Construction of a Tannase-Immobilized Magnetic Graphene Oxide/Polymer Nanobiocatalyst with Enhanced Enzyme Stability for High-Efficiency Transformation of Tannins

单宁酶 聚乙烯亚胺 化学 聚合物 化学工程 丹宁 水解 漆酶 固定化酶 有机化学 生物化学 抗氧化剂 没食子酸 食品科学 工程类 基因 转染
作者
Weiwei Huan,Bin Liu,Penghui Liu,Fei Gao,Yiming Zhang,Luming Li,Jingrong Li,Yini Han,Jie Li,Lili Song,Jie Li,Lili Song
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:10 (40): 13254-13265 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.2c00450
摘要

Highly efficient biotransformation of natural compounds into sustainable biochemical products has attracted great attention. The integration of nanoscience and biotechnology provides attractive solutions for this purpose. Herein, we report the fabrication of a nanobiocatalyst employing a magnetic graphene oxide/polymer nanocomposite as a robust carrier for immobilizing the tannase enzyme, which catalyzes the bioconversion of tannin into gallic acid and glucose. Attributed to the covalent immobilization and propitious interface properties of the coated polymers comprising polyethylenimine and sodium hyaluronate, the nanobiocatalyst is stable without compromising the enzymatic activity. The nanobiocatalyst exhibits 91.8% activity of original tannase and a high enzyme bound amount of 356.8 mg g–1. The stability tests at variable temperatures (30–80 °C) and under pH conditions (4.0–9.0), various inhibitors, and a long-term storage process (25 days) reveal that the heterofunctional support and surface microenvironment facilitate better stability, adaptability, and tolerance ability of the nanobiocatalyst modified with a multicomponent polymer in comparison to the free enzyme and the nanobiocatalyst modified with the monocomponent polyethylenimine. The nanobiocatalyst maintains 94.2% of its initial activity after 10 consecutive uses and is 100% recoverable by applying an external magnet. Moreover, the nanobiocatalyst is used to hydrolyze 96.5 and 95.1% tannins in extracts from Chinese Torreya grandis testa and cake, respectively. These results establish the practicability of magnetic graphene oxide-based supports for immobilizing tannase and the promising application of immobilized tannase for efficient tannin hydrolysis.
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