一种纳米酶及其制备方法和用途技术

本发明专利技术属于酶工程领域，特指一种纳米酶及其制备方法和用途。本发明专利技术利用磷酸聚乙二醇与脂肪酶形成在油相和水相均能分散的磷酸聚乙二醇‑脂肪酶混合物，然后运用金属有机框架(MOF)结构对磷酸聚乙二醇‑脂肪酶进行包覆，将游离的脂肪酶包覆于MOF外壳中生成纳米脂肪酶，该纳米酶能高效催化油脂和有机酯的水解，且反应后纳米酶易于回收，可以重复利用，回收率高，很大程度上提高了脂肪酶在工业应用中的催化性能。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米酶及其制备方法和用途
本专利技术属于酶工程领域，特指一种金属框架包覆脂肪酶-磷酸聚乙二醇纳米酶及其方法和在油脂水解中的运用。
技术介绍
随着生物工程，酶工程研究的不断发展，脂肪酶的应用得到不断探索。脂肪酶不仅具有较高的结构对映特异性和底物专一性，而且脂肪酶自身也是一种高效的环境友好型催化剂(MitragotriS.,BurkeP.A.andLangerR.Overcomingthechallengesinadministeringbiopharmaceuticals:formulationanddeliverystrategies.Nation.Review,DrugDiscover.,2014,13(20):655–672.)。脂肪酶由于自身选择性高、催化活性高而受到广泛应用。但脂肪酶的本质是由氨基酸组成的蛋白质，活性容易受到pH，温度，底物特异性等因素影响，在强酸，强碱，高温的条件下容易变性失活，在加入脂肪酶反应后游离的酶很难回收利用并且酶容易混入到产物当中给产物的提纯造成困难。利用固定化脂肪酶的方法来提高脂肪酶的催化活性和耐受性成为发展的热点。磁性纳米粒子经常被用于脂肪酶的固定化，通过将脂肪酶固定于纳米颗粒表面达到提高催化活性的目的(ChiriacH，MogaAE，IacobG.Amorphousmagneticmicropheresforbiomedicalapplications,J.Magn.Magn.Mater.，2005，293：28-32.)。但是，随着反应时间的增加，脂肪酶与有机相的不断接触，纳米粒子表面的脂肪酶不断减少对脂肪酶的循环利用造成影响。因此，急需研究可循环利用的高活性纳米脂肪酶。
技术实现思路
本专利技术设计了一种新的纳米脂肪酶制备方法。以金属有机框架为保护层，于水溶液中，利用2-甲基咪唑及金属离子之间的结合力包覆脂肪酶的方法，成功合成了稳定的具有较高活性的纳米脂肪酶(Lipase-mPEG@ZIF-8)。这种纳米脂肪酶(Lipase-mPEG@ZIF-8)的大小为10μm。可用于油脂水解。本专利技术利用磷酸聚乙二醇与脂肪酶形成在油相和水相均能分散的磷酸聚乙二醇-脂肪酶混合物，然后运用金属有机框架(MOF)结构对磷酸聚乙二醇-脂肪酶进行包覆，将游离的脂肪酶包覆于MOF外壳中生成纳米脂肪酶，该纳米酶能高效催化油脂和有机酯的水解，且反应后纳米酶易于回收，可以重复利用，回收率高，因此我们的方法很大程度上提高了脂肪酶在工业应用中的催化性能。本专利技术采用的具体技术方案如下：一种金属框架包覆脂肪酶-磷酸聚乙二醇纳米酶的制备方法，按照下述步骤进行：在水溶液中，加入脂肪酶与磷酸聚乙二醇，室温下第一次磁力搅拌将溶液混合均匀，然后将上述混合溶液缓慢加入到2-甲基咪唑溶液中，进行第二次磁力搅拌；再加入醋酸锌溶液，进行第三次磁力搅拌，反应溶液中形成金属有机框架结构；第三次搅拌结束后，室温静置，即可得到金属有机框架结构包覆的纳米酶。其中所述的脂肪酶与磷酸聚乙二醇的质量比为1:1-3:1，最佳质量比为2:1。所述室温下第一次磁力搅拌的时间为30-90min，优选60min。所述第二次和第三次磁力搅拌时间为30min。其中所述的醋酸锌与2-甲基咪唑摩尔比1:3-1:5，最佳摩尔比为1:4。其中所述的醋酸锌与脂肪酶质量比3:1-6:1，最佳质量比为4.9:1。形成金属有机框架结构后的反应溶液中，脂肪酶浓度为0.4-1mg·mL-1，最佳浓度为0.6mg·mL-1。其中所述的静置时间为10-20h，最佳静置时间为12h。这里我们报道全新的一种金属框架包覆脂肪酶-磷酸聚乙二醇纳米酶的制备方法，我们首次通过加入磷酸聚乙二醇，其主要目的在于对纳米酶形貌的控制、保护纳米脂肪酶的活性及增加酯的相溶性。降低纳米酶对溶剂的要求；此外本专利技术首次利用金属有机框架(ZIF-8)包覆脂肪酶-磷酸聚乙二醇形成纳米酶，该纳米酶通过引入磷酸聚乙二醇对形貌进行调控，以2-甲基咪唑及金属离子之间配位结合，获得新型的以ZIF-8为壳，磷酸聚乙二醇-脂肪酶为核的纳米脂肪酶(图1)，这种脂肪酶活性较高，对油脂有较高水解效果，与游离脂肪酶相比，活性更高(表1)。此外，通过对猪胰脂肪酶及假丝酵母脂肪酶纳米固定化的研究，我们推测，本专利技术可应用于不同种类的脂肪酶的纳米固定化。附图说明图1为实施例1制备得到lipase-mPEG@ZIF-8的扫描电镜图。粒径均匀，为中空结构，与Lipase@ZIF-8相比，比表面积增加。具体实施方式Lipase-mPEG@ZIF-8的合成实施例1(Lipase-mPEG@ZIF-8最佳制备方案)：在10mL水溶液中，加入15mg磷酸聚乙二醇和30mg脂肪酶(脂肪酶为假丝酵母脂肪酶，脂肪酶与磷酸聚乙二醇质量比2:1)，室温下磁力搅拌60min使溶液混合均匀。在室温下，将脂肪酶与磷酸聚乙二醇的混合溶液加入到3.2mmol2-甲基咪唑溶液，磁力搅拌30min后，将0.8mmolZn(OAc)2溶液加入到脂肪酶-磷酸聚乙二醇的2-甲基咪唑混合溶液中(其中Zn(OAc)2与2-甲基咪唑的摩尔比为1:4，Zn(OAc)2与脂肪酶质量比为4.9:1，脂肪酶的浓度为0.6mg·mL-1)，磁力搅拌30min后，于室温静止放置12h，可得到金属有机框架结构包覆的纳米酶。实施例2：在10mL水溶液中，加入10mg磷酸聚乙二醇和30mg脂肪酶(脂肪酶为假丝酵母脂肪酶，脂肪酶与磷酸聚乙二醇质量比3:1)，室温下磁力搅拌60min使溶液混合均匀。在室温下，将脂肪酶与磷酸聚乙二醇的混合溶液加入到3.2mmol2-甲基咪唑溶液，磁力搅拌30min后，将0.8mmolZn(OAc)2溶液加入到脂肪酶-磷酸聚乙二醇的2-甲基咪唑混合溶液中(其中Zn(OAc)2与2-甲基咪唑的摩尔比为1:4，Zn(OAc)2与脂肪酶质量比为4.9:1，脂肪酶的浓度为0.6mg·mL-1)，磁力搅拌30min后于室温静止放置12h，可得到金属有机框架结构包覆的纳米酶。实施例3：在10mL水溶液中，加入15mg磷酸聚乙二醇和30mg脂肪酶(脂肪酶为假丝酵母脂肪酶，脂肪酶与磷酸聚乙二醇质量比2:1)，室温下磁力搅拌60min使溶液混合均匀。将脂肪酶与磷酸聚乙二醇的混合溶液加入到3.2mmol2-甲基咪唑溶液，磁力搅拌30min后，将0.8mmolZn(OAc)2溶液加入到脂肪酶-磷酸聚乙二醇的2-甲基咪唑混合溶液中(其中Zn(OAc)2与2-甲基咪唑的摩尔比为1:4，Zn(OAc)2与脂肪酶质量比为4.9:1，脂肪酶的浓度为1mg·mL-1)，磁力搅拌30min后于室温静止放置12h，可得到金属有机框架结构包覆的纳米酶。实施例4：在10mL水溶液中，加入15mg磷酸聚乙二醇和30mg脂肪酶(脂肪酶为假丝酵母脂肪酶，脂肪酶与磷酸聚乙二醇质量比2:1)，室温下磁力搅拌60min使溶液混合均匀。室温下，将脂肪酶与磷酸聚乙二醇的混合溶液加入到3.2mmol2-甲基咪唑溶液，磁力搅拌30min后，将0.64mmolZn(OAc)2溶液加入到脂肪酶-磷酸聚乙二醇的2-甲基咪唑混合溶液中(其中Zn(OAc)2与2-甲基咪唑的摩尔比为1:5，Zn(OAc)2与脂肪酶质量比为4:1，脂肪本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米酶，其特征在于，采用如下方法制备：利用磷酸聚乙二醇与脂肪酶形成在油相和水相均能分散的磷酸聚乙二醇‑脂肪酶混合物，然后运用金属有机框架结构对磷酸聚乙二醇‑脂肪酶进行包覆，将游离的脂肪酶包覆于MOF外壳中生成纳米脂肪酶。

【技术特征摘要】
1.一种纳米酶，其特征在于，采用如下方法制备：利用磷酸聚乙二醇与脂肪酶形成在油相和水相均能分散的磷酸聚乙二醇-脂肪酶混合物，然后运用金属有机框架结构对磷酸聚乙二醇-脂肪酶进行包覆，将游离的脂肪酶包覆于MOF外壳中生成纳米脂肪酶。2.如权利要求1所述的一种纳米酶，其特征在于，所述纳米酶的大小为10μm。3.如权利要求1所述的一种纳米酶，其特征在于，所述纳米酶是以金属有机框架ZIF-8为壳，磷酸聚乙二醇-脂肪酶为核的纳米脂肪酶。4.如权利要求1所述的一种纳米酶的用途，其特征在于，用于油酯水解。5.如权利要求1所述的一种纳米酶的制备方法，其特征在于，利用磷酸聚乙二醇与脂肪酶形成在油相和水相均能分散的磷酸聚乙二醇-脂肪酶混合物，然后运用金属有机框架结构对磷酸聚乙二醇-脂肪酶进行包覆，将游离的脂肪酶包覆于MOF外壳中生成纳米脂肪酶，具体步骤如下：在水溶液中，加入脂肪酶与磷酸聚乙二醇，室温下第一次磁力搅拌将溶液混合均匀，然后将上述混合溶液缓慢加入到2-甲基咪唑溶液中，进行第...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈秋云，穆威宇，王伟，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32