阅读说明：本技术 一种磺化纳米丝素-纤维素混合膜及其制备方法与应用 (Sulfonated nano fibroin-cellulose mixed membrane and preparation method and application thereof ) 是由 易世雄 代方银 孙胜 童晓玲 邹雨珊 于 2020-07-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种磺化纳米丝素-纤维素混合膜及其制备方法。以丝素和醋酸纤维素为原材料,采用静电纺丝技术通过混纺制备纳米丝素-纤维素混合膜材料,采用3-羧基苯磺酸钠对纳米丝素-纤维素混合膜材料进行化学改性,制成磺化纳米丝素-纤维素混合膜。本发明首先以绿色生物质纤维丝素纤维和醋酸纤维素为原材料,使用静电纺丝技术进行混纺制备出纳米丝素-纤维素混合膜材料,接着采用3-羧基苯磺酸钠对其进行化学改性,制备出磺化纳米丝素-纤维素混合膜,其对假丝酵母脂肪酶具有较好的吸附效果,最后通过在溶液中加入中性盐将假丝酵母脂肪酶从混合膜上解吸下来进行回收,并且混合膜的重复使用性能优异。(The invention discloses a sulfonated nano fibroin-cellulose mixed membrane and a preparation method thereof. The method comprises the steps of taking fibroin and cellulose acetate as raw materials, preparing a nano fibroin-cellulose mixed membrane material by blending through an electrostatic spinning technology, and chemically modifying the nano fibroin-cellulose mixed membrane material by adopting 3-carboxyl sodium benzenesulfonate to prepare the sulfonated nano fibroin-cellulose mixed membrane. The method comprises the steps of firstly, taking green biomass fiber silk fibroin fiber and cellulose acetate as raw materials, blending by using an electrostatic spinning technology to prepare a nano silk fibroin-cellulose mixed membrane material, then, chemically modifying the nano silk fibroin-cellulose mixed membrane material by using 3-carboxyl sodium benzenesulfonate to prepare a sulfonated nano silk fibroin-cellulose mixed membrane, wherein the sulfonated nano silk fibroin-cellulose mixed membrane has a good adsorption effect on candida lipase, and finally, the candida lipase is desorbed from the mixed membrane by adding neutral salt into a solution for recycling, and the mixed membrane has excellent reusability.)

一种磺化纳米丝素-纤维素混合膜及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及假丝酵母脂肪酶的回收技术领域，特别是一种磺化纳米丝素-纤维素混合膜及其制备方法与应用。

背景技术

目前发现的微生物中有近60个种属产脂肪酶，工业化生产的就有近20种。微生物脂肪酶的作用pH范围、作用温度范围以及对底物的专一性比动植物酶广，便于进行工业生产和获得高纯度制剂。近年来，微生物脂肪酶在酶理论研究及实际应用方面发展迅速，已广泛应用于食品、皮革、油脂化工等行业以及洗涤剂、化妆品和医药等方面。我国在20世纪60年代就开展了微生物脂肪酶的研究，并在1969年开发假丝酵母脂肪酶制剂并供应市场。假丝酵母脂肪酶是一种半子囊无孢子非致病的酵母菌，通常认为对人类和其它生命形式都是安全的。该脂肪酶菌落呈乳白色，表面呈褶皱状，其在化工、能源、医疗、食品等领域有广泛的应用，是目前应用最为广泛的商品化脂肪酶之一。目前，对于假丝酵母脂肪酶的纯化技术主要有直接提取法、离子交换法以及超滤法等方法，但这些方法均存在着相应的缺点，例如会导致酶的活性受到损失，无法重复利用等问题。

名为：用于丁酸香叶酯合成的褶皱假丝酵母脂肪酶固定化Immobilization ofCandida rugosa lipase for the Synthesis of 6eranyl Butyrate[期刊论文]王璐，冯骉，WANG Lu，FENG Biao-《食品与生物技术学报》2019年11期的期刊论文中采用不同规格的大孔树脂为载体对脂肪酶进行固化，其不足在于：脂肪酶重复利用率低，过程复杂，不易回收，化学试剂污染大等。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种磺化纳米丝素-纤维素混合膜。

本发明的第二目的是提供一种磺化纳米丝素-纤维素混合膜的制备方法。

本发明的第三目的是探讨磺化纳米丝素-纤维素混合膜在回收假丝酵母脂肪酶中的应用。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种磺化纳米丝素-纤维素混合膜，按照重量份数计，所述磺化纳米丝素-纤维素混合膜组成如下：

醋酸纤维素0.2～1份；

丝素纤维1～3份。

进一步，所述醋酸纤维素0.6份，丝素纤维1.4份。

进一步，所述一种磺化纳米丝素-纤维素混合膜的制备方法，具体步骤如下：

1)以丝素和醋酸纤维素为原材料，采用静电纺丝技术通过混纺制备纳米丝素-纤维素混合膜材料；

2)采用3-羧基苯磺酸钠对纳米丝素-纤维素混合膜材料进行化学改性，制成磺化纳米丝素-纤维素混合膜。

进一步，步骤1)中所述制备纳米丝素-纤维素混合膜材料的具体步骤如下：

1-1)使用碳酸钠溶液在高温下对蚕茧进行脱胶处理，得到丝素纤维；碳酸钠溶液的浓度范围为0.2wt％～0.7wt％，温度范围为85℃～100℃；

1-2)将丝素纤维溶解于溴化锂溶液中，经过透析和过滤后，将其取出冷冻干燥后获得再生丝素；溴化锂溶液的浓度范围为7mol L^-1～9mol L^-1，丝素纤维与溴化锂溶液的重量份数分别为：丝素纤维1～3份、溴化锂溶液700～900份；

1-3)将再生丝素和醋酸纤维素按照一定比例溶解于甲酸溶液中形成纺丝液；甲酸溶液的浓度范围为85wt％～98wt％，再生丝素、醋酸纤维素、甲酸溶液的重量份数分别为：再生丝素1～3份、醋酸纤维素0.2～1份、甲酸溶液400～1000份；

1-4)以纺丝液为原料，采用静电纺丝技术纺成纳米丝素-纤维素混合膜材料，静电纺丝技术参数为：电压范围12kV～20kV、接收范围8cm～12cm、灌注速度范围0.2mL L^-1～0.4mL L^-1、温度范围15℃～30℃、湿度范围50％～70％、喷口孔径范围0.3mm～0.5mm。

进一步，步骤1-1)中碳酸钠溶的浓度为0.5wt％；

步骤1-2)中溴化锂溶液的浓度为8mol L^-1、丝素纤维重量份数为1.4份、溴化锂溶液重量份数为800份；

步骤1-3)中甲酸溶液的浓度为98％、再生丝素重量份数为2份、醋酸纤维素0.6份、甲酸溶液重量份数为600份。

进一步，步骤2)中所述制成磺化纳米丝素-纤维素混合膜的具体方法如下：

2-1)制备3-羧基苯磺酸钠溶液；浓度范围为(2g L^-1～8g L^-1)；

2-2)将浓度范围为2g L^-1～8g L^-1的1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺加入到3-羧基苯磺酸钠溶液中，在室温下充分搅拌约60分钟～120分钟配制成混合溶液；1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和3-羧基苯磺酸钠溶液的重量份数分别为：1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(EDC)1～6份、3-羧基苯磺酸钠溶液2～8份；

2-3)将纳米丝素-纤维素混合膜材料放入混合溶液中并充分搅拌约80分钟～120分钟，反应完成后将纳米丝素-纤维素混合膜材料取出进行充分水洗和干燥，获得磺化纳米丝素-纤维素混合膜；纳米丝素-纤维素混合膜材料和混合溶液重量份数分别为：纳米丝素-纤维素混合膜材料1～6份、混合溶液600～1000份。

进一步，步骤2-1)中3-羧基苯磺酸钠溶液浓度为5g L^-1；

步骤2-2)中1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(EDC)的浓度为5g L^-1、1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺的重量份数为6份、3-羧基苯磺酸钠溶液重量份数为800份；

步骤2-3)中纳米丝素-纤维素混合膜材料重量份数为1～5份、混合溶液重量份数为1200份。

进一步，所述的一种磺化纳米丝素-纤维素混合膜在回收假丝酵母脂肪酶中的应用。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

本发明将磺化纳米丝素-纤维素混合膜应用于假丝酵母脂肪酶的吸附和回收中。由于蚕丝纤维和纤维素纤维作为生物质材料，具有绿色环保的优点，本发明通过静电纺丝的方式将两种纤维进行混纺，并采用3-羧基苯磺酸钠对其进行化学改性，开发出磺化纳米丝素-纤维素混合膜，其分子链上的负离子基团在水溶液中对带正电荷的假丝酵母脂肪酶具有较强的吸附作用，更为重要的是本发明制备方法简单，混合膜强力好，重复使用性能优异，并可以通过加入氯化镁的方法将假丝酵母脂肪酶从混合膜上解吸下来，得以重复利用，具有良好的应用前景。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

本发明的附图说明如下。

图1为磺化纳米丝素-纤维素混合膜材料的制备及其对假丝酵母脂肪酶的吸附和回收的流程示意图；

图2为实施例1的实验结果图；

图3为实施例2的实验结果图；

图4为实施例3的实验结果图；

图5为实施例4氯化镁对假丝酵母脂肪酶的解吸曲线；

图6为实施例4中磺化纳米丝素/纤维素混合膜的重复使用性能在不同使用次数下的饱和吸附量；

图7为实施例4中磺化纳米丝素/纤维素混合膜的重复使用性能在使用10次后混合膜的表面形态。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

一种磺化纳米丝素-纤维素混合膜的制备方法及其在回收假丝酵母脂肪酶中的应用，如图1所示，具体步骤如下：

1)以丝素和醋酸纤维素为原材料，采用静电纺丝技术通过混纺制备纳米丝素-纤维素混合膜材料；

1-1)使用碳酸钠溶液在高温下对蚕茧进行脱胶处理，得到丝素纤维；碳酸钠溶液的浓度范围为0.2wt％，温度范围为85℃；

1-2)将丝素纤维溶解于溴化锂溶液中，经过透析和过滤后，将其取出冷冻干燥后获得再生丝素；溴化锂溶液的浓度范围为7mol L^-1，丝素纤维与溴化锂溶液的重量份数分别为：丝素纤维1份、溴化锂溶液700份；

1-3)将再生丝素和醋酸纤维素按照一定比例溶解于甲酸溶液中形成纺丝液；甲酸溶液的浓度范围为85wt％，再生丝素、醋酸纤维素、甲酸溶液的重量份数分别为：再生丝素1份、醋酸纤维素0.2份、甲酸溶液400份；

1-4)以纺丝液为原料，采用静电纺丝技术纺成纳米丝素-纤维素混合膜材料，静电纺丝技术参数为：电压范围12kV、接收范围8cm、灌注速度范围0.2mL L^-1、温度范围15℃、湿度范围50％、喷口孔径范围0.3mm。

2)采用3-羧基苯磺酸钠对纳米丝素-纤维素混合膜材料进行化学改性，制成磺化纳米丝素-纤维素混合膜；

2-1)制备3-羧基苯磺酸钠溶液；浓度范围为2g L^-1；

2-2)将浓度范围为2g L^-1的1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺加入到3-羧基苯磺酸钠溶液中，在室温下充分搅拌约60分钟配制成混合溶液；1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和3-羧基苯磺酸钠溶液的重量份数分别为：1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(EDC)1份、3-羧基苯磺酸钠溶液2份；

2-3)将纳米丝素-纤维素混合膜材料放入混合溶液中并充分搅拌约80分钟，反应完成后将纳米丝素-纤维素混合膜材料取出进行充分水洗和干燥，获得磺化纳米丝素-纤维素混合膜；纳米丝素-纤维素混合膜材料和混合溶液重量份数分别为：纳米丝素-纤维素混合膜材料1份、混合溶液600份。

3)磺化纳米丝素-纤维素混合膜放置于待回收的假丝酵母脂肪酶溶液中；

3-1)调节待回收溶液的pH值至3，并对其进行充分搅拌；

3-2)将磺化纳米丝素-纤维素混合膜置于待回收溶液中进行充分搅拌，假丝酵母脂肪酶逐渐吸附到纤维膜上；试验过程中的温度20℃、假丝酵母脂肪酶浓度1g L^-1、磺化纳米丝素-纤维素混合膜放置于待回收溶液中的回收时间为10小时)。

4)从待回收溶液中取出吸附假丝酵母脂肪酶的磺化纳米丝素-纤维素混合膜，回收磺化纳米丝素-纤维素混合膜吸附的假丝酵母脂肪酶；

4-1)将吸附假丝酵母脂肪酶的磺化纳米丝素-纤维素混合膜从待回收溶液中取出，放置于新的水相中；新水相和磺化纳米丝素-纤维素混合膜的重量份数：新水相300份、磺化纳米丝素-纤维素混合膜1份，新水相的温度20℃、湿度30％；

4-2)加入浓度为0.2mol L^-1的氯化镁溶液，恒温20℃条件下反应5小时，磺化纳米丝素-纤维素混合膜上的假丝酵母脂肪酶逐渐解吸到新的水相中，实验结果如图2所示。

实施例2：

一种磺化纳米丝素-纤维素混合膜的制备方法及其在回收假丝酵母脂肪酶中的应用，具体步骤如下：

1)以丝素和醋酸纤维素为原材料，采用静电纺丝技术通过混纺制备纳米丝素-纤维素混合膜材料；

1-1)使用碳酸钠溶液在高温下对蚕茧进行脱胶处理，得到丝素纤维；碳酸钠溶液的浓度范围为0.7wt％，温度范围为100℃；

1-2)将丝素纤维溶解于溴化锂溶液中，经过透析和过滤后，将其取出冷冻干燥后获得再生丝素；溴化锂溶液的浓度范围为9mol L^-1，丝素纤维与溴化锂溶液的重量份数分别为：丝素纤维3份、溴化锂溶液900份；

1-3)将再生丝素和醋酸纤维素按照一定比例溶解于甲酸溶液中形成纺丝液；甲酸溶液的浓度范围为98wt％，再生丝素、醋酸纤维素、甲酸溶液的重量份数分别为：再生丝素3份、醋酸纤维素1份、甲酸溶液1000份；

1-4)以纺丝液为原料，采用静电纺丝技术纺成纳米丝素-纤维素混合膜材料，静电纺丝技术参数为：电压范围20kV、接收范围12cm、灌注速度范围0.4mL L^-1、温度范围30℃、湿度范围70％、喷口孔径范围0.5mm。

2)采用3-羧基苯磺酸钠对纳米丝素-纤维素混合膜材料进行化学改性，制成磺化纳米丝素-纤维素混合膜；

2-1)制备3-羧基苯磺酸钠溶液；浓度范围为8g L^-1；

2-2)将浓度范围为8g L^-1的1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺加入到3-羧基苯磺酸钠溶液中，在室温下充分搅拌约120分钟配制成混合溶液；1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和3-羧基苯磺酸钠溶液的重量份数分别为：1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(EDC)6份、3-羧基苯磺酸钠溶液8份；

2-3)将纳米丝素-纤维素混合膜材料放入混合溶液中并充分搅拌约120分钟，反应完成后将纳米丝素-纤维素混合膜材料取出进行充分水洗和干燥，获得磺化纳米丝素-纤维素混合膜；纳米丝素-纤维素混合膜材料和混合溶液重量份数分别为：纳米丝素-纤维素混合膜材料6份、混合溶液1000份。

3)磺化纳米丝素-纤维素混合膜放置于待回收的假丝酵母脂肪酶溶液中；

3-1)调节待回收溶液的pH值至6，并对其进行充分搅拌；

3-2)将磺化纳米丝素-纤维素混合膜置于待回收溶液中进行充分搅拌，假丝酵母脂肪酶逐渐吸附到纤维膜上；试验过程中的温度35℃、假丝酵母脂肪酶浓度10g L^-1、磺化纳米丝素-纤维素混合膜放置于待回收溶液中的回收时间为20小时。

4)从待回收溶液中取出吸附假丝酵母脂肪酶的磺化纳米丝素-纤维素混合膜，回收磺化纳米丝素-纤维素混合膜吸附的假丝酵母脂肪酶；

4-1)将吸附假丝酵母脂肪酶的磺化纳米丝素-纤维素混合膜从待回收溶液中取出，放置于新的水相中；新水相和磺化纳米丝素-纤维素混合膜的重量份数：新水相800份、磺化纳米丝素-纤维素混合膜5份，新水相的温度35℃、湿度50％；

4-2)加入浓度为1mol L^-1的氯化镁溶液，恒温40℃条件下反应10小时，磺化纳米丝素-纤维素混合膜上的假丝酵母脂肪酶逐渐解吸到新的水相中，实验结果如图3所示。

实施例3：

一种磺化纳米丝素-纤维素混合膜的制备方法及其在回收假丝酵母脂肪酶中的应用，具体步骤如下：

1)以丝素和醋酸纤维素为原材料，采用静电纺丝技术通过混纺制备纳米丝素-纤维素混合膜材料；

1-1)使用碳酸钠溶液在高温下对蚕茧进行脱胶处理，得到丝素纤维；碳酸钠溶液的浓度范围为0.5wt％，温度范围为100℃；

1-2)将丝素纤维溶解于溴化锂溶液中，经过透析和过滤后，将其取出冷冻干燥后获得再生丝素；溴化锂溶液的浓度范围为8mol L^-1，丝素纤维与溴化锂溶液的重量份数分别为：丝素纤维1.4份、溴化锂溶液800份；

1-3)将再生丝素和醋酸纤维素按照一定比例溶解于甲酸溶液中形成纺丝液；甲酸溶液的浓度范围为98wt％，再生丝素、醋酸纤维素、甲酸溶液的重量份数分别为：再生丝素2份、醋酸纤维素0.6份、甲酸溶液600份；

1-4)以纺丝液为原料，采用静电纺丝技术纺成纳米丝素-纤维素混合膜材料，静电纺丝技术参数为：电压范围15kV、接收范围10cm、灌注速度范围0.3mL L^-1、温度范围25℃、湿度范围60％、喷口孔径范围0.4mm。

2)采用3-羧基苯磺酸钠对纳米丝素-纤维素混合膜材料进行化学改性，制成磺化纳米丝素-纤维素混合膜；

2-1)制备3-羧基苯磺酸钠溶液；浓度范围为5g L^-1；

2-2)将浓度范围为5g L^-1的1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺加入到3-羧基苯磺酸钠溶液中，在室温下充分搅拌约90分钟配制成混合溶液；1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和3-羧基苯磺酸钠溶液的重量份数分别为：1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(EDC)6份、3-羧基苯磺酸钠溶液800份；

2-3)将纳米丝素-纤维素混合膜材料放入混合溶液中并充分搅拌约100分钟，反应完成后将纳米丝素-纤维素混合膜材料取出进行充分水洗和干燥，获得磺化纳米丝素-纤维素混合膜；纳米丝素-纤维素混合膜材料和混合溶液重量份数分别为：纳米丝素-纤维素混合膜材料5份、混合溶液1200份。

3)磺化纳米丝素-纤维素混合膜放置于待回收的假丝酵母脂肪酶溶液中；

3-1)调节待回收溶液的pH值至4，并对其进行充分搅拌；

3-2)将磺化纳米丝素-纤维素混合膜置于待回收溶液中进行充分搅拌，假丝酵母脂肪酶逐渐吸附到纤维膜上；试验过程中的温度25℃、假丝酵母脂肪酶浓度6g L^-1、磺化纳米丝素-纤维素混合膜放置于待回收溶液中的回收时间为15小时)。

4)从待回收溶液中取出吸附假丝酵母脂肪酶的磺化纳米丝素-纤维素混合膜，回收磺化纳米丝素-纤维素混合膜吸附的假丝酵母脂肪酶；

4-1)将吸附假丝酵母脂肪酶的磺化纳米丝素-纤维素混合膜从待回收溶液中取出，放置于新的水相中；新水相和磺化纳米丝素-纤维素混合膜的重量份数：新水相600份、磺化纳米丝素-纤维素混合膜3份，新水相的温度25℃、湿度40％)；

4-2)加入浓度为0.6mol L^-1的氯化镁溶液，恒温25℃条件下反应6小时，磺化纳米丝素-纤维素混合膜上的假丝酵母脂肪酶逐渐解吸到新的水相中，实验结果如图4所示。

实施例4：

以实施例3条件制备的磺化纳米丝素-纤维素混合膜回收假丝酵母脂肪酶，10次循环使用，磺化纳米丝素-纤维素混合膜5份和待回收溶液700份，实验温度25℃、假丝酵母脂肪酶浓度10g L^-1，实验结果如图5、图6和图7所示。

最后应当说明：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。