香兰素是具有浓郁奶香味的重要食品添加剂,采用合成生物学法制备“天然”香兰素具有广泛的应用前景。类胡萝卜素裂解加氧酶(Carotenoid Cleavage Oxygenase,CCOs)CSO2是非辅酶依赖的香兰素合成途径限速酶,其对底物4-乙烯基愈创木酚的催化效率直接影响香兰素的产率和产量。但是,该酶热稳定性和活力较差,严重限制了其在工业化的进一步应用。本研究以塞氏杆菌(Caulobacter segnis)的CSO2作为研究对象,通过同源序列比对和分子对接方法,对CSO2进行关键氨基酸定点突变,获得了催化效率提高的优势突变体A49P和Q390A。FDC-A49P和FDC-Q390A酶联体系合成的香兰素产量,分别为FDC-CSO2的1.45倍和1.62倍。对产量提高机制进行初步探索,发现A49P和Q390A的热稳定性均优于CSO2,热变性温度分别较CSO2提高2.92℃和2.26℃。且Q390A结构显示,突变可导致Q390A底物通道空间变大,从而催化效率得到提高。该研究为后续深入探究CSO2底物识别及催化机制提高参考,为推动该类胡萝卜素裂解加氧酶家族的优化改造提供有益思考,同时为香兰素的工业化应用奠定理论基础。