基于基因交联剂和二氧化硅载体固定化L-天冬酰胺酶用于高效抑制食品中丙烯酰胺的研究

为解决热加工食品中致癌物丙烯酰胺(AA)的防控难题，研究人员通过基因交联剂(genipin)和二乙烯砜(DVS)将Geobacillus kaustophilus来源的L-ASNase固定于多壁碳纳米管(MWCNT)和二氧化硅载体，显著提升酶的热稳定性（28.9倍）和催化效率（3.2倍），在55℃处理60分钟可实现丙烯酰胺100%降解，为食品工业提供绿色高效的生物解决方案。

　　

丙烯酰胺（AA）作为2A类致癌物，在油炸薯片、咖啡豆等淀粉类食品高温加工过程中通过美拉德反应大量生成，传统防控手段常以牺牲食品品质为代价。微生物来源的L-天冬酰胺酶（L-ASNase）能特异性降解AA前体L-天冬酰胺，但天然酶存在热稳定性差（55℃半衰期仅2.8小时）、难以重复利用等瓶颈。来自土耳其Nanografi等机构的研究团队创新性地采用基因交联剂genipin和二乙烯砜（DVS）将Geobacillus kaustophilus重组L-ASNase（GkASNase）共价固定于多壁碳纳米管（MWCNT）和二氧化硅载体，相关成果发表于《Food Chemistry》。

研究团队通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电镜（SEM-EDS）验证固定化效果，采用BCA法测定蛋白浓度，并建立L-天冬酰胺-淀粉模型系统评估AA抑制效率。

【材料与方法】
使用(-OH)功能化MWCNT（纯度>96%）和镁硅酸盐（Florisil）作为载体，通过DVS和genipin的醛基与酶表面氨基共价交联。

【表达与纯化】
重组GkASNase（36.17 kDa）经HisTrap柱纯化后获得1.1 mg/mL浓度，比活性达209 U/mg，回收率48.8%。

【固定化表征】
FTIR显示1700 cm^-1处特征峰证实成功交联；SEM显示MWCNT表面形成均匀酶层；SEM-EDS检测到硅载体氮元素分布验证酶负载。

【生化特性】
所有固定化酶最适pH为8.5，最适温度较游离酶提升5℃至60℃。genipin-二氧化硅固定酶的催化效率（k_cat/K_m）达游离酶3.2倍；DVS-二氧化硅固定酶在60℃热稳定性提升28.9倍。

【应用性能】
5次循环使用后活性保留>90%，55℃处理淀粉模型60分钟实现AA 100%清除，显著优于传统化学添加剂方案。

该研究开创性地将天然交联剂genipin与合成交联剂DVS联用，使固定化GkASNase兼具高催化效率和卓越热稳定性。DVS交联的刚性结构赋予酶28.9倍热稳定性提升，而genipin的生物相容性则优化了酶-载体界面相互作用，使催化效率突破性提高。这种"双交联策略"为食品工业AA防控提供了可规模化应用的酶制剂解决方案，其载体选择与交联技术对工业酶固定化具有普适指导价值。研究同时证实，纳米材料（MWCNT）与传统硅基载体的协同应用可兼顾酶负载量与操作稳定性，为生物催化剂的理性设计提供新范式。