Boosting Hydrolysis of Cellulose at High Temperature by β‐Glucosidase Induced Metal–Organic Framework In‐Situ Co‐Precipitation Encapsulation

离子液体 水解 纤维二糖 化学 热稳定性 纤维素 化学工程 水溶液 结晶度 催化作用 固定化酶 细菌纤维素 材料科学 纤维素酶 有机化学 结晶学 工程类
作者
Rui Jiao,Yuxia Pang,Dongjie Yang,Zhixian Li,Hongming Lou
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:15 (21) 被引量:13
标识
DOI:10.1002/cssc.202201354
摘要

Due to the poor enzyme thermal stability, the efficient conversion of high crystallinity cellulose into glucose in aqueous phase over 50 °C is challenging. Herein, an enzyme-induced MOFs encapsulation of β-glucosidase (β-G) strategy was proposed for the first time. By using various methods, including SEM, XRD, XPS, NMR, FTIR and BET, the successful preparation of a porous channel-type flower-like enzyme complex (β-G@MOFs) was confirmed. The prepared enzyme complex (β-G@MOFs) materials showed improved thermal stability (from 50 °C to 100 °C in the aqueous phase) and excellent resistance to ionic liquids (the reaction temperature was as high as 110 °C) compared to the free enzyme (β-G). Not only the catalytic hydrolysis of cellulose by single enzyme (β-G) in ionic liquid was realized, but also the high-temperature continuous reaction performance of the enzyme was significantly improved. Benefiting from the significantly improved heat resistance, the β-G@MOFs exhibited 32.1 times and 34.2 times higher enzymatic hydrolysis rate compared to β-G for cellobiose and cellulose substrates, respectively. Besides, the catalytic activity of β-G@MOFs was retained up to 86 % after five cycles at 110 °C. This was remarkable because the fixation of the enzyme by the MOFs ensured that the folded structure of the enzyme would not expand at high temperatures, allowing the native conformation of the encapsulated protein well-maintained. Furthermore, we believe that this structural stability was caused by the confinement of flower-like porous MOFs.
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