DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2021.10.106

由于MOF化合物和纤维材料的良好性能，本研究通过静电纺丝工艺合成了新型纳米结构的Zr-MOF/PVP纳米纤维复合材料。通过SEM、BET比表面积分析、XRD和FTIR光谱等相关分析对这些样品的相关特征进行表征。结果表明，最终产物具有粒径分布小、比表面积大、结晶度高等特点。脂肪酶MG10成功固定在上述纳米纤维复合材料上，并对其进行了生化表征。通过测量pNPP（500μM，40mM Tris/HCl缓冲液，pH7.8，0.01% Triton X100）在37℃下30分钟内的吸光度来定量游离和固定化脂肪酶的活性。优化了戊二醛浓度、交联时间、固定化时间、酶负载量和pH值。结果表明，最佳固定条件为2.5%的戊二醛，2h的交联时间，6h的固定时间，使用180mg蛋白质/g载体，pH9.0。在60℃下孵育180分钟后，固定化酶完全稳定。游离酶在pH9.0时表现出最高活性，但固定化脂肪酶的最佳pH值向碱性区移动了约1.5个pH单位。在50℃下，固定化脂肪酶的稳定性比游离酶高约2.7倍（78%）。一些二价金属离子，包括Cu2+（22%）、Co2+（37%）、Mg2+（12%）、Hg2+（11%）和Mn2+（17%）增强了固定化酶的活性。通过与脂肪酶MG10孵育18h后，蓖麻子生成生物柴油的产量最高（27%）。固定化脂肪酶在生物柴油生产中显示出高效力，孵育12h后约为83%。上述结果表明Zr-MOF/PVP纳米纤维复合材料具有高效固定脂肪酶的能力。

图1.Zr-MOF（a）、Zr-MOF/PVP电纺纳米纤维（b）和含固定化脂肪酶的Zr-MOF/PVP电纺纳米纤维（c）的SEM图像。

图2.a）PVP粉末、Zr-MOF和Zr-MOF/PVP纳米纤维样品的N2吸附/解吸。b）PVP粉末、Zr-MOF和Zr-MOF/PVP纳米纤维样品的XRD谱。

图3.a）Zr-MOF/PVP电纺纳米纤维化合物的FT-IR光谱。b）固定有酶的Zr-MOF/PVP电纺纳米纤维的FT-IR光谱。

图4.Zr-MOF/PVP电纺纳米纤维化合物的结构。

图5.固定脂肪酶的优化条件：（a）2mg/mL Zr-MOF/PVP电纺纳米纤维与0-25%（v/v）戊二醛，交联0.5h，固定2h。（b）2mg/mL Zr-MOF/PVP电纺纳米纤维与2.5%（v/v）戊二醛，交联0至8h并固定2h。（c）2mg/mL Zr-MOF/PVP电纺纳米纤维-戊二醛，固定时间为2至10h。（d）脂肪酶固定中酶负载对Zr-MOF/PVP电纺纳米纤维的影响。

图6.不同pH介质对脂肪酶在Zr-MOF/PVP电纺纳米纤维上固定的影响。

图7.pH值对固定化酶和游离酶的酶活性的影响。假设固定化酶和游离酶的最高活性为100%。

图8.固定化酶和游离酶在50℃（a）和60℃（b）下的热稳定性。这些实验一式三份进行，误差条代表每组测定的误差率。

图9.游离和固定化脂肪酶在不同底物浓度下的Michaelis-Menten动力学行为和Lineweaver Burk图。

图10.含固定化脂肪酶的Zr-MOF/PVP电纺纳米纤维膜的可重复使用性。

图11.不同孵育时间下，使用游离和固定化脂肪酶由蓖麻子油生产生物柴油。