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龙脑是香料和医药行业的重要原料。化学合成龙脑中异龙脑的含量较高,从而影响了药效,而天然龙脑资源稀缺,价格昂贵。因此,制备与天然龙脑成分更相似的龙脑产品值得关注。本文即是探索利用生物催化的选择性制备龙脑的可行性。
本文首先尝试以蒎烯为原料制备龙脑。以α-蒎烯为底物,建立高效的筛选模型,从土壤中筛选得到40株能以α-蒎烯为唯一碳源生长的微生物菌株,发现部分菌株转化α-蒎烯的主要产物为马鞭草烯醇、桃金娘烯醇和乙酸龙脑酯,其中有三株菌株能够直接转化α-蒎烯生成龙脑或异龙脑,但含量较低,需做进一步研究。其次,又以乙酸龙脑酯为底物,通过直接稀释涂布分离和富集培养从采集的土样中共筛选得到115株微生物菌株。转化产物经TLC、IR、GC-MS和GC定性和定量检测,发现共有45株菌株具有催化乙酸龙脑酯水解生成龙脑的能力,部分菌株催化水解所产龙脑的正龙脑含量高于75%,比采用化学法水解提高10%以上,更接近于天然龙脑。这表明生物催化剂对龙脑酯的水解过程具有立体选择性。
选取活性及传代稳定性较高的菌株SM08011、ZJ0802A1和E0802a作为目标菌株并进行菌种鉴定。菌株SM08011、ZJ0802A1和E0802a均为革兰氏阴性菌;根据生理生化特性分析和16S rDNA序列同源性分析,进一步鉴定SM08011和ZJ0802A1均为特氏克雷伯氏菌(klebsiella planticola)。对菌株SM08011、ZJ0802A1和E0802a催化乙酸龙脑酯水解反应工艺条件进行优化。发现初始pH值,反应温度,摇床转速对菌株催化水解反应活性影响较大,菌株SM08011、ZJ0802A1与E0802a在30℃,125 r·min-1,pH7.0~7.5时进行水解反应可获较高转化率和产率,最高可分别达到54.5%和40.5%,正龙脑含量均可保持在78%。