各种微生物酶通过发酵适当的底物来生产风味化合物或其前体，如表2所示。以下是与生产芳香化合物或其前体有关的最常用的酶:

表2 微生物酶在风味生产中的作用

脂解酶

脂肪酶是催化醇和羧酸酯化的重要生物催化剂。它们是产生风味酯的最重要的酶之一(Rajendran et al.，2009)。已经测试了从微生物中产生的一些脂肪酶在水介质中促进酯合成的能力，例如从圆柱形假丝酵母、荧光假单胞菌、米黑根毛霉rhizomucor miehei

、米黑毛霉Mucor  miehei、曲霉、褶假丝酵母Candida rugosa中产生的脂肪酶(Longo和Sanromán, 2006)。脂肪酶可以通过产生挥发性风味成分，成功地将脱脂牛奶(0.5%脂肪)改性为全脂牛奶风味(Zhang et al.， 2016)。在奥马尔等人(2016)的一项研究中，脂肪酶被用于水解无水乳脂，以开发乳脂香料，因为它会合成挥发性风味酯、酸和酮。

根状菌通常是同色的

有趣的是，脂肪酶也可以将D, L-甲基薄荷醇酯分解为纯的L-薄荷醇(Schreier, 2006)。在这种情况下，来自真菌念珠菌的脂肪酶在有机溶剂中表现出很高的分解D, L -薄荷醇的潜力(Wang et al.， 2002)。梳棉嗜热霉菌Thermomyces lanuginosus脂肪酶在有机溶剂中对(±)-薄荷醇的动力学拆分具有较高的对映选择性(De Yan et al.，2017)。

Thermomyces lanuginosus

蛋白酶

蛋白酶将蛋白质水解为多肽，多肽具有显著的感官和生物活性(Longo和Sanromán, 2006)。酶促处理有利于通过美拉德反应产生吡嗪类化合物，同时会共同产生醇类化合物。在乳制品行业中，许多乳杆菌种类被用作发酵剂，通过各种蛋白水解酶的作用将牛奶酪蛋白降解为小肽和游离氨基酸(Razzaq等人，2019年)。蛋白酶还通过加速奶酪成熟、改变特性和降低乳制品的致敏性(Damhus等人，2013年)，对奶酪的风味特性做出了显著贡献。

脂肪酶

酯酶是一种水解酶，能在与水发生化学反应时将酯分解为醇和酸。在奶酪成熟过程中，微生物酯酶和脂肪酶的作用释放出的游离脂肪酸是其特有风味的形成原因(Esteban-Torres et al.， 2014)。酯酶在食品生产中应用的一个最重要的例子是羧酸酯酶从植物细胞壁释放阿魏酸。阿魏酸是生产香兰素的前体，这是一种重要的化合物(Faulds等人，1997年)。阿魏酰基酯酶已从广泛的微生物中分离出来，包括曲霉菌、链霉菌、乳酸菌和假单胞菌(Topakas等，2007)。Mathew和Abraham(2004)综述了阿魏酸酯酶从不同植物材料中释放阿魏酸的研究。最近，Uraji等人(2018)阐明了链霉菌中阿魏酸酯酶的结构和活性之间的关系，并观察到一个典型的丝氨酸酯酶家族的催化三元组(由Ser-191、Asp-214和His-268组成)形成了一个环状结构(R18环)，负责从生物质中释放阿魏酸。

肉桂链霉菌阿魏酸酯酶在1.5 A分辨率

糖苷酶

葡萄糖苷酶是参与将复杂碳水化合物分解成单体的酶。它们催化从各种糖缀合物(包括葡萄糖的α-或β-连接聚合物)中分离单个葡萄糖残基。这些酶通过释放糖苷相连的萜烯和其他风味前体来增强葡萄酒的香气(Longo和Sanromán,2006)。β-葡萄糖苷酶由许多微生物产生，包括木霉、曲霉、芽孢杆菌和念珠菌(Kuhad et al.， 1997)。从念珠菌中提取的一种非常有效的β-葡萄糖苷酶释放出许多风味化合物，即麝香葡萄酒中的橙醇、香叶醇、芳樟醇、2-苯乙醇和苯甲醇，以及杏果汁中的芳樟醇、α-和γ-松蒎烯、α-松蒎醇、2-苯乙醇和α-蒎烯(Gueguen et al.，1996年)。正如Villena等人(2007)所证实的那样，酵母β-葡萄糖苷酶在改善葡萄酒香气方面的作用是由于葡萄糖苷萜的释放。

结论

各种农产品的加工过程中产生了大量需要回收利用的废弃生物质。这种木质纤维素生物质的微生物发酵不仅有助于其生态友好的处理，而且还能以风味产品的形式稳定下来，这可以在食品工业中找到巨大的应用。这篇综述阐述了芳香化合物微生物合成的各个方面，重点介绍了木质纤维素农业废物作为SSF基质的使用。农产工业的基质通常成本较低，而且一般来说，与石化来源的合成香料相比，与食品工业的密切关系使消费者更容易接受生物质食品。文献调查强调，与从植物源中化学合成或提取相比，通过微生物途径生产风味化合物具有几个优点。此外，通过SSF利用木质纤维素农业废料通过微生物生产芳香化合物使该过程具有成本效益和环境友好性。

局限性和未来应用

在任何发酵过程中，产物回收通常是一个关键步骤。这对于芳香化合物来说尤其如此，因为它们的挥发性和低溶解度往往使其在下游加工过程中回收具有挑战性。目前，从发酵液中提取香味的方法有几种:树脂吸附法、两相萃取法、膜渗透法和渗透汽化法(膜渗透和蒸发的结合)。然而，所有这些方法使过程成本密集，也导致低生产率。因此，具有成本效益的提取风味化合物的技术是越来越多的研究兴趣的主题，以使微生物生产风味化合物的过程在更大的规模上可行。另一个挑战是，许多风味化合物或其添加的前体对生产菌株具有抑制作用或毒性。在这方面，低前体水平的缓慢连续加料(分批加料发酵)，通过固定化或原位风味提取膜和溶剂保护细胞是主要的发酵技术，这有助于克服这些限制。另外，仔细选择生产菌株也是必不可少的，因为对产品的耐受性可能在同一物种之间有很大差异。同样，必须选择工艺条件以保持微生物的高生理活性和催化活性。此外，品系适应——或基因工程——可用于增加对产品的耐受性。基因工程和系统生物学工具的不断发展，结合改进的工艺设计，将使未来以这种方式生产更多的生物质风味。

此外，工业生产的味道化合物的最终目的是诱导感官效果，通常是在人身上。然而，当挥发性化合物使用GC结合任何顶空取样或其他样品制备技术进行分析时，并不确定检测到的化合物是否有助于气味或风味。此外，原始样品中挥发物的数量与气味的强度没有直接关系。一种解决方案是将仪器检测器前的气相色谱洗脱液进行分离，并将其部分引导到人的鼻子(气相色谱嗅觉测定法)或使用特定的方法来识别关键气味，即香气提取稀释分析(AEDA)。

因此，微生物学家、真菌学家、生物化学家、有机化学家和生物工艺工程师之间的跨学科合作显然是在实验室开发有趣的风味，从而实现生物风味生产的工业流程的先决条件。