具有巨大稳定性和活性的生物催化泡沫
工业生物催化主要用于药品和特殊化学品的生产。为了推进这一过程，研究人员正在研究新的工艺技术。在生物催化中，酶代替化学催化剂加速反应。这节省了资源和能源。目前的工作旨在在尽可能温和的条件下持续提供大量酶生物催化剂。为了实现有效的物质转化，酶被固定在微结构流动反应器中。它们在空间上是固定的并与惰性材料结合。因此，它们的流动性受到限制，从而导致酶浓度更高和生产率更高。
自组装酶产生的泡沫微滴
通常，发泡会改变酶的结构，酶会失去其生物催化活性。然而，新的蛋白质泡沫具有巨大的稳定性和活性。活性是酶有效性的衡量标准，可确保初始物质尽快相互反应。为了生产蛋白质泡沫，将两种脱氢酶混合，它们携带匹配位点以自发形成稳定的蛋白质网络。生物界面研究所的 Christof Niemeyer 教授解释说：“然后，将气流添加到微流控芯片中的这种混合物中，以控制形成均匀尺寸的微小气泡。”1. 将具有均匀气泡尺寸的泡沫直接施加到塑料碎片并干燥，结果蛋白质聚合并形成稳定的六角形晶格。
“这些单分散全酶泡沫是三维多孔网络，仅由生物催化活性蛋白质组成，”尼迈耶说。泡沫材料具有稳定的六角形蜂窝结构，平均孔径为 160 µm，片层厚度为 8 µm。几分钟后形成均匀的球形气泡。
活性稳定的全酶泡沫的高效利用
为了有效地使用酶进行转化反应，必须在最温和的条件下将它们大量固定以保持其活性。迄今为止，酶已被固定在聚合物或载体颗粒上。然而，这些需要宝贵的反应器空间并且酶活性可能会降低。“与我们的‘全酶水凝胶’相比，新型泡沫材料具有更大的表面积，可以在其上发生所需的反应，”尼迈耶指出。与理论上预期的结果相反，新的泡沫令人惊讶地显示出惊人的高耐久性、机械阻力和酶的催化活性，这是以前在发泡蛋白质中未实现的。研究人员假设稳定性是由酶的匹配连接产生的。它们使酶能够自组装并形成干燥过程中具有无与伦比稳定性的新材料网络。“令人惊讶的是，新开发的酶泡沫在干燥四个星期后比没有泡沫的相同酶稳定得多，”尼迈耶说。“这对于该工艺的商业化特别有用，因为库存生产和交付都大大方便了。”
新的生物材料为工业生物工程、材料科学或食品技术的创新提供了许多机会。蛋白质泡沫可用于生物技术过程，以更有效和可持续地生产有价值的化合物。例如，研究人员利用泡沫生产塔格糖，这是精制糖的一种有前景的替代品。
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