双重包埋激活脂肪酶内花凝胶微球的制备与表征

doi:10.7503/cjcu20220699

高等学校化学学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (4): 20220699.doi: 10.7503/cjcu20220699

双重包埋激活脂肪酶内花凝胶微球的制备与表征

张帆¹^,², 郑兰兰¹, 曹红¹(), 程路峰²(), 李春³

^1.嘉兴学院生物与化学工程学院, 嘉兴市分子识别材料与传感技术重点实验室, 嘉兴 314001
^2.新疆医科大学药学院, 乌鲁木齐 830011
^3.清华大学化学工程系, 北京 100084

收稿日期:2022-11-05 出版日期:2023-04-10 发布日期:2023-01-15
通讯作者: 曹红,程路峰 E-mail:chyf_ch@126.com;lewis_clf@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(21266029);浙江省自然科学基金(LY17B060011)

Preparation and Characterization of an Inner Flower Gel Microsphere Double-embedded with the Activated-lipase

ZHANG Fan¹^,², ZHENG Lanlan¹, CAO Hong¹(), CHENG Lufeng²(), LI Chun³

^1.Jiaxing Key Laboratory of Molecular Recognition and Sensing，College of Biological Chemical Sciences and Engineering，Jiaxing University，Jiaxing 314001，China
^2.College of Pharmacy，Xinjiang Medical University，Urumqi 830011，China
^3.Department of Chemical Engineering，Tsing Hua University，Beijing 100084，China

Received:2022-11-05 Online:2023-04-10 Published:2023-01-15
Contact: CAO Hong, CHENG Lufeng E-mail:chyf_ch@126.com;lewis_clf@163.com
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(21266029);the Natural Science Foundation of Zhejiang Province, China(LY17B060011)

摘要/Abstract

摘要：

首先利用聚乙二醇8000(PEG8000)将脂肪酶激活为开放构象(PEG-Lip), 再将PEG-Lip与Ca₃(PO₄)₂共结晶制得Ca₃(PO₄)₂@PEG-Lip晶体花, 然后将晶体花包覆于海藻酸钙(CA)凝胶(Gel）微球中, 制得一种双重包埋激活脂肪酶的内花凝胶微球CA-Gel@Ca₃(PO₄)₂@PEG-Lip. 该微球呈白色椭圆状, 直径约2 mm. 利用扫描电子显微镜(SEM)、 X射线光电子能谱(EDS)、共聚焦显微镜(CLSM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征了其微观形貌和组成, 发现脂肪酶被包埋在Ca₃(PO₄)₂晶体中, 形成的Ca₃(PO₄)₂@PEG-Lip晶体花被包覆于海藻酸钙凝胶微球内的网络中. CA-Gel@Ca₃(PO₄)₂@PEG-Lip的酶学性质研究表明, 在Ca₃(PO₄)₂晶体和海藻酸钙凝胶的“双层铠甲”保护下, 脂肪酶的热稳定性和pH稳定性均有所改善. 利用孔径约0.5 mm的滤网即可实现对凝胶微球的快速回收; 循环利用10次后, 酶活保留率达83%, 脂肪酶的操作稳定性和重复利用性明显提高. 本文为脂肪酶在食品与医药工业中的开发利用提供了新的思路与方法.

关键词: 双重包埋, 激活脂肪酶, 内花凝胶微球, 磷酸钙晶体, 海藻酸钙凝胶

Abstract:

Lipase was first activated to an open conformation（PEG-Lip） by polyethylene glycol（PEG8000）， then cocrystallized with Ca₃（PO₄）₂ into Ca₃（PO₄）₂@PEG-Lip crystal flowers， and then coated with calcium alginate gel to form a inner flower gel microsphere double-embedded activated-lipase［CA-Gel@Ca₃（PO₄）₂@PEG-Lip］. The gel microspheres were white and oval-shaped with a diameter of about 2 mm. Characterized by scanning electron microscopy（SEM）， energy dispersive spectrometer（EDS）， confocal microscopy（CLSM） and fourier transform infrared spectrophotometer（FTIR）， the activated lipase was embedded in Ca₃（PO₄）₂ crystals， and the Ca₃（PO₄）₂@PEG-Lip crystal flowers were entrapped in mesh pores of calcium alginate gel. Enzymatic properties showed that the heat resistance and the pH stability of CA-Gel@Ca₃（PO₄）₂@PEG-Lip were enhanced under the protection of double armors compared to free lipase. In the repeated utilization experiment， the rapid recovery of CA-Gel@Ca₃（PO₄）₂@PEG-Lip could be achieved with an aperture diameter of approximately 0.5 mm filter， and after 10 cycles， the enzyme activity was retained up to 83%， showing the obvious improvement of operational stability and reusability of the lipase. This paper provides a new idea and method for the development and utilization of lipase in food industry.

Key words: Double embedding technique, Activated-lipase, Inner flower gel microsphere, Calcium phosphate crystal, Calcium alginate gel

中图分类号:

O643.3

TrendMD:

张帆, 郑兰兰, 曹红, 程路峰, 李春. 双重包埋激活脂肪酶内花凝胶微球的制备与表征. 高等学校化学学报, 2023, 44(4): 20220699.

ZHANG Fan, ZHENG Lanlan, CAO Hong, CHENG Lufeng, LI Chun. Preparation and Characterization of an Inner Flower Gel Microsphere Double-embedded with the Activated-lipase. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(4): 20220699.

图/表 9

Fig.1 Physical photo(A), SEM images(B, C) of Ca3(PO4)2@PEG⁃Lip crystal flower and physical photo of dahlia(D)

Fig.2 EDS pattern of Ca3(PO4)2@Lip

Fig.3 CLSM images of Ca3(PO4)2@PEG⁃Lip

Fig.4 FTIR spectra of Ca3(PO4)2(a), free lipase(b), and Ca3(PO4)2@PEG⁃Lip(c)

Fig.5 Physical photos of CA⁃Gel@PEG⁃Lip(A) and CA⁃Gel@Ca3(PO4)2@PEG⁃Lip(B)

Fig.6 SEM images of CA⁃Gel@Ca3(PO4)2@PEG⁃Lip gel⁃microspheres（A） Gel⁃microspheres membrane surface；（B） multilayer gel network inside the gel⁃microsphere；（C， D） gel network holes in the microsphere；（E） the crystal flowers embedded in gel network holes of microsphere；（F） Ca3（PO4）2@PEG⁃Lip crystal flowers in gel network holes of microsphere.

Table 1 Kinetic parameters of free lipase, Ca3(PO4)2@PEG-Lip and CA-Gel@Ca3(PO4)2@PEG-Lip(n=3)

Lipase	K_m/（mmol·L^-1）	v_max/（μmol·L^-1·min^-1）
Free Lipase	0.13	73.69
Ca₃（PO₄）₂@PEG⁃Lip	0.14	71.07
CA⁃Gel@Ca₃（PO₄）₂@PEG⁃Lip	0.16	58.82

Fig.7 Reavailability of immobilized lipase

Fig.8 Effects of temperature(A) and pH(B) on the stability of CA⁃Gel@Ca3(PO4)2@PEG⁃Lip

参考文献 21

1	Zhong N. J.， Kou M. M.， Zhao F. H.， Yang K. P.， Lin S. Y.， J. Am. Oil Chem. Soc.， 2019， 96（8）， 967—974
2	Palacios D.， Ortega N.， Rubio⁃Rodriguez N.， Busto M. D.， Food Chem.， 2019， 271， 372—379
3	Ehlert J.， Kronemann J.， Zumbragel N.， Preller M.， Molecules， 2019， 24（23）， 4272
4	Zhou Z. W.， Cai C. X.， Xing X.， Li J. Hu Z. E.， Xie Z. B.， Biotechnol. Biofuels， 2021， 14（1）， 156
5	Ge J.， Lei J. D.， Zare R. N.， Nat. Nanotechnol.， 2012， 7（7）， 428—432
6	Patel S. K. S.， Otari S. V.， Li J. L.， Kim D. R.， Kim S. C.， Cho B. K.， Kalia V. C.， Kang Y. C.， Lee J. K.， J. Hazard. Mater.， 2018， 347（4）， 442—450
7	Zhang B. L.， Li P. T.， Zhang H. P.， Li X. J.， Tian L.， Wang H.， Chen X.， Ali N.， Ali Z.， Zhang Q. Y.， Appl. Surf. Sci.， 2016， 366（3）， 328—338
8	Ye R. F.， Zhu C. Z.， Song Y.， Lu Q.， Ge X. X.， Yang X.， Zhu M. J.， Du D.， Li H.， Lin Y. H.， Small， 2016， 12（23）， 3094—3100
9	Soni S.， Dwivedee B. P.， Banerjee U. C.， ChemNanoMat， 2018， 4（9）， 1007—1020
10	Zhou N.， Tang X. H.， Cao H.， Zha F.， Li C.， Xie C. Y.， Xu M. P.， Sun Y. G.， Chem. J. Chinese Univertsities， 2022， 43（2）， 20210705
	周宁，唐小华，曹红，查飞，李春，谢春燕，徐明平，孙艺格. 高等学校化学学报， 2022， 43（2）， 20210705
11	Zhong L.， Jiao X. B.， Hu H. T.， Shen X. J.， Zhao J.， Feng Y. X.， Li C. H.， Du Y. J.， Cui J. D.， Jia S. R.， Renew. Energ.， 2021， 171， 825—832
12	Chen K. L.， Zhang H.， Int. J. Biol. Macromol.， 2019， 136， 936—943
13	Li C. H.， Zhao J.， Zhang Z. J.， Jiang Y. J.， Bilal M.， Jiang Y. H.， Jia S. R.， Cui J. D.， Biochem. Eng. J.， 2020， 158， 107582
14	Yang Y. H.， Wang D.， Zhang Z.， Xu Y.， Chem. J. Chinese Univertsities， 2018， 39（9）， 1948—1953
	杨一涵，王栋，张璋，徐岩. 高等学校化学学报， 2018， 39（9）， 1948—1953
15	Goswami D.， Appl. Biochem. Biotechnol.， 2020， 191（2）， 744—762
16	Zhang Y.， Sun W. H.， Elfeky N. M.， Wang Y. P.， Zhao D. Y.， Zhou H.， Wang J. Y.， Bao Y. M.， Enzyme Microb. Technol.， 2020， 132， 109408
17	Zhang F.， Cheng L. F.， Cao H.， Zheng L. L.， Li C.， China Oils and Fats， 2022， https：//doi.org/10.19902/j.cnki. zgyz.1003⁃7969.220265
	张帆，程路峰，曹红，郑兰兰，李春. 中国油脂， 2022， https：//doi.org/10.19902/j.cnki. zgyz.1003⁃7969.220265
18	Huang X. L.， Xie H.， Cao H.， Jin H. J.， Li C.， Wu T. H.， Chem. J. Chinese Univertsities， 2019， 40（4）， 793—799
	黄晓林，谢睆，曹红，金宏杰，李春，吴廷华.高等学校化学学报， 2019， 40（4）， 793—799
19	Zhang M. R.， Zhang Y.， Yang C. K.， Ma C. Y.， Tang J. G.， Chem. Eng. J.， 2021， 415， 129075
20	Lambhiya S.， Patel G.， Banerjee U. C.， Bioresources and Bioprocessing， 2021， 8（1）， 126
21	Pal N.， Im S.， Cho E. B.， Kim H.， Park J.， J. Ind. Eng. Chem.， 2020， 81， 99—107

双重包埋激活脂肪酶内花凝胶微球的制备与表征

Preparation and Characterization of an Inner Flower Gel Microsphere Double-embedded with the Activated-lipase

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 9

参考文献 21

相关文章 1

编辑推荐

Metrics

本文评价