[发明专利]一种酶-金属-介孔共价有机框架复合催化剂及其在真菌毒素去除中的应用

说明书

本发明公开了一种酶‑金属‑介孔共价有机框架复合催化剂及其在真菌毒素去除中的应用，属于生物技术领域。该复合催化剂利用纳米花状介孔共价有机框架为载体，通过原位还原法在载体内部合成金属颗粒，通过物理吸附在载体表面固定酶，在介孔共价有机框架上分区域共固定化酶和金属纳米颗粒。该酶‑金属‑介孔共价有机框架复合催化剂对真菌毒素有强吸附作用，且同时具有高的酶和金属催化活性，通过强吸附作用和酶与金属协同催化作用，应用于高效去除真菌毒素。该复合催化剂具有磁响应，有良好的重复使用性能。本发明提供的酶‑金属‑介孔共价有机框架复合催化剂适用性广，制备方法简便，易于工业化，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及一种酶-金属-介孔共价有机框架复合催化剂及其在真菌毒素去除中的应用。

背景技术

真菌毒素具有高毒性和强化学稳定性，常存在于谷物和动物制品中，对人和动物具有毒性、致癌性、致畸性和诱变性活性，长期摄入真菌毒素超标的食物和饲料对人和动物具有严重的急慢性毒害作用，能够导致人类和动物的疾病和死亡，谷物和食品中造成污染的真菌毒素成为了热点问题。因此发展高效的真菌毒素降解方法，对谷物、饲料、食品的安全和人类、动物的健康具有重要意义。

现阶段降解真菌毒素的方法中，生物酶法催化降解真菌毒素产物毒性明显降低甚至无毒，是一种重要的真菌毒素降解方法，具有高效、绿色、反应条件温和等特点，可以避免复杂的操作、特殊的设备以及较高的环境要求。但是使用游离酶进行催化降解，酶活性容易受到环境条件的影响，稳定性差，不利于回收，使成本增加，限制了在工业上的广泛应用。芬顿反应是利用过氧化氢和纳米铁磁合成羟基自由基的一种高效、简便的生成活性氧的方法，已广泛应用于各种有机污染物的降解。目前将芬顿反应应用于真菌毒素的降解未见报道。而在传统的芬顿反应中，过氧化氢不稳定，当一次加入过多时容易引起羟基自由基猝灭；另一方面，芬顿反应需要酸性环境，有利于铁离子的相互稳定转化，避免铁离子沉淀，但酸性试剂添加过多，会造成环境污染。

将芬顿反应与酶催化氧化反应相结合是提高羟自由基生产效率的一种重要方法。据文献报道，Huang等利用游离的葡萄糖氧化酶和亚铁离子的级联反应生成羟自由基，催化降解三氯乙烯(浓度为10mg/L)，8小时内催化降解了78％，操作简单，但是无法回收利用，造成了成本增加(Y.Huang，H.Liu，S.Liu，C.Li，S.H.Yuan，Chemosphere，253，126648.(2020))；Aber等将葡萄糖氧化酶固定在磁铁矿上，降解染料酸黄12(浓度为12mg/L)，2小时降解了62.27％，利用磁性易于回收，但是降解效率一般(S.Aber，E.Mahmoudikia，A.Karimi，F.Mahdizadeh，Water Air Soil Pollut，227，93.(2016))。因此，目前关于酶-金属级联催化的芬顿反应仍存在很多问题，包括回收利用难、成本高、催化效率低、催化慢、催化剂制备条件不佳等。存在的技术瓶颈在于，目前所用的固定化载体的纳米孔径小、传质阻力大。

因此，现有技术还有待于改进和发展，开发一种高效催化、稳定、可重复使用的新型复合催化剂并将其应用于降解真菌毒素具有及其重要的意义。

发明内容

为解决酶-金属级联的芬顿反应中不易于分离回收、催化效率低的问题，本发明提供了一种酶-金属-介孔共价有机框架复合催化剂及其制备方法，利用介孔结构的纳米花状共价有机框架为载体通过原位还原的方法固定金属颗粒，最后通过物理吸附酶形成。该方法制备的复合催化剂，通过酶和金属协同催化以及介孔共价有机框架吸附的底物富集，高效去除真菌毒素，不仅具有级联催化的芬顿反应的优势，同时易于回收且具有良好的催化活性和稳定性，可重复使用，在食品和环境等领域具有很好的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种酶-金属-介孔共价有机框架复合催化剂，其制备方法为利用共价有机框架为载体，通过共沉淀的方法将金属离子原位还原成金属颗粒固定在共价有机框架上，最后经物理吸附酶形成。