双功能修饰介导的Pickering界面生物催化体系高效合成磷脂酰丝氨酸及其机制研究

针对磷脂酰丝氨酸(PS)生物合成中转化效率低的问题，研究人员通过优化磷脂酶D(PLD)的双功能固定化策略，构建了基于中空介孔硅颗粒(HMSP)的Pickering界面生物催化(PIB)系统。该体系通过氮杂环/辛基双修饰载体(PLD@HMSP-N3/C8)稳定油包水乳液，利用氢键作用增强酶稳定性，在40℃下20分钟内实现93.8%的PS转化率，催化效率达372 mmol/(g·h)，为功能性磷脂的绿色合成提供了新范式。

　　

磷脂酰丝氨酸(PS)作为大脑细胞膜的关键组分，在改善认知功能和神经保护方面具有重要价值，但传统提取方法存在有机溶剂污染、产率低等问题。虽然酶法合成PS具有绿色优势，但游离磷脂酶D(PLD)在非均相体系中稳定性差、难以回收。更棘手的是，现有Pickering界面生物催化(PIB)系统面临载体修饰策略单一、乳液稳定性与酶活性难以兼顾的瓶颈。

中国农业科学院油料作物研究所的研究团队在《Food Chemistry》发表研究，创新性地提出"双功能协同修饰"策略，通过精准调控载体表面化学性质，成功构建高效PIB系统。该团队采用中空介孔硅颗粒(HMSP)为载体，系统比较了三种氮杂环胺(NQ-62/APTMS/NPED)与辛基(C₈)的组合修饰效果，结合红外光谱、Zeta电位等技术筛选最优载体；通过乳液稳定性实验和分子动力学模拟揭示氢键稳定机制；最后优化反应参数并评估体系重复利用性。

材料与方法
研究选用四乙氧基硅烷(TEOS)制备HMSP载体，通过"一锅法"同步嫁接NQ-62氨基与辛基三氯硅烷(OTCS)。采用透射电镜(TEM)和氮吸附分析表征载体结构，通过荧光标记测定PLD负载量。Pickering乳液稳定性通过光学显微镜和界面张力仪评估，酶活性测定采用高效液相色谱(HPLC)监测PC转化率。

Comparison of three supports
通过对比三种氨基修饰载体发现，NQ-62修饰的HMSP-N₃/C₈具有最佳性能：其Zeta电位(+32.4 mV)显著高于APTMS(+18.7 mV)和NPED(+24.1 mV)组，水接触角(68.5°)显示理想的两亲性。该载体PLD负载量达98.7 mg/g，形成的乳液液滴直径(15.2 μm)最小且稳定性超过24小时。傅里叶变换红外光谱(FTIR)在1635 cm^-1处出现特征峰，证实PLD与载体间形成氢键网络。

结论与意义
该研究突破性地实现三大创新：(1)创制双功能修饰载体HMSP-N₃/C₈，其氨基通过氢键固定PLD，辛基链锚定油水界面，协同作用使酶热稳定性提高3.2倍；(2)建立目前最高效的PS生物合成系统，催化效率(372 mmol/(g·h))较文献报道提高47%；(3)首次阐明载体表面化学性质-乳液稳定性-酶活性的构效关系。Zhang Yufei团队的工作不仅为功能性磷脂工业化生产提供关键技术，其"界面工程-酶工程"协同策略更为多相生物催化系统设计提供了普适性范式。

值得注意的是，该体系在10次循环后仍保持70.9%活性，且无需复杂分离步骤，真正实现"绿色化学"理念。研究启示未来可通过计算机辅助设计更精准调控载体表面基团，进一步拓展PIB系统在ω-3脂肪酸酯化、维生素糖苷合成等领域的应用。