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喜树碱是一种具有抗肿瘤活性的单萜吲哚类生物碱,以其为底物半合成的结构类似物-伊立替康(Irinotecan)和拓扑替康(Topotecan)广泛用于临床上治疗多种恶性肿瘤。而喜树碱的天然资源有限,化学全合成成本太高,因此开发喜树碱的新药源成为国内外研究的热点问题。论文从两个角度出发研究如何提高喜树碱产量:一是采用汽爆预处理技术辅助乙醇提取喜树果中喜树碱,通过汽爆破坏结构致密的细胞壁屏障作用,提高喜树果中喜树碱提取率；二是筛选高产喜树碱的内生真菌,利用其发酵生产喜树碱。论文的主要研究结果如下:
1)研究了汽爆预处理喜树果提高喜树碱提取率的可行性,首先探讨了汽爆对喜树果成分的影响,进一步优化了汽爆压力和维压时间,结果显示:1.0 MPa处理10 min的喜树果中喜树碱提取率达0.401‰,而1.5 MPa处理2 min的喜树碱提取率达0.4869‰。与直接粉碎相比,汽爆后(1.5 MPa处理2 min)粉碎至0.3 mm的喜树果中喜树碱提取率提高了1.69倍,达到0.881‰。汽爆前后喜树果的形态变化显示原料结构变疏松,细胞壁成分半纤维素降解,细胞壁结构被破坏,因而解除了胞内喜树碱提取的主要屏障作用,提高其提取率。分析70％乙醇提取喜树碱的动力学过程,发现Patricelli模型的拟合结果与实验数据吻合。根据该模型,提取过程分为两个阶段:溶解阶段和扩散阶段,汽爆提高了溶解阶段的提取率Cw,使总提取率在10 min内达50％以上。
2)从喜树(Camptotheca acuminate)树皮和果实中分离得到27株内生真菌和23株内生细菌,发酵后经HPLC检测,筛选到产喜树碱的一株真菌和一株细菌,产量分别为774和213μg/L。所筛细菌经显微镜观察结合培养时形态特征,初步鉴定为蜡状芽孢杆菌。对所筛真菌的ITS序列进行系统发育分析,结合其培养特征、显微特征,鉴定为拟茎点霉属(Phomopsis sp.)。该真菌在2％葡萄糖培养基液态培养时菌丝生长快,发酵时间短,产量高,利用其发酵生产喜树碱可以作为产生喜树碱的新途径。
3)针对所筛内生真菌在液态发酵过程中菌丝易结团及传代培养时菌种退化的问题,采用新型的固态培养方式-透析固态发酵,比较了其与液态摇瓶发酵、液态静置发酵、固态基质发酵及膜培养对菌体生长形态、菌体生物量以及发酵产物产量等方面的影响。结果显示:透析固态发酵下菌体生长旺盛、菌丝发达、菌体生物量大。进一步研究了透析固态发酵方式中对菌丝生长及生物量可能产生影响的因素,发现限制性的因素是菌丝与透析袋界面的接触面积,即有效发酵面积。为增大有效发酵面积,并放大培养,通过计算得到最适的发酵透析袋规格,设计一套七个透析袋并联的间歇补料固态发酵装置。