南极假单胞菌冷适应脂肪酶LipAMS8催化活性包涵体固定化：低温生物柴油合成的绿色催化剂设计

《Applied Microbiology and Biotechnology》：Immobilized inclusion bodies of recombinant cold-adaptive lipase from Antarctic Pseudomonas sp. as catalysts

　　本研究针对工业催化中酶回收难、稳定性差的核心问题，创新性地将南极假单胞菌来源的冷适应脂肪酶LipAMS8的催化活性包涵体（CatIBs）固定于Seplite LX120载体。通过系统优化固定化条件，证实固定化CatIBs在10–80°C、pH 4–12及有机溶剂中均保持高稳定性，且十次循环后仍保留50%活性。其在25°C下催化废食用油与甲醇转酯化反应，生物柴油产率高达98%，为低温生物制造提供了高效、可重复使用的酶催化剂。

　　

随着全球对绿色生物制造需求的增长，酶催化技术因其高特异性和温和反应条件备受关注。然而，游离酶在工业应用中面临难以回收、稳定性差及成本高等瓶颈。脂肪酶（lipase）作为重要的工业催化剂，广泛用于油脂加工、制药及生物燃料领域，但其在极端温度、pH和有机溶剂中易失活的问题制约了大规模应用。尤其值得注意的是，许多微生物脂肪酶在大肠杆菌中表达时易形成包涵体（inclusion bodies, IBs），传统上被视为无活性的蛋白聚集体。近年来，研究发现部分包涵体仍保留催化功能（称为催化活性包涵体，CatIBs），为酶固定化提供了新思路。

本研究聚焦于南极假单胞菌（Pseudomonas sp.）来源的冷适应脂肪酶LipAMS8，其天然形式在低温下具有高活性，但稳定性不足。为解决这一问题，研究团队创新性地将LipAMS8的CatIBs固定于疏水性聚合物载体Seplite LX120上，系统评估其催化性能及工业应用潜力。论文发表于《Applied Microbiology and Biotechnology》，为低温生物催化提供了新策略。

关键技术方法

研究通过优化吸附时间（2小时）和酶负载量（1.5 mg/mL）实现CatIBs高效固定化；利用扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征固定化形态与化学结构；通过Brunauer-Emmett-Teller（BET）分析载体比表面积；采用温度（10–80°C）、pH（4–12）、有机溶剂（如甲苯、甲醇）及金属离子（Ca²⁺、Fe²⁺）耐受性实验评估酶稳定性；以废食用油为底物，在25°C、200 rpm条件下进行转酯化反应，并通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析生物柴油中脂肪酸甲酯（FAME）组成。

研究结果

1. 固定化条件优化

通过时间与酶负载量优化实验，确定2小时为最佳吸附时间，1.5 mg/mL酶浓度下固定化率达86%，酶活为375 U/g。

2. 固定化表征

SEM显示固定化后载体表面结构更致密，FTIR在1726 cm^-1（C=O）和1445 cm^-1（SH）处出现特征峰，证实酶成功固定。BET分析表明固定化载体比表面积从6.66 m²/g增至103.15 m²/g。

3. 酶学性质分析

固定化CatIBs最适温度为20°C，最适pH为9.0；在60°C下保留57.1%活性，在pH 6–11范围内稳定性显著提升；在甲苯中活性提高，且对Fe²⁺、Co²⁺等金属离子耐受性增强。

4. 重复使用性与生物柴油合成

十次循环后酶活保留50%以上；在25°C、油醇比1:9条件下，2%固定化CatIBs催化生物柴油产率达98%，FAME以十八碳烯酸甲酯为主（88.91%），优于游离酶（85.91%）和酸催化对照组（72.4%）。

结论与意义

本研究首次将冷适应脂肪酶LipAMS8的CatIBs固定化，解决了低温下酶稳定性与回收难题。固定化酶在宽温域、宽pH范围及有机溶剂中表现优异，其低温高效催化特性显著降低生物柴油生产能耗。该策略为包涵体资源的工业转化提供了新范式，对可持续生物制造具有重要推动作用。