氨基化木质素介孔碳载体高效固定化脂肪酶的性能研究及其工业应用潜力

本研究创新性地以碱木质素(AL)为前驱体，通过氨基化(AAL)、磺甲基化(SML)和磷酸化(PAL)改性后与纳米MgO模板结合制备介孔碳(MC)载体，采用物理吸附法成功固定化米黑根毛霉脂肪酶(RML)。其中IM-AAL-MC表现出最优异的酶活性(0.037 U/mg)、负载量(0.145 mg蛋白/mg)和固定效率(84.5%)，在正己烷中活性保留率达99.49%，循环使用6次后仍保持86.2%相对活性。

　　

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材料

米黑根毛霉脂肪酶(Rhizomucor miehei lipase, RML≥20000 U/g)、对硝基苯棕榈酸酯(p-nitrophenyl palmitate, p-NPP, 98%)购自阿拉丁试剂。木质素购自上海源叶生物科技有限公司，Bradford蛋白定量试剂盒购自北京索莱宝科技有限公司，纳米氧化镁(nano-MgO)购自江苏先丰纳米材料科技有限公司。其他试剂包括亚硫酸钠、异丙醇、乙腈等均为分析纯。

木质素及改性木质素表征结果

扫描电镜(SEM)图像(图1A-D)显示：原始木质素(AL)呈密集簇状结构，表面不平整且多孔；氨基化木质素(AAL)因乙二胺作用呈现平坦开放结构，证明成功引入氨基；磺甲基化木质素(SML)表面出现明显褶皱；磷酸化木质素(PAL)则形成更疏松多孔的结构。这种形貌差异为后续构建多样化介孔碳载体奠定了基础。

XPS分析

X射线光电子能谱(XPS)分析显示(图4A-H)：AAL-MC的C1s谱在284.78eV(C=C/C-C)、286.18eV(C-O)和289.08eV(C=O)处出现特征峰，表面氧含量高达38.45%，这些含氧官能团能显著增强载体与脂肪酶的相互作用。固定化后的IM-AAL-MC在N1s谱中出现新的401.18eV特征峰，证实酶蛋白成功锚定在载体表面。

结论

本研究系统比较了四种介孔碳载体(AL-MC, AAL-MC, SML-MC, PAL-MC)对RML固定化效果的影响。综合表征表明：氨基化改性显著提升了载体性能，IM-AAL-MC不仅具有最优的酶负载量和催化效率，在有机溶剂耐受性和操作稳定性方面更是表现突出，为工业生物催化提供了极具应用前景的固定化酶解决方案。