图1.1γ-癸内酯的分子结构式

由于γ-癸内酯具有奶香、果香、留香时间长、香气圆润、增香等特点，因而被广泛用于配制奶油、桃子、柑橘和椰子等型香精中，是香料中需量较大的产品之一[22]。生产γ-癸内酯最早的方法是从这些原材料中直接提取，可是该方法产率较低。目前生产该香料的办法主要为化学合成法和生物法。化学合成的方法主要包括酸性条件下羟基酸、羟基酯的分子内反应，不饱和酸的异构化和内酯化，以及α-烯烃做原料合成γ-癸内酯等。而生物法制取主要包括生物合成法、生物转化法和生物催化法三种方法。其中，生物合成法是利用微生物自身的代谢将环境中的脂肪酸转化为内酯。生物催化法是利用酶在非水相体系中具有催化活性的特点，利用脂肪酶使羟基脂肪酸环化形成内酯。生物转化法是使用脂肪酸和脂肪酸酯等作为底物并利用微生物发酵产生γ-癸内酯[13-14]。最常用的微生物是酵母。酵母细胞中的蓖麻油酸经过四步β-氧化，脂肪酸长链减少八个碳原子，得到4-羟基癸酸，4-羟基癸酸是γ-癸内酯的直接前体物质，其在酸性条件下环化生成γ-癸内酯（图1.2）[1]。

图1.2经过4步β-氧化生成γ-癸内酯

生物法制备的香精香料香味自然、持久、协调性好, 它不像化学法合成的香精香料, 产生的是浮香, 且香味单一; 化学合成法生产的香精香料多数为消旋体的混合物, 易造成香味的改变, 而生物法具有专一的立体选择性, 能在温和的条件下制备对映体纯的香精香料, 香味纯正; 生物法中不采用各种无机催化剂和有机溶剂, 避免了金属离子和有机溶剂的对食品和环境的污染[8]。

1.1.2γ-癸内酯的研究现状

从天然动植物原料中提取和化学合合成这两种不同的方法将香料分为天然香料和合成香料两大类。按美国和欧洲法律规定，“天然”香料只能由物理方法从动植物原料中提取或酶催化微生物工艺来制备，如果是采用酶或微生物转化生产，也要求其前体必须是从自然界中分离获得的天然物质。在微生物培养过程中添加一些天然的前体化合物，从而显著提高微生物合成香料化合物的能力，这就是生物转化法合成天然香料化合物的基本思路。而依据欧美国家的法律规定，这种方法生产的香料可以被称为“天然”[30-31]。

目前，越来越多的研究者将注意力转向生物法生产香料的研究中；其中，采用生物转化法来生产γ-癸内酯亦是目前研究最多，最明晰的制取γ-癸内酯的方法之一，它是以一些脂肪酸或者其衍生物为底物通过微生物体内酶系作用转化为具有光学活性的γ-癸内酯，其主要是利用微生物细胞内的一些酯化酶和线粒体内的β氧化酶系，通过调控通气量、转速、pH、溶氧、底物添加量以及接种量等来优化微生物的最适反应条件。Wache于2003年发现了毒性效应的潜在机理与细胞膜的流动性和成分相关[24]，其中，在蓖麻油转化生成γ-癸内酯的过程中脂酰辅酶A发挥了巨大作用[25]。这些研究发现对于克服内酯对酵母细胞的毒副作用以及阻止菌体对产物的进一步消耗具有重要的意义。Wachel使用DM设计的优化法测试了pH、通氧量对内酯量的影响，通过NEWDOM软件处理数据，并从响应曲面图中得出：更有利于γ-癸内酯的产生的条件为低PH和高通氧量[26]。Mario Aguedo等人在研究乳化剂对生物转化体系的反应中发现，离子型表面活性剂在对于对转化菌株方面其活性大于非离子型，详细的原因是细胞膜的完整性被离子型表面活性剂破坏了[28] 。 Gomes ,JA Teixeira通过优化底物添加方式的方法来提高底物的利用效率，通过分批补料发酵，发酵时间170h，产物产量达到了 6.8g/L，该研究为γ-癸内酯的产业化生产提供了一个很好的思路[29]。Adelaide Braga等通过固定Yarrowia lipolytica酵母从而降低γ-癸内酯对于目标菌株的毒性，使得γ-癸内酯的产量从0.954g/L提高到了1.579g/L[30]。