葡萄糖酸是一種多功能有機(jī)弱酸，被廣泛用于化工、醫(yī)藥、食品和建筑等領(lǐng)域。當(dāng)前工業(yè)上生產(chǎn)葡萄糖酸的主要方法有化學(xué)法、生物法和酶法。相較于化學(xué)合成和生物發(fā)酵，酶法是更加綠色高效的新型合成方法。酶法生產(chǎn)葡萄糖酸的路徑主要通過(guò)多糖（主要為淀粉或纖維素）經(jīng)葡萄糖苷酶水解生成葡萄糖，葡萄糖再由葡萄糖氧化酶氧化生成葡萄糖酸。此外，過(guò)氧化氫酶的引入能夠有效解決葡萄糖酸的生產(chǎn)過(guò)程中副產(chǎn)物（H2O2）的積累對(duì)酶活造成損傷的問(wèn)題?；诖呋窂剿鶚?gòu)建的多酶級(jí)聯(lián)催化能將反應(yīng)的串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)由復(fù)雜底物到產(chǎn)物的一步轉(zhuǎn)化。
而天然酶生產(chǎn)成本高、易失活等缺點(diǎn)限制其在生產(chǎn)催化中的大規(guī)模應(yīng)用。隨著研究的深入，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)某些分子、金屬及其氧化物、聚合物等非酶材料能夠展現(xiàn)出與天然酶相近的催化活性。這些具有類(lèi)酶活性的模擬酶制備成本低且具有良好的穩(wěn)定性（溫度穩(wěn)定性、有機(jī)試劑耐受性和pH耐受性等），能在復(fù)雜的催化條件下維持穩(wěn)定的催化活性。將其與天然酶耦合能有效避免天然酶活性對(duì)催化環(huán)境的依賴(lài)造成的多種酶難以適配的問(wèn)題。而酶與模擬酶構(gòu)建的酶-化學(xué)級(jí)聯(lián)催化劑可兼?zhèn)涿复呋母咝院湍M酶的穩(wěn)定性。
最近，天津大學(xué)孫彥教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了多酶復(fù)合催化劑和酶-模擬酶構(gòu)建的酶-化學(xué)復(fù)合催化劑在級(jí)聯(lián)催化生產(chǎn)葡萄糖酸中的最新進(jìn)展。本文首先綜述了多酶級(jí)聯(lián)催化的種類(lèi)及生產(chǎn)葡萄糖酸的多酶體系。隨后，概述了可作為級(jí)聯(lián)反應(yīng)中天然酶有效替代物的模擬酶的種類(lèi)，并針對(duì)葡萄糖酸生產(chǎn)的具體情況，詳細(xì)介紹了利用天然酶與模擬酶所構(gòu)建的酶-化學(xué)級(jí)聯(lián)復(fù)合催化劑的設(shè)計(jì)思路。最后，文章討論了當(dāng)前復(fù)合催化劑的設(shè)計(jì)所面臨的挑戰(zhàn)，并對(duì)未來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望，為構(gòu)建天然酶與模擬酶復(fù)合的級(jí)聯(lián)催化體系提供新思路。 論文信息 Hybrid Catalysts for One-pot Cas-cade Production of Gluconic Acid Ziyi Yang, Zhenfu Wang, Xiaoyan Dong, Yan Sun* ChemCatChem DOI: 10.1002/cctc.202300544
