隨著消費者對天然食品的需求不斷增長，包括對食物的需求，香料公司采用生物技術進行生產的內在動力大大增加。本文綜述了利用微生物生物合成或生物轉化的方法，以及在前體底物的合成和轉化過程中所涉及的酶。更重要的是，本文綜述了利用農用工業加工裝置產生的豐富、廉價和營養豐富的木質纖維素廢物作為固態發酵下微生物生產風味化合物的潛在底物。這篇文章為從農副產品殘留物中生產重要香料的高效和低成本過程的發展提供了見解。生物技術還將有助于安全、環保地處理農業產生的廢物。

錫基固體酸和轉氨酶生物催化劑串聯催化將玉米芯化學酶轉化為糠胺. ACS Sustainable Chemistry & Engineering ( IF 9.224 ) Pub Date : 2019-10-14 , DOI: 10.1021/acssuschemeng.9b03510

風味的感覺是由具有不同物理化學性質的揮發性和非揮發性化合物組成的復雜基質所刺激的。縱觀歷史，人們從植物中提取簡單或復雜的風味化合物。隨后對這些化合物分子結構的闡明，導致了它們的合成生產，現在幾乎所有的食用成分都是用這種方式生產的。然而，隨著消費者對天然食品的偏好日益轉變，通過化學合成生產的食品不能被貼上“天然”的標簽。此外，化學生產是不環保的，缺乏基質敏感性，導致形成風味不良的外消旋混合物(Longo和Sanromán, 2006)。相反，從植物中提取天然食物的過程也有局限性。這些問題包括濃縮極低濃度的風味化合物的高成本、對季節和氣候條件的依賴以及與提取相關的生態問題。

此外，微生物轉化或合適基質的生物轉化是生產“天然風味”的一種環境友好和成本效益高的替代方法。這包括使用(a)微生物培養物作為食品的組成部分和(b)微生物或其酶將適當的底物生物轉化為所需的風味化合物，然后從反應介質/發酵液中提取它們(圖1)。在后一種情況下，固態發酵(SSF)是一種微生物在沒有自由流動水的情況下在固體載體上生長的過程(Singhania等人，2009年)，顯示出了前景。最近，食品和農業殘留物的SSF作為一種生產酶、香料、著色劑和其他與食品工業有關的化合物的手段受到了關注。與沉浸式發酵相比，SSF具有許多優勢，如更高的產量、更低的能源需求、高效利用和廢物增值(Cerda等人，2019年)。

圖1 |微生物從農業殘留物中生產生物香料

富含碳水化合物和其他營養物質的糧食和農業廢物大量產生，可作為生產散裝化學品和其他化合物的固體堿降解基質。這些底物還含有各種不同濃度的生物活性代謝物，包括風味化合物，這些化合物可以通過微生物發酵或酶催化獲得。這篇綜述討論了微生物培養及其酶在從農業殘留物中產生香氣和風味化合物的潛力，用于食品工業。

香氣物質

食品的感官特征包括它的味道、風味和香氣。在所有這些參數中，香氣是決定其接受度和市場成功的最強大的特征之一(Berger, 2009)。芳香和風味化合物可分為酸、碳氫化合物、醛、醇、酮、酯或內酯(Bicas等人，2010年)。根據芳香化合物的化學結構進行分類如圖2所示。自遠古以來，微生物被用于許多食物的風味生產。葡萄酒、啤酒、發酵蔬菜和牛奶、大豆、火腿、醋和醬油等產品都是通過微生物保存、改良和調味的。如前所述，微生物菌株可用于生產風味化合物，既可在發酵食品中就地生產風味，也可在適當的基質中提取風味，隨后用于不同的食品中(Longo和Sanromán, 2006)。下面討論在食品工業中使用的最重要的一組香料，以及它們由微生物生產的過程:

圖2 |根據化學結構對風味化合物進行分類。

內酯類化合物

內酯是γ-和δ-羥基酸的環酯，它們具有椰子香、奶油香、甜香、果香或堅果香。在各種微生物發酵過程中生產內酯的生物技術路線已被許多研究者所研究。例如，Collin和Halim(1972)報道了具有椰子香氣的6-戊基-2-吡咯酮是綠色木霉培養物中的主要揮發性風味成分。其他一些真菌，如接骨木干酪菌(Tyromyces sambuceus)和枝孢霉(Cladosporium suaveolens)也產生椰子風味，釋放內酯，即分別來自蓖麻油酸和亞油酸的γ-癸內酯和δ-十二內酯(Kapfer et al.， 1989;Allegrone et al.， 1991)。酵母菌如熱帶念珠菌和解脂耶氏酵母可以將蓖麻油酸降解為C16、C14和C12酸，并積累δ-癸內酯，顯示出果香味和油香味(Gatfield, 1999)。同時，Fadel等人(2015)確定6-戊基- α -吡酮是由接骨木干酪菌 EMCC-107在甘蔗渣固態發酵過程中產生強烈椰子香氣的原因。此外，當酵母Lindnera saturnus CCMA 0243和解脂耶氏酵母 CCMA 0242在殘余蓖麻油中生長時，可以獲得δ - 癸內酯的積累(De Andrade et al.， 2017)。最近，Marella等人(2019)改造了解脂耶氏酵母，通過β-氧化使脂肪酸羥基化和鏈縮短，優先生成12或10個碳。研究發現，與野生菌株相比，工程菌株從油酸和亞油酸中產生的γ-十二內酯和δ-癸內酯的濃度是野生菌株的4倍，從而為通過發酵可用的脂肪原料生產更高的內酯鋪平了道路。通過微生物途徑產生的乳香、黃油味和椰子味內酯的風味在乳制品中是非常可取的。

Tyromyces sambuceus

脂肪酸

三酰甘油儲存脂肪酸，脂肪酸通過酶氧化降解從三酰甘油中釋放出來。大部分植物揮發物，包括羧酸、甲基酮、酯、醇和醛，都是由飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸通過α和β氧化產生的(Schwab等人，2008年)。乳制品風味脂肪酸如丁酸和乳酸可以由不同的乳酸菌產生(Marshall, 1987)。Madhavan Nampoothiri等人(2010)綜述了各種乳酸菌(LAB)菌株的乳酸生產。除了乳酸菌，乳酸也可以由絲狀真菌產生，特別是根霉(Meussen et al.，2012)。Meussen等人(2012)的一項研究發現，米根霉R. oryzae在不同的碳源上產生L-乳酸、富馬酸和乙醇，乳酸是主要產物(Juturu和Wu, 2016)。這些脂肪酸的乳制品風味在許多食品和飲料中都是可取的。

豆豉是一種美味的食物，由米根霉發酵熟大豆制成

萜烯

萜烯是一種揮發性不飽和碳氫化合物，可向植物精油傳遞賦予特有的氣味(Janssens et al.， 1992)。在所有微生物中，真菌主要負責產生萜烯，一個典型的例子是角孢菌屬(Collin and Halim, 1972)。研究發現，念珠狀角囊藻菌(Ceratocystis  moniliformis)形成的萜烯數量與植物中形成的萜烯數量相似(Lanza and Palmer, 1977)。Zhao等人(2010)觀察到，接種了Ceratocystis polonica后，挪威云杉(Picea abies)的萜烯產量顯著增加。而大型真菌(Trametes odorata)和各種種類的黃曲霉也產生單萜(Welsh et al.， 1989)。在King和Dickinson(2000)的一項研究中，發現了三種酵母——釀酒酵母、德爾布魯奇酵母(Torulaspora delbrueckii)和乳克魯維酵母(Kluveromyces   lactis)——能將萜烯生物轉化為單萜醇，即香茅醇、芳樟醇和橙花醇。同樣，釀酒酵母菌(Carrau et al.， 2005)產生的芳樟醇和柑橘醇(citranool)被發現在葡萄酒中積累。Chen等人(2014)從乳克魯維酵母菌株KL71發酵的荔枝酒中提取了萜和萜類化合物，其中香葉醇和香茅醇具有較高的氣味活性值(oav)。在最近的一項研究中，兩種角囊藻(Ceratocystis)的基因組功能注釋確定了與各種萜類和揮發性化合物的生物合成相關的途徑(Molano等人，2018年)。這些萜類化合物在食品香料工業中具有相當大的應用價值，特別是芳樟醇、橙醇、香葉醇和香茅醇，因為它們的感官閾值較低。

Torulaspora delbrueckii

薄荷醇是一種萜醇，有強烈的清涼，薄荷氣味和味道。它是從薄荷油中天然提取的，由百里香酚氫化合成。這種化合物被用于各種糖果和止咳糖漿中。枯草芽孢桿菌、犁頭霉屬(Absidia hyalospora)、念珠地霉(Geotrichum candidum)和兩種木霉都能催化乙酸薄荷酯、丙酸酯、甲酸酯和肉豆蔻酸酯轉化為薄荷醇和異薄荷醇(Moroe et al.， 1970)。紅酵母屬、木霉屬、諾卡菌屬、分枝桿菌屬、芽孢桿菌屬、紅球菌屬、根霉屬、念珠菌屬、漢森菌屬、鏈霉菌屬、好氧菌屬、節桿菌屬、假單胞菌屬、赤霉素屬和環菌屬也可將適當的底物生物轉化為薄荷醇(Armstrong et al.， 1989;Chatterjee, 2004;Chandran等人，2011)。Toogood等人(2015)利用一株表達從胡椒薄荷中提取的“烯”還原酶和薄荷酮脫氫酶基因的工程大腸桿菌，用一鍋法從薄荷酮中酶法生產薄荷醇和新薄荷醇。

念珠地霉(Geotrichum candidum)宏觀和微觀外觀的變化。左邊的照片顯示了實驗室里培養皿中菌落的生長。右邊的照片顯示細胞是用顯微鏡在400倍放大下拍攝的。上面兩張照片顯示了一個霉菌樣菌株的例子。下面兩張照片顯示了一個類似酵母的菌株。

酯類

酯是最重要的化學基團之一，賦予水果，糖果的味道，并用于水果口味的乳制品(Longo和Sanromán,2006)。揮發性酯是啤酒、葡萄酒和清酒的果味、糖果味和香水味的主要成分。在這些揮發性酯中，乙酸異戊酯是酒精飲料中最顯著的醋酸酯，具有獨特的香蕉風味。第二個重要的基團是中鏈脂肪酸乙酯，包括己酸乙酯(大茴香)和辛酸乙酯(酸蘋果香)。乳酸菌和幾種酵母菌已知會產生這些水果酯(Longo和Sanromán, 2006)。Liu等人(2004)綜述了乳酸菌、酵母、霉菌、丙酸菌和假單胞菌在乳制品中合成水果風味酯的生物過程。Saerens等人(2010)綜述了釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)生產揮發性酯的過程。Layton和Trinh(2016)報道稱，釀酒酵母屬(Saccharomyces sp.)、產朊假絲酵母(Candida  utilis)和漢遜酵母屬(Hansenula sp.)在以葡萄糖為基礎的發酵培養基中產生這些酯。然而，Walsh等人(2017)對發酵24小時的開菲爾乳進行了宏基因組測序，發現發酵早期的優勢菌種是開菲爾乳桿菌(Lactobacillus  keranofaciens)，而發酵后期的優勢菌種是腸膜明串珠菌(Leuconostoc mesentroides)。結果表明，微生物演替模式可用于優化發酵過程，增強發酵食品的特殊風味。另一方面，van Mastrigt等人(2018)證明，通過模擬奶酪成熟過程中細菌的緩慢生長，保留菌培養是從奶酪基質外的乳酸乳球菌中產生奶酪風味的首選方法。Ruiz Rodriguez等(2019)研究了從野生水果和花卉中分離出的乳酸菌的多樣性和功能特性。該菌株被發現可以產生水果風味酯，因此可以用于制造發酵水果為基礎的產品。

Lactobacillus kefiranofaciens

醇類

不飽和醇給食品帶來特有的香氣。許多酵母產生具有獨特感官特性的長鏈復合醇(Longo和Sanromán, 2006)。Mallouchos et al.(2003)使用固定在去木質素纖維素材料上的釀酒酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)對葡萄酒進行分批發酵，產生2-苯乙醇，在發酵的葡萄酒中產生玫瑰般的香氣。因此，為這種酒精的生產提供了另一種微生物途徑，通常是從玫瑰花瓣中提取或化學合成。Stark等人(2002)報道了由2-苯丙氨酸生產2-苯乙醇的酵母，如馬克思克魯維酵母(Kluyveromyces  marxianus)，釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)，異常漢遜酵母(Hansenula anomala)。有趣的是，Kim等人(2014)改造了馬克思克魯維酵母，使其從釀酒酵母中過表達編碼苯丙酮酸脫羧酶(ARO10)和醇脫氫酶(ADH2)的基因，導致從葡萄糖中過度生產2-苯乙醇。

利用固定化馬克思克魯維酵母生產生物乙醇。Recuperado de: https://cervecing.es/guia-de-levaduras/

酮類

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產品。然而，它們也在藍奶酪成熟過程中通過微生物脂肪酶的作用產生(恩格斯等，1997年)。這些脂肪酶主要由雙孢蘑菇、黑曲霉、青霉和綠色木霉產生(Janssens等，1992)。

雙乙酰是一種鄰近的二酮，它賦予黃油風味，因此被用于模擬黃油類和其他乳制品風味。它是由乳酸菌和乳制品中的其他幾種微生物產生的(Longo和Sanromán, 2006)。有趣的是，代謝工程大腸桿菌產生了高濃度的雙乙酰(1.45 g/L)，而乙醛和雙乙酰是由酵母熱帶念珠菌D15在乳清為基礎的培養基上合成的(Rosca等人，2016)。

顯色培養基中的念珠菌。雙皮氏培養皿CHROMagar?念珠菌(左)和Mycosel?(右)。(A)白色念珠菌(翠綠色菌落)和熱帶念珠菌(深藍綠色菌落);(B)白色念珠菌(翠綠色菌落)；克魯西念珠菌(粉紅色菌落)和米色菌落(其他酵母)。

醛類

香蘭素(4-羥基-3-甲氧基苯甲醛)是食品工業中的一種重要香料。從香草莢中提取香蘭素是勞動密集型和昂貴的。由于消費者對天然香蘭素的需求不斷增加，化學途徑并不可取(Kumar和Pruthi, 2014)。因此，許多研究小組通過微生物生物轉化從精油中獲得的丁香酚和異丁香酚來生產香蘭素(Ashengroph等人，2012;Tan et al.， 2015)。有趣的是，木質纖維素農業殘渣是阿魏酸的豐富來源，阿魏酸通過微生物或酶轉化作為香蘭素生產的前體(Kumar和Pruthi,2014)。然而，用這種方法生產香蘭素需要通過酶或化學處理從木質纖維素廢料中釋放阿魏酸(Zamzuri和Abd-Aziz,2013)。釋放出來的阿魏酸可被一些細菌和真菌轉化為香蘭素、香蘭酸和原兒茶酸。因此，阿魏酸作為香蘭素生產前體的重要性已經在生物香料生產領域得到了認識(Kumar和Pruthi, 2014)。利用包括紅球菌在內的多種微生物對阿魏酸轉化為香蘭素進行了評價，這些微生物包括放線菌屬、谷氨棒狀菌屬、釀酒酵母菌屬、深紅酵母屬(Rhodotorula rubra)、漢斯德巴氏酵母菌屬(Debaryomyces hanseni)、高嗜鹽菌屬Halomonaselongata、裂褶菌屬Schizophyllum  commune、地衣芽孢桿菌屬、凝結芽孢桿菌屬、枯草芽孢桿菌屬、朱紅密孔菌屬Pycnoporus  cinnabarinus CGMCC1115、假單胞菌屬EF3、熒光假單胞菌屬、腐臭假單胞菌屬Pseudomonasputida、大腸桿菌JM109/pBB1、黑曲霉CGMCC0774、乳酸菌屬、擬無枝菌酸屬Amycolatopsis   sp. HR167、鏈霉菌屬Streptomyces sp. V-1、西唐氏鏈霉菌Streptomyces setonii ATCC39116、Streptomyces sanannensis、赫氏鏈霉菌屬Streptomyces halstedii GE107678以及基因工程微生物(Chen et al.， 2016)。阿魏酸酯酶是參與從天然基質中釋放阿魏酸的主要微生物酶之一，阿魏酸隨后可被生物轉化為香蘭素。采用了兩步生物轉化過程，即甜菜漿中的阿魏酸被黑曲霉轉化為香草酸，然后香草酸被朱紅密孔菌(Pycnoporous cinnabarinus)轉化為香蘭素(Lesage- Meessen et al.， 1996)。有趣的是，利用乳酸菌(Kaur等人，2013年)和西唐氏鏈霉菌(Streptomyces setonii)(Gunnarsson和Almqvist,2006年)從阿魏酸中提取了高濃度的香蘭素。然而，由于工藝優化非常困難，能夠生產香蘭素的重組菌株的開發是相當有吸引力的。Narbad和Gasson(1997)證明了用熒光假單胞菌(Pseudomonas fluorescens)通過輔酶a連接酶和側鏈裂解將阿魏酸轉化為香蘭素。在Vaithanomsat和Apiwatanapiwat(2009)的另一項研究中，存在于桐油樹樹莖的蒸汽爆破水解液中的阿魏酸被成功地用作底物，由黑曲霉和朱紅密孔菌一步生成香蘭素。Torre等人(2008)利用堿性水解優化了玉米芯中阿魏酸(1.17 g/L)的釋放。在Tilay等人(2008)的一項有趣的研究中，對各種農業廢棄物，即玉米糠、米糠、麥麩、麥秸、甘蔗渣、菠蘿皮、橘子皮和石榴皮進行了酯化阿魏酸 (EFA)的篩選。在篩選的來源中，玉米麩皮中EFA含量最高。菠蘿皮、橘子皮和石榴皮也被發現含有EFA的痕跡。一些屬于不同屬的細菌也能夠使用阿魏酸作為它們的唯一碳源，從而產生香蘭素、香草酸和原兒茶酸(Converti et al.， 2010)。Chen等人(2016)還展示了枯草芽孢桿菌B7-S從阿魏酸中生產香蘭素的潛力。

Pycnoporus cinnabarinus

苯甲醛是僅次于香蘭素的第二重要的醛，用于制造櫻桃和水果的味道。它可以從杏子中提取，但這一過程會導致羥基肉桂酸的形成。或者，微生物從苯丙氨酸中生產苯甲醛可以被標記為“天然的”，不產生不必要的副產品。在這方面，已經報道了在添加苯丙氨酸的培養基中產生苯甲醛，用于培養腐臭假單胞菌(Tsou et al.， 1990)、白腐真菌chrysosporium Phanerochaete (Jensen et al.， 1994)、塊莖形多孔菌Polyporus tuberaster (Kawabe et al.， 1994)、植物乳桿菌Lactobacillus plantarum (Groot, 1998)、朱紅密孔菌屬 Pycnoporus cinnabarinus (Lomascolo et al.， 1999)、香栓菌屬 Trametes  suaveolens  (Lomascolo et al.，2001)和少孢根霉Rhizopus oligosporus(Norliza and Ibrahim,2005)。

吡嗪類

吡嗪是一種含氮雜環化合物，可賦予烘烤和堅果的味道。枯草芽孢桿菌是第一個被報道能產生吡嗪的微生物(Kosuge and Kamiya, 1962)。枯草芽孢桿菌IFO 3010生長在添加了蘇氨酸和乙偶姻的大豆上，產生2,5-二甲基吡嗪(2,5-DMP)和四甲基吡嗪(TMP) (Besson等，1997年)。谷氨酸棒狀桿菌(Corynebacterium glutamicum)也可以從氨基酸中產生吡嗪(Dickschat et al.，2010)。吡嗪也可以在傳統的烹飪和烘烤過程中通過美拉德反應生成。然而，由于烹飪技術的改變，例如微波爐的使用，吡嗪不再產生，因此需要提供天然的吡嗪作為食品添加劑。

谷氨酸棒狀桿菌是一種革蘭氏陽性棒狀細菌，在工業上用于大規模生產氨基酸。雖然最初是在生物分泌l -谷氨酸的篩選中發現的，但谷氨酸梭菌的突變體也被發現可以產生各種其他氨基酸。

農業殘留物的微生物發酵生產生物香料

農業殘留物是指木質纖維素廢物(LCW)，包括木質素、纖維素和半纖維素。LCW是最豐富的，可再生的，廉價的有機化合物來源。此外，將LCW生物轉化為有用的產品將有助于安全處理這些固體廢物。正如Bicas等人(2010)和Zamzuri和Abd-Aziz(2013)所評論的，微生物生產風味化合物所涉及的高成本可以通過使用農業廢棄物作為基質來克服。利用農業廢棄物生成風味化合物的研究得到了很好的支持。在這方面，Christen et al.(1997)觀察到，當一種稱為甘薯長喙殼菌Ceratocystis frimbriata的真菌在添加了含有葡萄糖的合成培養基的甘蔗渣上生長時，會產生水果香味，當培養基中添加亮氨酸或纈氨酸時，會產生香蕉風味。因此，改變培養條件也有助于操縱從合適的基質微生物發酵獲得的香氣。Bramorski等人(1998b)通過在木薯甘蔗渣、蘋果渣、莧菜和大豆這四種農用工業廢物上接種C. fimbriata菌株，產生了水果香氣。作者確定酯類和醇類是主要的風味成分，同時也檢測到少量的酸、醛和酮。作者還發現了揮發性化合物的增長和產生之間的明顯相關性，根據觀察，揮發性化合物的最大產生總是發生在農業殘留物最大呼吸活性的前幾個小時或后幾個小時(Bramorski等人，1998b)。

甘薯長喙

殼菌

食品和農業廢物大量產生，富含碳水化合物和其他營養物質，因此可以在固態發酵條件下有效地作為生產大宗化學品和香料本身的基質。除了為微生物細胞提供營養外，固體底物還為細胞提供了一個錨固點(Yan等人，2016)。表1總結了各種研究人員利用食品和農業殘留物進行微生物生產風味化合物的工作。

表1 微生物利用不同農用殘留物生產風味化合物

由微生物產生風味化合物的酶

微生物可以直接用于生產風味化合物，通過適當的底物固態發酵，然后提取所需的風味物質，如上所述。另一方面，微生物酶也可用于從農業殘留物中釋放風味或適當的前體，這些前體最終被生物轉化為所需的風味化合物。許多研究人員使用各種微生物酶通過發酵適當的底物來生產風味化合物或其前體，如表2所示。以下是與生產芳香化合物或其前體有關的最常用的酶:

表2 微生物酶在風味生產中的作用

脂解酶

脂肪酶是催化醇和羧酸酯化的重要生物催化劑。它們是產生風味酯的最重要的酶之一(Rajendran et al.，2009)。已經測試了從微生物中產生的一些脂肪酶在水介質中促進酯合成的能力，例如從圓柱形假絲酵母、熒光假單胞菌、米黑根毛霉rhizomucor miehei

、米黑毛霉Mucor  miehei、曲霉、褶假絲酵母Candida rugosa中產生的脂肪酶(Longo和Sanromán, 2006)。脂肪酶可以通過產生揮發性風味成分，成功地將脫脂牛奶(0.5%脂肪)改性為全脂牛奶風味(Zhang et al.， 2016)。在奧馬爾等人(2016)的一項研究中，脂肪酶被用于水解無水乳脂，以開發乳脂香料，因為它會合成揮發性風味酯、酸和酮。

根狀菌通常是同色的

有趣的是，脂肪酶也可以將D, L-甲基薄荷醇酯分解為純的L-薄荷醇(Schreier, 2006)。在這種情況下，來自真菌念珠菌的脂肪酶在有機溶劑中表現出很高的分解D, L -薄荷醇的潛力(Wang et al.， 2002)。梳棉嗜熱霉菌Thermomyces lanuginosus脂肪酶在有機溶劑中對(±)-薄荷醇的動力學拆分具有較高的對映選擇性(De Yan et al.，2017)。

Thermomyces lanuginosus

蛋白酶

蛋白酶將蛋白質水解為多肽，多肽具有顯著的感官和生物活性(Longo和Sanromán, 2006)。酶促處理有利于通過美拉德反應產生吡嗪類化合物，同時會共同產生醇類化合物。在乳制品行業中，許多乳桿菌種類被用作發酵劑，通過各種蛋白水解酶的作用將牛奶酪蛋白降解為小肽和游離氨基酸(Razzaq等人，2019年)。蛋白酶還通過加速奶酪成熟、改變特性和降低乳制品的致敏性(Damhus等人，2013年)，對奶酪的風味特性做出了顯著貢獻。

脂肪酶

酯酶是一種水解酶，能在與水發生化學反應時將酯分解為醇和酸。在奶酪成熟過程中，微生物酯酶和脂肪酶的作用釋放出的游離脂肪酸是其特有風味的形成原因(Esteban-Torres et al.， 2014)。酯酶在食品生產中應用的一個最重要的例子是羧酸酯酶從植物細胞壁釋放阿魏酸。阿魏酸是生產香蘭素的前體，這是一種重要的化合物(Faulds等人，1997年)。阿魏酰基酯酶已從廣泛的微生物中分離出來，包括曲霉菌、鏈霉菌、乳酸菌和假單胞菌(Topakas等，2007)。Mathew和Abraham(2004)綜述了阿魏酸酯酶從不同植物材料中釋放阿魏酸的研究。最近，Uraji等人(2018)闡明了鏈霉菌中阿魏酸酯酶的結構和活性之間的關系，并觀察到一個典型的絲氨酸酯酶家族的催化三元組(由Ser-191、Asp-214和His-268組成)形成了一個環狀結構(R18環)，負責從生物質中釋放阿魏酸。

肉桂鏈霉菌阿魏酸酯酶在1.5 A分辨率

糖苷酶

葡萄糖苷酶是參與將復雜碳水化合物分解成單體的酶。它們催化從各種糖綴合物(包括葡萄糖的α-或β-連接聚合物)中分離單個葡萄糖殘基。這些酶通過釋放糖苷相連的萜烯和其他風味前體來增強葡萄酒的香氣(Longo和Sanromán,2006)。β-葡萄糖苷酶由許多微生物產生，包括木霉、曲霉、芽孢桿菌和念珠菌(Kuhad et al.， 1997)。從念珠菌中提取的一種非常有效的β-葡萄糖苷酶釋放出許多風味化合物，即麝香葡萄酒中的橙醇、香葉醇、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)所證實的那樣，酵母β-葡萄糖苷酶在改善葡萄酒香氣方面的作用是由于葡萄糖苷萜的釋放。

結論

各種農產品的加工過程中產生了大量需要回收利用的廢棄生物質。這種木質纖維素生物質的微生物發酵不僅有助于其生態友好的處理，而且還能以風味產品的形式穩定下來，這可以在食品工業中找到巨大的應用。這篇綜述闡述了芳香化合物微生物合成的各個方面，重點介紹了木質纖維素農業廢物作為SSF基質的使用。農產工業的基質通常成本較低，而且一般來說，與石化來源的合成香料相比，與食品工業的密切關系使消費者更容易接受生物質食品。文獻調查強調，與從植物源中化學合成或提取相比，通過微生物途徑生產風味化合物具有幾個優點。此外，通過SSF利用木質纖維素農業廢料通過微生物生產芳香化合物使該過程具有成本效益和環境友好性。

局限性和未來應用

在任何發酵過程中，產物回收通常是一個關鍵步驟。這對于芳香化合物來說尤其如此，因為它們的揮發性和低溶解度往往使其在下游加工過程中回收具有挑戰性。目前，從發酵液中提取香味的方法有幾種:樹脂吸附法、兩相萃取法、膜滲透法和滲透汽化法(膜滲透和蒸發的結合)。然而，所有這些方法使過程成本密集，也導致低生產率。因此，具有成本效益的提取風味化合物的技術是越來越多的研究興趣的主題，以使微生物生產風味化合物的過程在更大的規模上可行。另一個挑戰是，許多風味化合物或其添加的前體對生產菌株具有抑制作用或毒性。在這方面，低前體水平的緩慢連續加料(分批加料發酵)，通過固定化或原位風味提取膜和溶劑保護細胞是主要的發酵技術，這有助于克服這些限制。另外，仔細選擇生產菌株也是必不可少的，因為對產品的耐受性可能在同一物種之間有很大差異。同樣，必須選擇工藝條件以保持微生物的高生理活性和催化活性。此外，品系適應——或基因工程——可用于增加對產品的耐受性。基因工程和系統生物學工具的不斷發展，結合改進的工藝設計，將使未來以這種方式生產更多的生物質風味。

此外，工業生產的味道化合物的最終目的是誘導感官效果，通常是在人身上。然而，當揮發性化合物使用GC結合任何頂空取樣或其他樣品制備技術進行分析時，并不確定檢測到的化合物是否有助于氣味或風味。此外，原始樣品中揮發物的數量與氣味的強度沒有直接關系。一種解決方案是將儀器檢測器前的氣相色譜洗脫液進行分離，并將其部分引導到人的鼻子(氣相色譜嗅覺測定法)或使用特定的方法來識別關鍵氣味，即香氣提取稀釋分析(AEDA)。

因此，微生物學家、真菌學家、生物化學家、有機化學家和生物工藝工程師之間的跨學科合作顯然是在實驗室開發有趣的風味，從而實現生物風味生產的工業流程的先決條件。