《Food Chemistry》：High-loading and efficient immobilization of commercial CalA/CalB lipase blend onto tbo-COF for enhanced ester hydrolysis activity
编辑推荐：
•通过范德华相互作用，在COF上实现了超高脂肪酶负载量（1900 wt%）。•Lipase@COF在8次循环后保持完全活性，储存50天后仍保留50%活性。•Lipase@COF的油脂转化率约为游离脂肪酶的2倍，且超过90%。•COF增强了脂肪酶在碱性和高温条件下的稳定性。•t
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通过范德华相互作用，在COF上实现了超高脂肪酶负载量（1900 wt%）。
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Lipase@COF在8次循环后保持完全活性，储存50天后仍保留50%活性。
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Lipase@COF的油脂转化率约为游离脂肪酶的2倍，且超过90%。
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COF增强了脂肪酶在碱性和高温条件下的稳定性。
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tbo-COF显示出作为高性能固定化脂肪酶平台的潜力。
引言
脂肪酶是酯水解、酯化、酯交换和醇解反应中不可或缺的生物催化剂，在食品制造、药物合成、精细化学品生产及环境修复等领域备受关注（Wang, Shen, et al., 2023; Wei et al., 2017; Zhang et al., 2021）。然而，游离脂肪酶存在固有的缺陷，严重限制了其高效利用。例如，需要使用乳化剂来分散水不溶性底物，水解过程中pH值的下降容易引发脂肪酶分子的不可逆失活。单一脂肪酶受其固有的底物选择性限制；此外，酶与反应产物的繁琐分离严重阻碍了其重复使用（Sun et al., 2024; Wang, Zhang, et al., 2023; Woodley, 2017）。酶固定化作为一种方便、可循环且有效的解决方案，已逐渐成为提升脂肪酶生物催化应用的主流策略（Woodley, 2017; Zhang et al., 2024; Zhang et al., 2025）。因此，开发高性能的脂肪酶固定化载体是推动脂肪酶催化酯水解研究的迫切需求（Woodley, 2022; Zhang et al., 2025）。
常见的载体材料，包括磁性纳米颗粒、金属有机框架、多孔有机共聚合物、二氧化硅、石墨烯和水凝胶等，面临酶泄漏、脂肪酶构象变形和反应体系可控性差等局限性（Hu et al., 2025; Xu et al., 2026; Zhou et al., 2020; Somu et al., 2022; Sun et al., 2018; Wang et al., 2025）。例如，传统聚合物水凝胶存在严重的质量传递限制和低酶负载量问题，这降低了催化性能并缩短了固定化酶的催化寿命（Rodrigues et al., 2019; Somu et al., 2022; Stoffel et al., 2025; Sun et al., 2018; Wang et al., 2025; Zhao et al., 2025）。此外，超分子水凝胶对环境波动高度敏感（Sun et al., 2024; Wang et al., 2020）。而且，单一脂肪酶往往无法高效水解复杂混合物中的所有成分。例如，Geotrichum candidum脂肪酶B对顺式Δ9脂肪酸酯表现出高度特异性（如油酸酯），而脂肪酶A则表现出更广泛的底物活性，能水解棕榈酸酯和油酸的各种异构体等酯类（Woodley, 2020）。因此，兼具超高负载能力和优异催化性能的支持基质十分必要，以克服质量传递差、脂肪酶负载低、稳定性弱和底物特异性窄等问题，实现对复杂酯混合物的高效水解（Ran et al., 2019; Sun et al., 2021）。
得益于三维（3D）COF微球的大孔体积和易于调节的孔径，本研究构建了一种简便且通用的策略来制备具有高负载能力的脂肪酶负载COF。采用商用CalA/CalB脂肪酶混合物进行固定化，旨在扩展底物范围并增强催化通用性。特别关注阐述非共价相互作用和丰富的晶内空隙空间对固定化过程的协同贡献。实验设计旨在评估所制备的Lipase@COF生物催化剂的操作稳定性和底物适应性，涵盖循环催化操作和长期储存。同时，还评估了其在非生理条件下的催化鲁棒性，特别是在极端pH和温度条件下。本工作通过利用3D COF的结构刚性、超高负载潜力和改进的催化耐久性，确立了3D COF作为有前景的固定化基质的地位，从而为COF基生物催化剂在多种应用场景中的部署奠定了基础。
部分内容摘要
COF合成
COF按照我们先前报道的方法进行合成（Kang et al., 2020）。简要地说，将NBC（20.0 mg, 0.036 mmol）、H2(TAP)（18.1 mg, 0.027 mmol）、n-BuOH（0.3 mL）和o-DCB（1.2 mL）混合，经超声处理以实现均匀分散。5分钟后，向混合物中加入水溶液乙酸（6 M, 0.2 mL）。将所得溶液转移至Pyrex管中，通过三次冻融循环进行脱气。随后，密封管并在120 °C下加热
tbo-COF的合成与结构表征
为解决脂肪酶负载能力不足、催化活性降低和底物范围窄等挑战，采用基于网状化学的策略合成了具有精密设计的多孔结构的tbo-COF。tbo拓扑结构表示由4连接方形节点和3连接三角形连接体构建的三维网状晶体结构（Keeffe et al., 2008）。合成路线涉及NBC和H2(TAP)在三元
结论
在本研究中，我们基于tbo-COF构建了一个超高质量负载的固定化平台，用于商用CalA/CalB脂肪酶混合物。得益于优化的界面相互作用，Lipase@COF实现了高效无表面活性剂水解，有效克服了限制传统非乳化脂肪酶反应体系的低催化效率问题。该复合生物催化剂表现出显著增强的水解活性和出色的热稳定性，以及
CRediT作者贡献声明
Meng Sun：验证、监督、项目管理、资金获取、概念化。Zhuowei Ren：写作——审稿与编辑、方法论、数据整理。Yuyang Wang：写作——原稿、方法论、数据整理、概念化。Xinqiang Song：可视化、监督。Xing Kang：项目管理、数据整理。
资金支持
本工作得到了国家自然科学基金委员会（22405231）、河南省高等学校重点科研项目（25B350006）、信阳师范大学南湖青年学者计划（202502）以及信阳生物反应器重点实验室的支持。
未引用文献
Guimar?es et al., 2023
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
作者感谢信阳师范大学分析与测试中心的凌云、赵亮、秋菊、子赫、佩音、宗文和董利在分析测试方面提供的帮助。
Meng Sun|Zhuowei Ren|Yuyang Wang|Xinqiang Song|Xing Kang
