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一種基于兒茶素的多酚氧化酶交聯(lián)聚集體制備及其高效催化合成茶黃素-3,3′-雙沒食子酸酯研究

2023-07-03 07:02:16周晶輝劉昌偉張盛許崗胥偉黃建安劉仲華
茶葉科學(xué) 2023年3期
關(guān)鍵詞:聚集體酪氨酸兒茶素

周晶輝,劉昌偉,張盛,許崗,胥偉,黃建安,劉仲華*

1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)茶學(xué)教育部重點實驗室,湖南 長沙 410128;2. 國家植物功能成分利用工程技術(shù)研究中心,湖南 長沙 410128;3. 植物功能成分利用省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心,湖南 長沙 410128;4. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部園藝作物基因資源評價利用重點實驗室,湖南 長沙 410128;5. 醫(yī)藥工業(yè)用酶技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心湖南福來格生物技術(shù)有限公司,湖南 長沙 410100;6. 精制川茶四川省重點實驗室,四川 宜賓 644000

茶黃素(Theaflavin,TFs)是紅茶中重要的色素,對紅茶風(fēng)味品質(zhì)形成貢獻(xiàn)巨大[1]。在紅茶發(fā)酵過程中,不同類型的兒茶素(兒茶酚型和鄰苯三酚型)被多酚氧化酶(PPO:兒茶酚氧化酶;酪氨酸酶;漆酶)氧化形成鄰醌,鄰醌不穩(wěn)定,會自縮合和脫碳形成不同的 TFs(圖1)[2]。紅茶中主要的 TFs 是茶黃素(Theaflavin,TF1)、茶黃素-3-沒食子酸酯(Theaflavin 3-O-gallate,TF-3-G)、茶黃素-3′-沒食子酸酯(Theaflavin-3′-O-gallate,TF-3′-G)和茶黃素-3,3′-沒食子酸酯(Theaflavine-3,3'-digallate,TFDG)。

圖1 茶黃素的形成過程Fig. 1 Theaflavin formation process

大量研究表明,TFs 特別是TFDG,對人體許多方面具有健康功效。其中包括保護(hù)心肌細(xì)胞[3],抑制癌細(xì)胞增殖[4-5],發(fā)揮抗炎作用[6],抗氧化作用[7],預(yù)防骨質(zhì)疏松癥等[8]。由于TFs存在的藥用特性和健康益處,開發(fā)TFs 及其衍生物具有非常廣闊的商業(yè)前景。由于TFs 僅占紅茶干重的2%~6%[9],直接從紅茶中提取成本高昂,而采用當(dāng)代生物技術(shù),開發(fā)固定化的多酚氧化酶重復(fù)多批次的酶促合成TFDG 是一種高效、經(jīng)濟(jì)且最具工業(yè)化應(yīng)用前景的方法[10]。

交聯(lián)酶聚集體(CLEAs)是荷蘭 Roger Shelldon 教授在2000 年提出的一種新型無載體固定化技術(shù)[11]。CLEAs 的制備分為以下幾步:首先,通過微生物發(fā)酵或組織提取獲得液態(tài)粗酶蛋白;其次,將沉淀劑(如硫酸銨、有機溶劑、非離子聚合物和其他沉淀劑)添加到含有酶的水溶液中,使酶蛋白通過非共價鍵形成超分子結(jié)構(gòu)-不可溶的物理聚集體,從而產(chǎn)生粗酶聚合[12];第三步,以戊二醛為交聯(lián)劑,將酶物理聚合體共價連接,形成CLEAs(圖2A),酶聚集體通過游離氨基與戊二醛的兩個醛基之間的共價鍵不可逆結(jié)合。

圖2 傳統(tǒng)交聯(lián)方法和酶交聯(lián)方法示意圖Fig. 2 Schematic diagram of traditional and enzymatic cross-linking methods

諸多研究表明,CLEAs 與游離酶相比具有更好的性能,如更高的催化活性,更好的熱穩(wěn)定性和可回收性等[13]。使用這種方法,已經(jīng)開發(fā)了多種CLEAs 的固定化酶,如用漆酶和酪氨酸酶結(jié)合形成CLEAs,能將廢水中的對乙酰氨基酚轉(zhuǎn)化為酚類化合物[14];脂肪酶B的CLEAs 可以高效合成奧伐尼[15];黑曲霉脂肪酶CLEAs 的制備,可增強其在有機溶劑和水溶劑中的活性[16];酪氨酸酶CLEAs 在有機溶劑和離子液體中的活性和穩(wěn)定性都有明顯的提升[17];此外,蘑菇酪氨酸酶CLEAs 被用作催化劑,可以以L-酪氨酸為底物制備L-3,4-二羥基苯丙氨酸(L-Dopa)[18]。上述傳統(tǒng)的CLEAs 制備方法都需要用到交聯(lián)試劑戊二醛,該化學(xué)試劑有毒且對環(huán)境不友好。兒茶素是茶葉中的一類天然產(chǎn)物,可與蛋白質(zhì)形成非共價和共價相互作用[14,19](圖2B)。非共價相互作用包括氫鍵、疏水相互作用、范德華力和離子相互作用[20]。這些相互作用通常是可逆的,并且比共價相互作用弱[21]。共價鍵是指多酚在堿性條件下(pH>9.0)或有氧存在的酶催化下容易氧化形成醌或半醌自由基。這些醌或半醌中間體很容易與蛋白質(zhì)的親核基團(tuán)(如賴氨酸、半胱氨酸和色氨酸)發(fā)生反應(yīng)[22],并能在蛋白質(zhì)和多酚氧化產(chǎn)物之間形成共價交聯(lián)(C-N 或C-S)絡(luò)合物聚集體[19]。茶多酚與蛋白質(zhì)之間形成的共價鍵是通過席夫堿和邁克爾加成反應(yīng)進(jìn)行。因此,我們認(rèn)為兒茶素可以作為天然交聯(lián)劑用于CLEAs 的制備。

本研究采用兒茶素作為蛋白交聯(lián)試劑,對CLEAs 制備的條件進(jìn)行了優(yōu)化,并對CLEAs和游離酶的性質(zhì)進(jìn)行了研究,以及對TFDG 的催化驗證,以期為茶黃素的工業(yè)化生產(chǎn)提供低成本和更高效的制備方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

含有巨大芽孢桿菌來源的酪氨酸酶突變體[基因登錄號:MN509467.1,載體pET30a-Bmtyrc/BL21(DE3)]工程菌株為本實驗室前期構(gòu)建保存[23]。本試驗中所用試劑均(分析純)采購自中國國藥集團(tuán)有限公司。蛋白分離純化用試劑盒購買于QIAGEN 公司。兒茶素單體為湖南三福生物技術(shù)有限公司饋贈,純度98%以上的TFDG 標(biāo)準(zhǔn)品采購于阿拉丁試劑有限公司(上海)。

1.2 液態(tài)酶的制備與活性分析

從-80 ℃冰箱中取出酪氨酸酶突變體重組菌株劃線活化,按照文獻(xiàn)[23]中所述方法進(jìn)行菌株的發(fā)酵、目的蛋白的表達(dá)與分離純化、蛋白濃度及其活性測定。其中酪氨酸酶的活性檢測參考文獻(xiàn)[24]方法并做了適當(dāng)?shù)男薷?,具體的反應(yīng)體系如下:反應(yīng)底物用 0.1 mol·L-1pH 7.0 的磷酸緩沖液充分溶解1 mmol·L-1的L-Dopa(添加0.1 mmol·L-1Cu2+),在1.5 mL的EP 管中分別加入450 μL 的底物溶液和50 μL的酶溶液,輕微混勻后,于30 ℃反應(yīng)5 min,然后加入 50 μL 20%的三氯乙酸溶液終止反應(yīng),12 000 r·min-1離心5 min,取適量上清液于475 nm 處進(jìn)行OD 值檢測,以未加酶液的樣品作為空白對照。在上述條件下,以每分鐘吸光值變化為0.01 的數(shù)值定義為1 個單位。TFDG 的檢測方法參考文獻(xiàn)[23]中方法執(zhí)行。

1.3 酪氨酸酶交聯(lián)聚集體(CLEAs)的制備與參數(shù)優(yōu)化

選擇不同質(zhì)量濃度(0、0.2、0.5、1、2、4、6、8、10 mg·mL-1)的兒茶素(EC、ECG、EGC、EGCG)作為交聯(lián)劑進(jìn)行CLEAs 的制備,酪氨酸酶的交聯(lián)反應(yīng)在1.5 mL 的EP 管中進(jìn)行,依次加入不同濃度的兒茶素溶液450 μL(pH 7.0 0.1 mol·L-1磷酸鹽配制),酪氨酸酶溶液50 μL(蛋白質(zhì)量濃度為2 mg·mL-1,酶活力單位為100 U),迅速置于30 ℃條件下的搖床中,以轉(zhuǎn)速為120 r·min-1進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)60 min 后,12 000 r·min-1離心5 min,收集沉淀,即得酪氨酸酶與多酚氧化產(chǎn)物交聯(lián)聚集體,用適量緩沖液洗滌2~3 次,以終質(zhì)量濃度為1 mg·mL-1的L-Dopa 溶液為底物測定活力并進(jìn)行SDS-PAGE 電泳分析。選擇不同pH、溫度、交聯(lián)時間進(jìn)行CLEAs 制備參數(shù)優(yōu)化,與傳統(tǒng)的蛋白沉淀試劑如硫酸銨,聚乙二醇進(jìn)行對比,計算酶活回收率。

1.4 酶動力學(xué)參數(shù)分析

用0.1 mol·L-1pH 4.0 的檸檬酸-磷酸鹽緩沖液配制不同質(zhì)量濃度的兒茶素底物溶液(ECG 為0~8 mg·mL-1,EGCG 為0~16 mg·mL-1),添加相同酶活的CLEAs 和游離酪氨酸酶,于30 ℃反應(yīng)5 min,測定相關(guān)數(shù)據(jù),所有試驗設(shè)置3 個平行樣,利用Lineweaver-Burk 的方法作圖,計算出酶動力學(xué)常數(shù)。

1.5 CLEAs 的結(jié)構(gòu)與催化性能

為了研究CLEAs 的形態(tài)結(jié)構(gòu)特點,選擇EGCG 為對照樣品,以及在此基礎(chǔ)上制備的CLEAs 樣品為研究對象,將二者干燥后制備成粉末,在粉末上添加一層導(dǎo)電涂層,厚度約為2~3 nm,利用掃描電鏡(ZEISS Sigma 300德國)對CLEAs 進(jìn)行形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)的觀察和分析,以未加酶的交聯(lián)劑EGCG 作為對照;進(jìn)一步對CLEAs 進(jìn)行傅立葉變換紅外吸收光譜FTIR 分析,考察交聯(lián)前后官能團(tuán)的差異,利用紅外吸收光譜儀(Thermo Scientific Nicolet iS20 FT-IR)進(jìn)行了光譜掃描分析(波長范圍:500~4 000 cm-1),以未加酶的交聯(lián)劑作為對照樣品。對CLEAs 和游離酶的催化特性進(jìn)行研究,以L-Dopa 為底物,測定在不同條件下(乙醇耐受性、pH、熱穩(wěn)定性、底物耐受性)二者的催化性能。

1.6 CLEAs 與游離酶催化合成茶黃素TFDG

分別利用CLEAs 和游離酶進(jìn)行催化合成茶黃素,底物EGCG 和ECG用15 mL 0.1 mol·L-1pH 4.0 的檸檬酸-磷酸鹽緩沖液溶解,EGCG 和ECG 用量比為2∶1(4 mmol·L-1∶2 mmol·L-1),反應(yīng)溫度30 ℃、pH 4.0、時間30 min,酪氨酸酶的活力為100 U。待反應(yīng)結(jié)束后,離心取上清液進(jìn)行TFDG 濃度測定,過濾后的固體重新加入底物溶液進(jìn)行下一批次反應(yīng)。反應(yīng)以游離液態(tài)酶作為陰性對照。

2 結(jié)果與分析

2.1 酶交聯(lián)聚集體的最適條件

選擇不同兒茶素作為交聯(lián)試劑對酶的交聯(lián)情況進(jìn)行測試,以酶交聯(lián)產(chǎn)率作為參考指標(biāo),從圖3 中可以看出,與傳統(tǒng)的固定化方法相比,利用EGCG 作為交聯(lián)反應(yīng)的底物時,能獲得最大的酶活回收率(84.65%),其次為EC(84.55%),而采用傳統(tǒng)的硫酸銨沉淀和聚乙二醇(PEG)的方法,其酶活回收率分別為65.00%和74.41%(表1)。由此說明,選擇以兒茶素為底物進(jìn)行酪氨酸酶的交聯(lián)比傳統(tǒng)沉淀(交聯(lián))試劑方法具有優(yōu)越性,一方面省略了蛋白沉淀的步驟,另一方面兒茶素交聯(lián)的酶活回收率高。

表1 不同沉淀劑的酶活回收率對比Table 1 Comparison of enzyme activity recovery with different precipitators

圖3 不同兒茶素對酶交聯(lián)產(chǎn)率的影響Fig. 3 Effects of different catechins on enzyme cross-linking yield

通過對酪氨酸酶交聯(lián)的時間、pH、溫度條件的優(yōu)化,結(jié)果表明(圖4),交聯(lián)反應(yīng)最佳條件為40 ℃,pH 7.0,反應(yīng)時間50 min。

SDS-PAGE 電泳檢測結(jié)果表明(圖5),酪氨酸酶交聯(lián)前單體分子量為 35 kDa 左右(圖5A 和圖5B 泳道1),隨著交聯(lián)反應(yīng)的進(jìn)行,酪氨酸酶的分子量逐漸變大,且呈現(xiàn)不同大小的分子量表現(xiàn)出彌散的條帶,說明經(jīng)過交聯(lián),酪氨酸酶形成了大小不一的復(fù)合物(圖5A 泳道2~7,圖5B 泳道2~3),且交聯(lián)后的蛋白大多數(shù)以不可溶的沉淀形式存在(圖5A泳道3)。

圖4 酪氨酸交聯(lián)酶聚集體制備參數(shù)條件優(yōu)化Fig. 4 Optimization of preparation parameters of tyrosine cross-linked enzyme aggregates

圖5 酶交聯(lián)產(chǎn)物的SDS-PAGE 電泳分析Fig. 5 Analysis of enzyme crosslinking products by SDS-PAGE electrophoresis

2.2 催化性能分析

通過對游離酶和CLEAs 的催化性能進(jìn)行對比分析,從圖6A 中可看出,在偏酸性pH條件(pH<6.0),交聯(lián)酶的催化活性相對游離酶而言,略有提升,更有利于茶黃素TFDG 的形成;溫度耐受性分析結(jié)果表明(圖6B),交聯(lián)酶和游離酶在溫度55 ℃以下表現(xiàn)穩(wěn)定,當(dāng)溫度>60 ℃時,游離酶的穩(wěn)定性急劇下降,65 ℃活力完全丟失,而交聯(lián)酶此時仍然保持有95%以上的催化活性,由此說明交聯(lián)酶相比游離酶具有較好的熱穩(wěn)定性,更適合于工業(yè)化應(yīng)用;在有機溶劑耐受性方面(圖6C),可以看出當(dāng)體系中乙醇體積濃度為60%左右時會對酶的催化性能有明顯提升,且交聯(lián)酶的催化性能提升要優(yōu)于游離酶,提升了約180%;在底物耐受性方面(圖6D),可以看出當(dāng)反應(yīng)體系中多酚溶液質(zhì)量濃度為1 mg·mL-1時,會對游離酶和交聯(lián)酶的催化活性有明顯抑制作用,其對游離酶的活性抑制最大,殘留活性僅為25%左右,而此時交聯(lián)酶的殘留活性為60%以上,說明了交聯(lián)酶相比游離酶具有較好的底物耐受性。

圖6 游離酶和交聯(lián)酶的催化性能對比Fig. 6 Comparison of catalytic performance of free and cross-linked enzymes

游離酶和CLEAs 的動力學(xué)參數(shù)測定分析可以看出(表2),二者對底物EGCG 的km值相差不大,說明二者對底物EGCG 的親和性接近,而以ECG 為底物,游離酶的km值明顯高于交聯(lián)酶,說明交聯(lián)酶對底物ECG 具有較高的親和性,Vmax/km的分析表明CLEAs 的比值明顯高于游離酶,說明其具有較好的催化性能。

2.3 交聯(lián)酶的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)

為了研究交聯(lián)酶的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)的差異,以EGCG 和EGCG+酪氨酸酶交聯(lián)產(chǎn)物為研究對象,對二者分別進(jìn)行了電鏡掃描(SEM)和傅里葉變換光譜(FTIR)分析。從交聯(lián)前EGCG的電鏡掃描圖可以看出,EGCG 的結(jié)構(gòu)較為平滑(圖7A-C),而EGCG+酪氨酸酶交聯(lián)后產(chǎn)物結(jié)合能與EGCG 緊密結(jié)合形成交聯(lián)復(fù)合物,這可能是CLEAs 相比游離酶具有更好的熱穩(wěn)定性和更高的催化性能的原因。

圖7 EGCG 和EGCG+酪氨酸酶復(fù)合物的掃描電鏡圖Fig. 7 SEM view of EGCG and EGCG + tyrosinase complex

表2 游離酶和交聯(lián)酶的動力學(xué)參數(shù)Table 2 Kinetic parameters of free and cross-linked enzymes

為了進(jìn)一步研究底物EGCG 與酪氨酸酶交聯(lián)前后官能團(tuán)的變化,分別對 EGCG 和EGCG+酪氨酸酶復(fù)合物進(jìn)行傅里葉變換光譜分析,從圖8A 可以分析看出,EGCG 在3 500~3 750 cm-1,1 650~1 700 cm-1和1 600~1 650 cm-1處都有明顯的吸收峰,分別代表著-OH 的伸縮振動、-C=O 的伸縮振動,以及-C=C 的伸縮振動;當(dāng)EGCG 與酪氨酸酶形成交聯(lián)復(fù)合物后,吸收峰的強度明顯減少,尤其是-OH 的伸縮振動變?nèi)?,說明交聯(lián)酶復(fù)合物的形成,導(dǎo)致EGCG 底物上的酚羥基明顯減少,交聯(lián)形成了更復(fù)雜的大分子結(jié)構(gòu)(圖8B)。

圖8 EGCG 和EGCG+酪氨酸酶復(fù)合物(CLEAs)的FTIR 光譜分析Fig. 8 Analysis of EGCG and EGCG + tyrosinase complexes(CLEAs)by FTIR spectroscopy

2.4 交聯(lián)酶催化合成TFDG

通過對CLEAs 與游離酶的催化性能對比分析可知,交聯(lián)酶相比游離酶在熱穩(wěn)定性、底物耐受性、有機溶劑的耐受性等方面具有較好的優(yōu)勢,同時CLEAs 可以通過簡單地離心洗滌即可回收重復(fù)利用,降低工業(yè)化應(yīng)用的成本。對CLEAs 催化合成TFDG 的能力進(jìn)行評估,從圖9A 可以看出,CLEAs 催化合成TFDG具有較好的效果,第1 批次反應(yīng),體系中TFDG的質(zhì)量濃度可達(dá)800 μg·mL-1左右,且連續(xù)3個批次反應(yīng)產(chǎn)物質(zhì)量濃度都>700 μg·mL-1,說明前3 個批次的穩(wěn)定性非常好,隨著反應(yīng)批次的增加,產(chǎn)物濃度呈逐漸下降的趨勢,分析原因一方面可能是由于多酚對酶具有抑制作用,另一方面可能是多酚、產(chǎn)物也容易與TFDG 形成更復(fù)雜的復(fù)合物,導(dǎo)致底物與酶的結(jié)合困難,活性降低。由圖9B 中可知,不同批次反應(yīng),體系中的顏色由深變淺,與TFDG 的產(chǎn)量具有相對應(yīng)的關(guān)系。

圖9 酪氨酸酶交聯(lián)聚集體催化合成TFDG 產(chǎn)量Fig. 9 Yield of TFDG synthesis catalyzed by tyrosinase cross-linked aggregates

3 討論

游離酶應(yīng)用于工業(yè)化主要的限制因素在于其只能使用1 批次,成本過高,通過技術(shù)改進(jìn)實現(xiàn)酶的多批次重復(fù)利用是減少酶成本的重要途徑。固定化酶由于具有穩(wěn)定性好、回收率高可重復(fù)使用、催化活性高等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生物催化中。在前期研究中,我們選擇了丙烯酸樹脂Eupergit C 作為酪氨酸酶的固定化載體進(jìn)行了固定化研究,結(jié)果表明,用該樹脂可以成功將酪氨酸酶進(jìn)行固定化,并進(jìn)行了TFDG 的合成,但是該固定化酶使用1批次就丟失了大部分的活性,分析原因在于一方面產(chǎn)物茶黃素能與固定化酶顆粒形成緊密結(jié)合,形成了有顏色的復(fù)合物,阻塞了固定化酶的孔徑,影響了底物的進(jìn)入導(dǎo)致了酶活性的丟失;另一方面固定化酪氨酶的活性可能會受到底物多酚的抑制作用,導(dǎo)致活性丟失。因此,該固定化方式制備的酪氨酸酶無法實現(xiàn)工業(yè)規(guī)?;瘧?yīng)用,酶的多批次使用問題仍未得到有效解決。酶交聯(lián)聚集體是一種無載體的固定化技術(shù),該技術(shù)路線可以分為兩個步驟,即酶的濃縮沉淀和酶的交聯(lián)?,F(xiàn)有報道中幾乎所有酶交聯(lián)聚集體的制備所用的交聯(lián)劑都需要戊二醛,且易被帶入下游產(chǎn)物,而戊二醛對人體具有毒性。因此開發(fā)環(huán)保、便捷、高效的酶交聯(lián)聚集體應(yīng)用于茶黃素的合成具有十分重要的意義。

多酚化合物廣泛存在于植物中,可以通過共價和非共價的結(jié)合方式與蛋白質(zhì)進(jìn)行結(jié)合從而改變蛋白結(jié)構(gòu),同時多酚與蛋白結(jié)合形成蛋白多酚復(fù)合物也可以影響蛋白的功能,如蛋白多酚結(jié)合復(fù)合物可以影響蛋白的二維和三維結(jié)構(gòu),導(dǎo)致氨基酸親水和疏水性的變化從而增加蛋白的可溶性;蛋白多酚復(fù)合物還能增加溶液的乳化作用,如研究表明大豆分離的蛋白和花青素形成的復(fù)合物能顯著提高溶液的乳化性能;此外,研究還表明沒食子酸對蛋白質(zhì)凝膠的性質(zhì)也有一定的影響,一定濃度的沒食子酸可以誘導(dǎo)蛋白質(zhì)聚集形成不溶性聚合物。由于酪氨酸酶是一種同時具有單酚酶和二酚酶活性的加氧酶,可以將茶多酚氧化成醌,然后自聚合形成絡(luò)合物。基于此,本研究選擇茶多酚作為酶蛋白交聯(lián)的底物。采用不同濃度、不同類型的多酚作為酪氨酸酶的交聯(lián)試劑。結(jié)果表明,底物EGCG 氧化產(chǎn)物具有較高的交聯(lián)回收率。這可能是因為EGCG 含有更多的酚羥基,可以更好地與酶蛋白分子交聯(lián)。通過交聯(lián)反應(yīng)形成的CLEAs 在各種失活條件(有機溶劑、溫度、pH 和底物濃度)下表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性。采用CLEAs 和游離酶(活性相同)催化合成TFDG,CLEAs 的產(chǎn)率明顯高于游離酶,且CLEAs 可連續(xù)5 批次反應(yīng),顯著降低了TFDG 的生產(chǎn)成本。

但是,用多酚作為交聯(lián)反應(yīng)的底物也有一定的局限性。一方面,多酚能與蛋白質(zhì)形成絡(luò)合物,使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,影響催化活性;另一方面,一定濃度的多酚對酶蛋白有較強的抑制作用,會導(dǎo)致酶活性的喪失。因此,利用多酚(氧化產(chǎn)物)進(jìn)行酶蛋白交聯(lián)需要考慮以下因素:首先,需要針對特定的酶蛋白開發(fā)相應(yīng)的交聯(lián)方法,不同酶蛋白與不同底物多酚的交聯(lián)效果可能不同,最佳反應(yīng)條件有待探索;其次,有些酶蛋白可能不適合多酚作為交聯(lián)劑,因為多酚的存在會嚴(yán)重影響酶的活性;再次,多酚氧化產(chǎn)物的濃度需要定量檢測和分析,由于多酚氧化產(chǎn)物不穩(wěn)定,目前還沒有方便的檢測分析方法對其進(jìn)行檢測和監(jiān)測。

基于此,未來可以從以下幾個方面進(jìn)一步提升酶的使用效率:(1)可以選擇與載體共固定的CLEAs 制備,EGCG 作為交聯(lián)劑進(jìn)行酶的交聯(lián)其機械穩(wěn)定性不高,多批次使用后容易被外界壓力或機械剪切力所破壞,導(dǎo)致活性損失,這也是多批次反應(yīng)后TFDG 產(chǎn)率下降的原因,因此選擇穩(wěn)定的載體和CLEAs 相互結(jié)合的方法有望進(jìn)一步提升酶的穩(wěn)定性和催化性能;(2)繼續(xù)對多酚氧化酶進(jìn)行改造和篩選,進(jìn)行以多酚為底物的酶耐受性、催化活性的篩選,提升酶的催化性能,最終獲得滿足工業(yè)化應(yīng)用屬性的CLEAs。

本研究針對底物兒茶素的特性,創(chuàng)新性的利用兒茶素作為交聯(lián)試劑對酪氨酸酶進(jìn)行了固定化,制備獲得了CLEAs,并應(yīng)用于茶黃素-3,3′-雙沒食子酸酯的合成。交聯(lián)酶較游離酶表現(xiàn)出更優(yōu)異的催化性能(熱穩(wěn)定性、有機溶劑耐受性、底物耐受性)。交聯(lián)酶被用于合成茶黃素-3,3′-雙沒食子酸酯時,產(chǎn)物質(zhì)量濃度可達(dá)800 μg·mL-1,且交聯(lián)酶能被重復(fù)循環(huán)使用至少3 個批次,利用該方法制備茶黃素,可以顯著降低酶的應(yīng)用成本,具有潛在工業(yè)化應(yīng)用價值。

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