[发明专利]磁性纳米粒-脂肪酶-金属有机框架复合催化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了磁性纳米粒‑脂肪酶‑金属有机框架复合催化材料及其制备方法和应用，该复合催化材料以金属有机框架作为一种新型的固定化酶材料，将脂肪酶和磁性纳米粒包裹在其内部形成。本发明制备得到磁性纳米粒‑脂肪酶‑金属有机框架复合催化材料后，将其加入植物甾醇和酯化试剂的混合溶液中，催化酯化反应得到植物甾醇酯产品。本发明的复合催化材料能够高效催化植物甾醇的酯化反应，不仅具有良好的热稳定性和化学稳定性，还能提高酶促反应速率，并可以实现多次回收利用同时保持较高的催化活性，并且因为添加了磁性纳米粒从而简化了分离步骤。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，具体涉及一种磁性纳米粒-脂肪酶-金属有机框架复合催化材料及其制备方法和应用。

背景技术

植物甾醇作为一类天然功能活性物质，广泛存在于植物细胞与组织中，但是其低油溶性极大地限制了其在现实中的应用，然而植物甾醇酯却很好的解决了这个问题，作为一个人工合成的天然物质，不仅无毒副作用而且保留了植物甾醇的生物活性，具有降低胆固醇、消炎、抗癌以及调节机体内生理激素水平等功能，可以作为一种功能性成分广泛应用于医药、食品等行业中，但是其水溶性、脂溶性较差，生物利用率较低，大大限制了植物甾醇的应用。然而植物甾醇酯则在保留了植物甾醇活性的同时，提高了其脂溶性，从而大大提高了植物甾醇在人体中的利用率。

目前国内外合成的植物甾醇主要为长链饱和与不饱和脂肪酸酯，最常用的为化学法合成和酶法合成。化学法合成步骤过于复杂，且使用试剂不环保，酶法合成相对于化学法合成更为环保绿色，酶法合成的反应条件更为温和、酯化率高、副产物少、对环境危害小等特点，但是使用游离酶进行催化，难以维持酶的活性以重复利用，催化成本较高，酶易受pH、温度等环境因素影响，从而影响反应的酯化率，需要对酶进行保护以维持其生物活性。因此急需一种新型复合催化材料则可以在绿色环保的基础上，极大程度的维持酶的活性以重复利用，降低酯化成本。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种磁性纳米粒-脂肪酶-金属有机框架复合催化材料，本发明的磁性纳米粒-脂肪酶-金属有机框架复合催化材料具有易磁性吸附分离、高多孔性、比表面积大、可调控的孔径、良好的热稳定性和化学稳定性等优点，可对酶进行保护，使酶能够耐受一定程度的变性条件，如温度、PH及有机溶剂等，维持酶的活性且实现酶的多次重复利用，解决了酯化反应中，酶易溶于水且易被环境影响其活性，难以收集以重复利用，催化成本高的问题，同时磁性纳米粒的增加，可以使复合催化材料更易于后续磁性吸附分离，简化后续催化材料的分离步骤。

本发明还提供了磁性纳米粒-脂肪酶-金属有机框架复合催化材料的制备方法和应用，通过使用本发明的磁性纳米粒-脂肪酶-金属有机框架复合催化材料作为催化剂，解决脂肪酶催化合成植物甾醇酯的过程中，存在的脂肪酶溶于水且活性易被环境影响，难以收集以多次重复利用的问题。

技术方案：本发明所述一种磁性纳米粒-脂肪酶-金属有机框架复合催化材料，所述复合催化材料以Zn基MOFs材料作为载体，将磁性纳米粒与脂肪酶包裹在其内部形成。

其中，所述Zn基MOFs材料为ZIF-8、ZIF-90或MAF-7。

作为优选，所述脂肪酶为脂肪酶(Lipase from Pseudomonas fluorescens)、Lipozyme 435脂肪酶或者脂肪酶(Lipase from Candida rugosa)。

本发明所述的磁性纳米粒-脂肪酶-金属有机框架复合催化材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备聚多巴胺(PDA)包裹的磁性纳米粒(MNPs)：首先将Fe₃O₄放入氯仿中超声分散，然后将盐酸多巴胺加入二甲基亚砜溶液后加入含Fe₃O₄磁性纳米粒的氯仿溶液，搅拌均匀后振荡反应；

(2)反应结束后冷却至室温，在步骤(1)的得到反应液中加入正己烷后，以离心后取固体，干燥，得到粉状PDA-MNPs；