工程化UiO-66表面微环境以实现β-葡萄糖苷酶的稳定性能及人参皂苷Rd的选择性生产

《Food and Bioprocess Technology》：Engineering the UiO-66 Surface Microenvironment for Robust β-Glucosidase and Selective Production of Ginsenoside Rd

　　

摘要

β-葡萄糖苷酶是将糖基化植物化学物质转化为高价值功能性成分的重要生物催化剂，但实际生物加工过程常常受到稳定性不足和底物选择性差的限制。本文中，从Caldicellulosiruptor bescii中分离出的耐热β-葡萄糖苷酶（CB-glu）被固定在具有可调表面官能团（–H、–NH₂、–OH和–2OH）的锆基金属有机框架（MOFs）上。除了进行催化特性分析外，还通过N₂吸附-脱附、接触角测量、ζ电位测定、X射线光电子能谱（XPS）和荧光发射分析等方法，探讨了载体材料的理化性质及界面微环境对固定化酶性能的影响。界面分析表明，CB-glu的吸附作用使UiO-66-OH的可用BET面积从1026.4平方米/克降低到796.7平方米/克，同时在两种组分均具有负ζ电位的情况下仍能发生吸附现象，这表明吸附过程主要依赖于界面相互作用而非长程静电作用。在测试的载体材料中，UiO-66-OH与CB-glu的相容性最好，其pH适应范围更广，在高温下的活性更高，且对金属离子和有机溶剂的耐受性更强。最重要的是，CB-glu@UiO-66-OH能够选择性水解PPD型人参皂苷中C20位连接的葡萄糖，并将人参皂苷Rb₁、Rb₂和Rb₃完全转化为Rd型人参皂苷，且不会产生F₂或CK副产物。该固定化催化剂在连续八次循环实验中的转化率始终保持在100%。这些研究结果表明，经过表面改性的UiO-66材料确实是一个可行的微环境工程平台，可用于调控β-葡萄糖苷酶的稳定性和底物选择性，从而实现人参皂苷Rd的高效、可重复生产。