一种复合固定化酶材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种复合固定化酶材料的制备方法及其应用，该方法利用同轴静电纺丝制备氨基改性聚丙烯腈纤维膜，后在其表面生长ZIF

【技术实现步骤摘要】
一种复合固定化酶材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于固定化酶
，涉及一种复合固定化酶材料的制备方法及其应用。所述固定化酶应用于制备VA棕榈酸酯。

技术介绍

[0002]游离酶在反应过程中会受到温度、pH、有机溶剂等影响而失去催化活性，固定化酶技术能够极大地提升酶的稳定性和活性，同时更加利于回收利用，有效降低生产成本。近年来，纳米材料凭借其较大的比表面积、较高的酶负载量引起了研究人员的广泛关注，其中具有高孔隙率、宏观可回收的纳米纤维膜尤为突出。
[0003]聚丙烯睛(PAN)可耐有机溶剂、耐腐蚀、稳定性好，是非常优异的成膜材料，通过静电纺丝法可以调控制备高比表面积、高载酶量、小传质阻力的聚丙烯腈纳米纤维膜。同时金属有机框架(MOFs)作为一种新型固定化载体，以其高比表面积、孔体积、易调节的孔道尺寸、可调变的金属节点和配体、热稳定性好以及合成条件温和等优势受到关注。ZIF
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8是沸石咪唑骨架材料中的一种，其具有更加优良的热稳定性和水溶液稳定性。将酶分子原位生长在ZIF
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8粒子中可有效地保护酶不受恶劣环境的影响，极大地保护其活性，同时反应物小分子可通过孔径自由进出。将纳米纤维膜与纳米粒子相结合能够高效的进行酶的固定化，提升酶的负载率，是一种新型的固定化方式。
[0004]维生素A又称视黄醇，是人体必须的营养素之一，其系列产品由于较为不稳定，常以酯类形式进行出售。其中维生素A(VA)棕榈酸酯的碳链较长、熔点低、稳定性佳，从而在药品、食品、化妆品领域有较为广泛的应用。与传统的化学合成法比，VA棕榈酸酯的生物酶法催化效率较低，同时存在酶催化剂使用寿命短、很难再生等问题。因此，寻求一种绿色环保、催化效率高的固定化酶合成VA棕榈酸酯方法是十分必要的。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种复合固定化酶材料的制备方法及其应用，得到的复合固定化酶材料具有高机械强度、高载酶量及耐有机溶剂等优势；该复合材料在合成VA棕榈酸酯反应中底物转化率高，工艺稳定性强，可实现多批次套用。
[0006]为达到以上专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种复合固定化酶材料的制备方法，该方法利用同轴静电纺丝制备氨基改性聚丙烯腈纤维膜，后在其表面生长ZIF
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8纳米粒子作为晶种，再通过原位生长法将酶固定在二次生长的金属有机骨架中，过程中加入聚乙烯亚胺促进成核及酶固定。
[0008]作为一种优选的方案，一种复合固定化酶材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)通过同轴静电纺丝制备氨基改性聚丙烯腈(PAN)纤维膜；
[0010](2)在纤维膜表面一次生长ZIF
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8纳米粒子晶种；
[0011](3)聚乙烯亚胺(PEI)吸附酶后原位二次生长将酶固定在ZIF
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8金属有机骨架中。
[0012]本专利技术中，步骤(1)所述氨基改性PAN纤维膜为核壳结构，通过同轴静电纺丝法，由
普通聚丙烯腈PAN溶液作核层，改性PAN溶液作壳层制备而成。
[0013]本专利技术中，电纺溶液的制备方法为将聚丙烯腈PAN粉末在有机溶剂中搅拌溶解，冷凝回流，溶解温度为40～60℃，溶解时间为2～3h，得到质量分数为5～10wt％的电纺溶液；
[0014]其中，PAN粉末指普通PAN粉末或改性PAN粉末；
[0015]其中，所述有机溶剂优选为N,N二甲基甲酰胺。
[0016]本专利技术中，所述改性PAN粉末制备方法为：将氨基化试剂与等质量的超纯水混合后加入普通PAN粉末，冷凝回流加热至80～120℃，优选90～100℃；搅拌时间为3～5h；结束后将改性PAN粉末洗涤至pH为中性，置于烘箱中干燥，优选干燥温度为70～80℃，时间为3～5h。
[0017]其中氨基化试剂可为乙二胺、丙二胺、1,6
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己二胺中的一种或多种。
[0018]其中氨基化试剂与丙烯腈单体的摩尔比为6:1～3:1，优选5:1。
[0019]PAN粉末通常为分子量150KD的购买商品。
[0020]本专利技术中，所述静电纺丝方法为在环境湿度40～60％，电压12～18kV，针头距离接收器15～20cm的条件下，将浓度相同的核层和壳层电纺溶液分别吸入内外注射器中，以1.5～2.5mL/h的流速同时纺丝，得到直径为100
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400nm的改性PAN纤维膜。
[0021]上述得到的改性PAN纤维膜需置于烘箱中干燥后待用，优选干燥温度为50～70℃，时间为12～24h。
[0022]本专利技术中，步骤(2)所述一次生长得到ZIF
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8晶种的方法为：将纳米纤维膜置于二水合乙酸锌的甲醇溶液中超声振荡3～5h，后再将膜置于二甲基咪唑的甲醇溶液中，于烘箱加热，加热温度50～70℃，时间为2～4h；最后用新鲜甲醇浸泡清洗膜1～2h，重复3次。其中二水合乙酸锌的浓度为1～3mol/L，二甲基咪唑的浓度为0.5～1.5mol/L。二水合乙酸锌的甲醇溶液和二甲基咪唑的甲醇溶液都是过量的。
[0023]本专利技术中，步骤(3)所述二次生长固定化酶的方法为：将一次生长后的膜放入二水合乙酸锌水溶液中常温超声振荡1～2h，再加入PEI酶溶液后振荡10～20min，然后再加入二甲基咪唑水溶液共振荡2～4h。固定化结束后用水浸泡清洗膜1～2h，重复3次。最后将复合固定化酶材料置于
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20℃冷冻干燥后待用。其中，二水合乙酸锌浓度1～3mol/L，二甲基咪唑的浓度为5～10mol/L。二水合乙酸锌水溶液、PEI酶溶液及二甲基咪唑水溶液过量。
[0024]其中，所述PEI酶溶液的制备方法为：先将适量PEI溶解于水中配置成30～50mg/mL水溶液，搅拌均匀后再加入浓度为50～120mg/mL的酶溶液，室温超声交联2～3h。其中PEI酶溶液中PEI与酶的质量比为1:1～3，优选1:1.5～2。
[0025]所述酶指来自嗜热丝孢菌、南极假丝酵母或皱褶假丝酵母的脂肪酶，优选南极假丝酵母脂肪酶；所述酶溶液指将酶溶解于磷酸盐缓冲液中得到。所述磷酸盐缓冲液优选由磷酸氢二钠、磷酸二氢钠配制，优选浓度为0.2～0.5mol/L，pH为6.5～7.5。
[0026]本专利技术的复合固定化酶材料可以用于制备VA棕榈酸酯。
[0027]制备VA棕榈酸脂方法为，将原料VA醋酸酯、棕榈酸与本专利技术的的复合固定化酶材料混合反应。
[0028]其中，VA醋酸酯与棕榈酸的摩尔比为1:0.8～1:1.5，优选1:1～1:1.1。
[0029]需要加入有机溶剂使得VA醋酸酯与棕榈酸充分溶解，所述有机试剂为正己烷、正庚烷、二氯甲烷中的一种，优选正己烷；所述有机溶剂与VA醋酸酯的质量比为6:1～2:1，优
选4:1～3:1。
[0030]所述复合固定化酶材料与VA醋酸酯的质量比为1:10～1:20，优选1:12～1:15；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合固定化酶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)通过同轴静电纺丝制备氨基改性聚丙烯腈纤维膜；(2)在纤维膜表面一次生长ZIF
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8纳米粒子晶种；(3)聚乙烯亚胺吸附酶后原位二次生长将酶固定在ZIF
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8金属有机骨架中。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述氨基改性聚丙烯腈纤维膜的制备核层为聚丙烯腈溶液，壳层为氨基改性聚丙烯腈溶液；优选地，步骤(1)所述电纺溶液制备方法为：将聚丙烯腈粉末或氨基改性聚丙烯腈粉末在有机溶剂中搅拌溶解，冷凝回流，溶解温度为40～60℃，溶解时间为2～3h，得到质量分数为5～10wt％的电纺溶液；其中所述有机溶剂优选为N,N二甲基甲酰胺。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述静电纺丝方法为在环境湿度40～60％，电压12～18kV，针头距离接收器12～20cm的条件下，将浓度相同的核层和壳层电纺溶液分别吸入内外注射器中，以1.5～2.5mL/h的流速同时纺丝，得到直径为100
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400nm的氨基改性聚丙烯腈纤维膜；优选地，步骤(1)制备的氨基改性聚丙烯腈纤维膜需置于烘箱中干燥后待用，优选干燥温度为50～70℃，时间为12～24h。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述氨基改性聚丙烯腈粉末制备方法为：将氨基化试剂与等质量的超纯水混合后加入普通聚丙烯腈粉末，冷凝回流加热至80～120℃，优选90～100℃；搅拌时间为1～6h,优选2～4h；结束后将改性PAN粉末洗涤至pH为中性，置于烘箱中干燥，优选干燥温度为70～90℃，时间为3～5h。5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述的氨基化试剂可为乙二胺、丙二胺、1,6
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己二胺；和/或，氨基化试剂与丙烯腈单体的摩尔比为6:1～3:1。6.根据权利要求1
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5中任一项所述的方法，其特征在于，一次生长得到ZIF
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8晶种的方法为：将纤维膜置于二水合乙酸锌的甲醇溶液中超声振荡3～5h，后再将膜置于二甲基咪唑的甲醇溶液中，于烘箱加热，加热温度50～70℃，时间为2～...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜先，王竞辉，姜君鹏，张稳，姜西娟，石森，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：