基于虫胶-壳聚糖微凝胶固定化脂肪酶的Pickering界面催化可持续合成月桂酸蔗糖酯

为解决传统化学合成月桂酸蔗糖酯(SEs)存在的反应条件苛刻、产物结构不均一及酶法合成中传质效率低等问题，Tangyu Yang团队创新性地开发了虫胶纳米颗粒(SNPs)修饰的壳聚糖微凝胶(SCL)固定化脂肪酶体系，通过Pickering界面催化(PIC)技术实现了6-月桂酸蔗糖单酯的高效合成(转化率55.35%)，其产物展现出优于商业蔗糖酯的界面稳定性和80%以上的酶循环活性，为功能性表面活性剂的绿色制备提供了新策略。

　　

在食品和化妆品工业中，月桂酸蔗糖酯因其优异的乳化性和抗菌性备受青睐。然而传统化学合成法需要高温高压条件，不仅能耗高，还会产生结构复杂的副产物混合物。虽然酶法合成能在温和条件下获得高纯度产物，但蔗糖的多羟基特性与疏水性酰基供体的不相容性，导致传质效率低下。更棘手的是，游离脂肪酶容易失活且难以回收，这些瓶颈严重制约了蔗糖酯的工业化生产。

针对这些挑战，华南理工大学的研究团队在《LWT》发表了一项突破性研究。他们巧妙利用天然生物材料——壳聚糖的亲水性和虫胶的疏水性，设计出具有"核壳"结构的微凝胶载体(SCL)。这种载体不仅能将脂肪酶牢牢固定在油水界面，还通过Pickering乳液效应大幅提升传质效率，就像给反应装上了"分子加速器"。

研究采用双乳化-融合技术构建SCL载体，通过扫描电镜(SEM)、冷冻电镜(Cryo-SEM)和激光共聚焦(CLSM)证实其2.49μm的球形结构和界面锚定特性。优化后的反应体系在底物比例1:12、酶浓度40mg/mL条件下，实现55.35%的转化率。核磁共振(NMR)和X射线衍射(XRD)鉴定产物为6-位取代的月桂酸蔗糖单酯，其临界胶束浓度(260.13mg/L)显著低于商业产品，乳化性和泡沫稳定性提升30%以上。

在机制解析部分，冷冻电镜图像清晰显示SCL在油水界面的有序排列，这种特殊构象使脂肪酶活性中心更易接触底物。热重分析(TG-DSC)证实产物在200℃内保持稳定，满足食品加工需求。尽管循环使用中因凝胶结构破损导致活性逐渐下降，但经过4次重复使用仍保留80%以上活性，这得益于京尼平(GNP)交联增强的载体稳定性。

这项研究的意义在于：首先，开创性地将食用级生物材料应用于界面催化，SCL载体可降解、无毒的特性符合绿色化学原则；其次，Pickering乳液微反应器的设计思路，为其他水油不相容体系的酶催化提供了普适性方案；最后，所得6-月桂酸蔗糖单酯的卓越性能，使其在功能性食品添加剂和药用辅料领域展现出独特优势。正如通讯作者Xia Zhang强调的，该技术打通了从实验室到产业化的关键环节，未来通过微流控等技术优化乳液稳定性，有望实现更大规模的生物制造。