已实现公斤级规模！华南理工李爽组：全生物基圆柚酮绿色生产，以海带水解物为底物

圆柚酮（Nootkatone）是一种天然倍半萜类化合物，因低浓度时表现出浓郁的柑橘样香气，带有木香香韵，且气味阈值极低、留香持久而受到人们的关注，在食品、香水、香烟等领域都具有着广泛应用。2020年8月，美国环保署（EPA）和美国疾病控制与预防中心（CDC） 正式批准圆柚酮作为杀虫剂或防蚊剂使用 。

近日， 华南理工大学生物科学与工程学院李爽教授课题组 在《 Journal of Agricultural and Food Chemistry 》杂志在线发表题为“Green production of a high-value mosquito insecticide of nootkatone from seaweed hydrolysates” （ https://doi.org/10.1021/acs.jafc.3c06708） 的研究论文，该研究 以海带水解物为原料 ， 实现全生物基圆柚酮的高效发酵合成，全过程均由酵母工程菌完成，不涉及重金属催化剂，圆柚酮得率超过70% 。

驱蚊测试结果显示， 该工艺获得的圆柚酮（施用浓度：1%）与避蚊胺（施用浓度：20%）的蚊虫趋避率相近。

图1 整体研究思路（Graphical Abstract）

以课题组前期获得的可利用非发酵碳源甘露醇酵母菌株出发（Green Chemistry, DOI: 10.1039/d2gc00867j），进一步改造菌株，实现以海带水解物为原料发酵产橘烯，且橘烯产率优于以复配纯糖为碳底物过程。进一步建立减压蒸馏工艺 实现橘烯样品纯化（39.4%） 。

以重新构建的催化橘烯到圆柚酮的酵母工程菌为全细胞催化剂，在 25 ^o C 条件 下催化发酵获得的橘烯样品，反应 3 h 后，所投入的橘烯底物被全部转化，圆柚酮的 得率超过70% 。文献显示，圆柚酮化学催化合成最大理论转化率不超过50%，目前报道的最高化学转化率约40%。进一步，通过简单的旋蒸工艺即可获得 纯度高达97.4%的圆柚酮产品 。与传统的化学催化反应相比，该全细胞催化工艺无重金属参与、反应条件温和、反应时间短、转化率高、副产物少。

图2 纯化获得的圆柚酮气相色谱图（纯度：97.4%）

驱蚊测试结果表明，该工艺获得的圆柚酮产品，在1%施用浓度下即可获得6 h长效蚊虫趋避效果，与避蚊胺（DEET，20%）效果相当。需要注意的是，目前市面主流驱蚊产品，避蚊胺的施用浓度一般为7-10%，有效防护时间约2-4 h。

图3 圆柚酮和避蚊胺驱蚊测试

据悉，李爽教授团队已完成葡萄糖为底物的圆柚酮酿酒酵母从头发酵生产工艺开发， 实现公斤级规模化生产 。