文献速览 | 具有可调油-水界面定位的载酶胶体囊用于Pickering乳液增强的生物催化

以酶为核心的工业生物催化是人类由化石经济向生物经济过渡的关键路径，是解决人类目前面临的资源、能源及环境问题的重要手段。Pickering乳液突破了传统两相生物催化体系的技术壁垒，是增强两相生物催化的重要策略。然而，当其中一相中含有使酶失活的底物时（如酶法制备生物柴油时所使用的甲醇），位于Pickering乳液油-水界面处的酶不可避免的发生催化活性的损失。因此，如何维持位于油-水界面上酶在催化过程中的高催化活性，对于推进Pickering乳液生物催化在工业中的实际应用具有重要意义。在此，本研究制备了具有可调油-水界面定位的载酶胶体囊，通过酶在Pickering乳液油-水界面处定位的合理设计进一步增强了Pickering乳液生物催化的催化效果。

作者通过物理方法调控载酶胶体囊的润湿性，实现了酶在Pickering乳液油-水界面处定位的合理设计。

采用GC9790Plus气相色谱仪对催化产物：月桂酸甲酯进行了定量分析。实验结果展现出较好的线性与重复性。

机理图

图1. (a) 基于载酶胶体囊的Pickering乳液界面生物催化生产生物柴油的机理图；(b) 通过不同比例的亲水/疏水纳米粒子自组装形成的载酶胶体囊在Pickering乳液油-水界面处的定位

载酶胶体囊的形貌分析

调节载酶胶体囊自组装过程中亲水/疏水SiO2纳米颗粒比例的物理方法可在生物相容的条件下有效调控其润湿性。疏水SiO2纳米颗粒的添加显著影响了载酶胶体囊的微观形貌（图2 a1-c1），其表面锚定的疏水SiO2纳米颗粒数量随着疏水SiO2纳米颗粒比例的增大而增加（图2 a2-c2）。通过调节自组装过程中亲水/疏水SiO2纳米粒子的比例可实现载酶胶体囊三相接触角在66°-121°范围内的有效调节

图2. 由不同比例的亲水/疏水SiO₂纳米颗粒自组装形成的载酶胶体囊的微观形貌与三相接触角

催化性能分析

图3. (a) 不同润湿性的载酶胶体囊在油-水界面定位示意图, (b-e) 在油-水界面处具有不同定位的载酶胶体囊相对酶活性与生物柴油产率的对比, (f) 载酶胶体囊的循环使用性能