表面工程化磁性虫胶微囊作为可回收的 Pickering 界面生物催化剂用于部分酰基甘油酯的酶法合成

《Food Chemistry》：Surface-engineered magnetic shellac microcapsules as recyclable Pickering interfacial biocatalysts for enzymatic synthesis of partial Acylglycerols

　　

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  磁性虫胶微胶囊实现了可回收的Pickering乳液生物催化。
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  润湿性调节调控了乳液微观结构和界面催化。
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  该乳液体系在酰基甘油合成中具有高催化效率。
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  实现了高MAG/DAG产率，并具备磁性可回收性与稳定重复使用性能。

引言

部分酰基甘油（Partial acylglycerols），包括单酰基甘油（MAG）和二酰基甘油（DAG），是高价值功能性脂质，广泛应用于食品、化妆品和生物医药行业（Lee et al., 2020; Zhang et al., 2025; Zou et al., 2024）。除其优异的表面活性外，1,3-二酰基甘油（1,3-DAG）和1-单酰基甘油（1-MAG）还因其生理功能受到广泛关注（Zhang et al., 2025; Zheng et al., 2023）。这些功能包括抑制餐后血脂异常、调节脂质代谢，以及作为活性化合物递送的结构性脂质平台（Lee et al., 2020; Zhang et al., 2025）。传统上，部分酰基甘油的工业生产依赖于高温碱性条件下的化学酯化或甘油解（Zheng et al., 2023）。然而，该方法存在区域选择性差、副产物颜色深以及能耗高等缺点（Lee et al., 2020）。脂肪酶催化的酶法合成，尤其是使用具有sn-1,3区域特异性的南极曲颈霉菌脂肪酶B（CALB），提供了一种更绿色且高选择性的替代方案（Liu et al., 2025; Ortiz et al., 2019）。该方法能够在温和条件下进行反应，并得到高纯度产物（Zheng et al., 2023; Zou et al., 2024; Zou et al., 2025）。

然而，游离脂肪酶通常表现出操作稳定性差、可重复使用性有限以及在非水介质中的构象失活（Rodrigues et al., 2019）。这些局限性严重限制了其大规模工业应用。酶固定化已成为解决这些局限性的最有效策略（He et al., 2025; Jin et al., 2019; Liu et al., 2025; Rodrigues et al., 2019）。商业标杆产品Novozym 435（将CALB固定化于大孔丙烯酸树脂上），被广泛应用于脂质生物转化（Ortiz et al., 2019）。然而，嵌入介孔基质中的脂肪酶分子常常受到内部传质阻力和空间位阻的影响（Ortiz et al., 2019）。这阻碍了单位蛋白催化潜力的充分发挥，并增加了过度酰化的风险，从而降低MAG/DAG选择性（Zou et al., 2024; Zou et al., 2025）。此外，亲水性甘油与疏水性脂肪酸之间固有的不相容性对酶活性产生不利影响。因此，在保持酶活性、区域选择性和可回收性的同时克服这一界面屏障，仍然是设计下一代脂质生物催化剂的核心挑战。

近年来，Pickering界面生物催化（PIB）已成为双相酶反应的一个强大平台（Narciso et al., 2025; Ni et al., 2022; Pera-Titus et al., 2015; Yang et al., 2022; Yin et al., 2024; Zeng et al., 2022）。通过利用负载酶的固体颗粒稳定乳液液滴，该技术将生物催化定位在油–水界面（Lu, Salabas, & Schüth, 2007; Narciso et al., 2025; Zeng et al., 2022）。这显著扩大了界面面积并大大加快了反应速率（Wang et al., 2024; Zeng et al., 2022）。与此同时，刺激响应型酶催化体系（例如磁性、pH或温度响应催化剂）赋予Pickering生物催化智能特性（Ren et al., 2020; Wang et al., 2024; Yang et al., 2021）。然而，大多数报道的Pickering生物催化剂依赖于复杂的表面改性或非食品级无机载体（Yang et al., 2021; Yang et al., 2022）。这一局限性严重阻碍了它们在食品相关脂质加工中的实际应用（Narciso et al., 2025）。在各种颗粒载体中，虫胶作为一种天然、生物相容且具有两亲性的树脂，被批准用于食品和药品（Chen et al., 2024; Yuan et al., 2021a; Yuan et al., 2021b）。研究表明，虫胶表现出溶剂诱导的自组装行为（Yuan et al., 2021a; Zhang et al., 2021）。它能够形成多孔壳层以促进底物扩散，展现出作为微胶囊基质材料的巨大潜力（Yuan et al., 2021a）。然而，现有的虫胶基酶微胶囊通常缺乏可调的界面润湿性和便捷的可回收性（Yuan et al., 2021a）。更重要的是，将磁性虫胶微胶囊的润湿性与其在甘油–脂肪酸双相反应中催化性能相联系的系统研究仍未被探索。

在此，我们报道了一种表面工程化、负载脂肪酶的磁性虫胶复合微胶囊（LMSCMs）的合理设计。这些微胶囊可作为可回收的Pickering界面生物催化剂，用于部分酰基甘油的选择性酶法合成。Fe₃O₄纳米颗粒被嵌入虫胶内核中以赋予超顺磁性可回收能力。同时，外壳与疏水性和亲水性气相二氧化硅纳米颗粒共组装，以精确调节微胶囊的表面润湿性。对LMSCMs的形态、磁性响应、热稳定性和化学结构进行了全面表征。此外，其催化性能与游离脂肪酶和商业Novozym 435进行了对比评估。模型反应为辛酸与己醇的酯化。随后，使用辛酸/油酸与甘油进行了无溶剂酯化反应。本研究旨在建立一个润湿性可控的Pickering生物催化平台。通过定制界面微观结构，我们展示了如何克服传质限制并提高高黏度甘油体系中的选择性。

章节摘要

材料

虫胶（化学纯）购自浙江联朔生物科技有限公司。游离脂肪酶5000MM（南极曲颈霉菌）购自上海源叶生物技术有限公司。R974（疏水性）和A200（亲水性）二氧化硅纳米颗粒购自德国赢创工业公司。南极曲颈霉菌脂肪酶B固定化于丙烯酸树脂（Novozym 435）由诺维信（中国）生物技术有限公司提供。中链甘油三酯（MCT）购自上海优创

表面工程化磁性虫胶复合微胶囊的构建

为研究磁性纳米颗粒对LMSCMs形成的影响，首先通过光学显微镜检查了采用不同Fe₃O₄含量制备的模板乳液（M0–M4）的形貌演变（图1a）。在无Fe₃O₄的M0体系中，可以形成乳液液滴，但它们相对较大且分布不均。随着Fe₃O₄含量的增加（M1和M2），液滴变得更加均匀，并呈现出规则的球形形貌。这些结果表明

CRediT作者贡献声明

蒋聪：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 初稿，可视化，项目管理，方法论，调查，正式分析，数据整理，概念化。孟宗：撰写 – 审阅与编辑，项目管理，方法论，调查，基金获取，正式分析。

资金来源

本研究得到国家关键研发计划–政府间国际科技创新合作项目（2025YFE0106000）、中国国家关键研发计划（2025YFF1107702）以及江苏省研究生研究实践创新计划（KYCX24_2629）的支持。

未引用文献

Liu, Dai, Liu and Du, 2024

Liu et al., 2024

Yuan et al., 2021

Yuan et al., 2021

利益冲突声明

作者声明他们不存在任何可能对本论文所报告工作产生影响的已知竞争性经济利益或个人关系。

蒋聪|孟宗