综述：超临界CO2提取青蒿素及其前体的生物技术生产：双焦点综述

这篇综述创新性地整合了超临界流体萃取（SFE/scCO2）技术与微生物发酵策略，系统分析了青蒿素提取效率的关键参数（如CO2流速、温度、压力）和发酵生物工艺因素（如菌株选择、溶氧量/DO、碳源），为应对疟疾治疗需求提供了一条绿色、可持续的生产路径。

　　

引言

疟疾仍是全球重大公共卫生威胁，2023年病例数较前一年增加1100万例。青蒿素（Artemisinin）作为从黄花蒿（Artemisia annua L.）中提取的倍半萜内酯化合物，因其独特的过氧桥结构成为抗疟核心药物。中国科学家屠呦呦因发现青蒿素荣获2015年诺贝尔奖，但植物提取法面临产量低（仅占植株干重0.01-1%）、季节性波动等瓶颈。

超临界CO₂提取技术

超临界CO₂（scCO₂）在31.1°C和73.8 bar临界点下兼具气体扩散性和液体溶解力，成为替代有机溶剂提取的理想选择。关键参数研究表明：

• 温度与压力：在15-20 MPa压力区间，40-50°C可实现最高提取率，超过60°C会导致青蒿素过氧桥降解。
• 共溶剂：添加16.25 wt%乙醇可使回收率达96%，但高浓度会共提叶绿素降低纯度。
• 流体密度：0.623 g/cm³密度下可选择性富集青蒿素，避免高分子量杂质。

对比传统方法，scCO₂提取效率提升12倍（7.0→8.0 mg/g），且无溶剂残留。

微生物发酵生产前体

为突破植物源限制，研究者通过合成生物学改造酿酒酵母（S. cerevisiae）和大肠杆菌（E. coli）：

• 代谢工程：强化甲羟戊酸途径（MVA），过表达法尼基焦磷酸合酶（FPPS）和紫穗槐二烯合酶（ADS），使紫穗槐二烯（Amorpha-4,11-diene）产量达40 g/L。
• 氧化修饰：引入黄花蒿来源的细胞色素P450（CYP71AV1）将紫穗槐二烯转化为青蒿酸（Artemisinic acid），再经光化学氧化生成青蒿素。

整合策略与挑战

未来方向包括：

1. 开发scCO₂在线萃取发酵产物的连续化工艺
2. 优化酵母耐受性以减少活性氧（ROS）对代谢通路的抑制
3. 通过响应面法（RSM）建模预测多参数协同效应

该双轨策略将推动青蒿素生产向高效、环保、规模化迈进，为抗疟药物供应链提供稳定保障。