[发明专利]一种纳米酶及其制备方法和用途

说明书

本发明属于酶工程领域，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。

技术领域

本发明属于酶工程领域，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。

背景技术

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(Mitragotri S.,Burke P.A.and Langer R.Overcoming the challenges inadministering biopharmaceuticals:formulation and deliverystrategies.Nation.Review,Drug Discover.,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(Chiriac H，Moga A E，Iacob G.Amorphous magnetic micropheres forbiomedical applications,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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

本发明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。