[发明专利]一种脂肪酶膜及其制备方法和应用

说明书

本发明属于材料化学技术领域，具体涉及一种用于脂肪酶固定的纤维膜，包括亲水纤维‑疏水纤维杂化纤维膜；所述亲水纤维‑疏水纤维杂化纤维膜中亲水纤维和疏水纤维交叉层叠；所述亲水纤维和疏水纤维的质量比为1:5‑5:1；所述亲水纤维直径为0.01μm‑2μm；所述疏水纤维直径为0.1μm‑2μm。上述用于脂肪酶固定的纤维膜可用于食品、制药、化工合成、污水处理中。本发明通过双针对纺的方式完成静电纺疏水纤维和静电纺水凝胶杂化，制备获得了水凝胶‑疏水纤维膜，让水溶性的脂肪酶随着水相吸入膜内部，制备获得了在膜内微小水油界面进行反应的酶膜反应器。不仅高效利用了脂肪酶、提高酶活力，同时能够实现自定义高效组装，且重复利用率高。

技术领域

本发明属于材料化学技术领域，具体涉及一种基于水凝胶-疏水纤维杂化结构的脂肪酶高效酶膜反应器的制备方法。

背景技术

脂肪酶（Lipase，EC 3.1.1.3）作为一种重要的工业酶制剂品，在食品、日化、能源、环保、医药、合成等领域己经得到了广泛应用。脂肪酶不同活性的发挥依赖于反应体系的特点，酯水解主要在油水界面进行，脂肪酶对脂质水界面具有高亲和力。“界面催化”是脂肪酶脂水解催化机制的核心特征，脂解的瞬时速率取决于酶和反应物在界面上的二维浓度，而不是它们在体相中的浓度。

脂肪酶可高效地处理石化工业或其他行业的含油废水等，不会造成二次污染，并且能够降低成本。但诸难以回收和重复使用等局限性，严重限制了脂肪酶的工业应用潜力。脂肪酶固定化是一个很有吸引力的策略，可显著提高脂肪酶的实际性能并大大增加了脂肪酶回收的可能性。许多材料如硅藻土、硅胶、天然或合成聚合物、多孔玻璃、活性炭、介孔氧化硅、碳纳米管等都被研究作为固定化载体。但针对于脂肪酶的特殊界面性质设计的载体研究却很少，无法针对进行定向设计，活性不高。其它研究多聚焦于采用乳液界面系统（微乳液、纳米乳液，Pickering乳液等）作为油水催化界面的提供者，以确保脂肪酶的催化具有足够面积的催化界面从而提高脂肪酶的活性，但重复利用率低、资源浪费的问题仍待解决。

脂肪酶的固定化是提升脂肪酶催化效能的重要途径，相关领域涉及的固定化材料与固定化方法非常丰富，显著提升酶催化活性的同时，固定化酶的温各种物理性能和重复使用性也得到改善。静电纺丝技术已经应用在了多种酶的载用过程，纺出的纤维尺寸均一、组成多样，具有高孔隙率和比表面积，能够有效降低传质阻力，作为酶载体的应用有巨大潜力。但在凝胶技术以及静电纺丝与脂肪酶催化结合研究上，已有的国内外研究基本仍侧重于利用水凝胶或静电纺丝纤维膜实现脂肪酶的包埋或固定化，针对脂肪酶界面催化机制进行定点设计的高度界面化结构的杂化酶膜反应器并无较多研究。

发明内容

针对目前脂肪酶酶膜反应器中存在的问题，本发明提供一种脂肪酶膜，有更高的催化活力；不会造成酶的大量浪费和污染，可多次重复利用；有利于产物的收集。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种用于脂肪酶固定的纤维膜，包括亲水纤维-疏水纤维杂化纤维膜；所述亲水纤维-疏水纤维杂化纤维膜中亲水纤维和疏水纤维交叉层叠；所述亲水纤维和疏水纤维的质量比为1:5-5:1；所述亲水纤维直径为0.01μm-2μm；所述疏水纤维直径为0.1μm-2μm。

优选地，所述纤维膜的厚度为0.1-0.45mm；单位面积重量为0.008-0.15g/cm²。更优选地，所述纤维膜的厚度为0.1-0.3mm；平均单位面积重量为0.008-0.065g/cm²。

优选地，所述亲水纤维的材料选自聚丙烯酸（PAA），甲基丙烯酸酐化明胶（GelMA），聚乙烯醇（PVA），壳聚糖（CS）和海藻酸钠（SA）中的至少一种；所述疏水纤维的材料选自聚氨酯（PU），聚乳酸（PLA），乙基纤维素（EC），聚偏氟乙烯（PVDF）和聚苯乙烯（PS）中的至少一种。

更优选地，所述亲水纤维的材料为聚丙烯酸；所述疏水纤维的材料为聚氨酯。