一种用于蛋白质水解的纳米仿酶催化剂的制备方法和应用

本发明涉及生物催化与纳米材料，尤其涉及一种用于蛋白质水解的纳米仿酶催化剂的制备方法和应用。

背景技术：

1、蛋白质酶法水解是食品、医药和饲料工业中获取功能肽的关键步骤。然而，天然蛋白酶的稳定性差、成本高，且难以回收重复利用，限制了其大规模应用。传统化学催化剂或非均相仿酶催化剂在温和条件下（如中性ph、60-80℃）对蛋白质的水解效率普遍较低（通常低于50%），难以满足高效生产需求。此外，许多负载活性组分的多孔复合催化剂在反应过程中常因载体结构不稳定而发生活性组分浸出或载体溶解，导致催化剂活性迅速下降，无法实现稳定循环使用。为了解决这些挑战，开发高效、稳定且可重复使用的蛋白质水解纳米仿酶催化剂具有重要工业价值。

2、纳米仿酶作为一类具有酶样催化活性的纳米材料，因其易于生产、成本效益高、储存时间长以及卓越的环境稳定性等优势，在生物技术和环境科学领域展现出巨大的潜力。金属有机框架（mofs）因其可调控的结构和高比表面积，被广泛用作纳米酶的载体或活性组分。mofs，特别是沸石咪唑骨架（zifs），因其独特的孔道结构和可调节的微环境，为模拟天然酶的活性位点提供了良好的平台。例如，zif-8已被证实具有固有的碳酸酐酶样活性，并且表现出酯酶和乙酰胆碱酯酶活性，这归因于其仿生结构单元。在蛋白质水解方面，目前已有一些纳米材料被探索用于模拟蛋白酶活性。例如，cu2o/sba-3纳米酶在生理条件下对蛋白质表现出高效的水解活性。此外，lacoo3纳米颗粒在室温下对酪蛋白表现出选择性水解能力，其催化效率显著优于许多需要高温才能水解肽键的纳米蛋白酶。这些研究表明，纳米酶在模拟天然蛋白酶活性、实现蛋白质水解方面具有巨大潜力。

3、mof的有序微孔结构可以提供对蛋白质的吸附位点，而pta的brønsted酸性能够协同促进肽键的定向活化。这种空间限域效应和酸性位点的协同作用，有望在温和条件下实现高效的蛋白质水解，并期望达到令人满意的水解转化率和稳定循环使用次数。然而，将杂多酸（如磷钨酸，pta）与mofs（如zif-8）复合以提高催化性能，仍然面临挑战。传统的pta@mof复合催化剂在蛋白质水解的缓冲体系中容易发生结构坍塌和溶解，并且催化效率提升有限。这种不稳定性主要是由于mofs的化学键在水解条件下不够稳定。为了克服现有技术的局限，开发一种在温和条件下高效、稳定、可重复使用的蛋白质水解纳米仿酶催化剂具有重要的工业价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种催化活性高、结构稳定、易于分离回收的蛋白质水解纳米仿酶催化剂、其制备方法及其在温和条件下高效水解蛋白质的应用。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种用于蛋白质水解的纳米仿酶催化剂的制备方法，包括下列步骤：

4、s1.配制磷钼酸水溶液与过渡金属盐水溶液，在超声作用下按预定摩尔比混合，得到悬浊液；将所述悬浊液在40℃～100℃下水热处理60～180分钟，经离心、洗涤及干燥，得到过渡金属磷钼酸盐固体催化剂（记为pmo12）；

5、s2.在室温下，将2-甲基咪唑、乙酸锌与所述过渡金属磷钼酸盐固体催化剂（pmo12）按质量比1:2:3～21分散于水相中，在水热条件下反应30～60分钟，再老化30～90分钟，得到粗产物，经洗涤、干燥后，获得所述纳米仿酶催化剂（pmo12@zif-8）。

6、作为优选的技术方案，所述s1步骤中，过渡金属盐选自mncl2、zncl2、fecl2、fecl3、cucl2、mocl6中的一种。

7、作为优选的技术方案，所述s1步骤中，磷钼酸与过渡金属盐的摩尔比为0.5～2:1。

8、作为优选的技术方案，所述s2步骤中，所述老化时间为30～90分钟。

9、本发明还公开了一种用于蛋白质水解的纳米仿酶催化剂，由上述所述的制备方法制得。

10、作为优选的技术方案，包含沸石咪唑骨架材料zif-8以及负载于其中的过渡金属磷钼酸盐。

11、作为优选的技术方案，所述过渡金属磷钼酸盐中的过渡金属选自mn、zn、fe、cu、mo中的至少一种。

12、本发明还公开了一种上述纳米仿酶催化剂在蛋白质水解中的应用。

13、作为优选的技术方案，所述蛋白质选自酪蛋白、核桃蛋白、玉米蛋白、大豆蛋白中的至少一种。

14、作为优选的技术方案，在应用中，蛋白质水解反应的条件为：蛋白质质量浓度0.1%～10%，催化剂质量浓度0.2～5 mg/ml，ph 4.0～9.0，温度40℃～80℃。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

16、（1）催化活性高

17、通过“两步法”构建的纳米仿酶催化剂pmo12@zif-8，实现了磷钼酸的brønsted酸性位点与zif-8载体中锌离子的lewis酸性位点的协同，并利用zif-8的微孔限域效应富集蛋白质底物，从而在温和条件下对蛋白质表现出显著高于单一组分的水解催化活性。

18、（2）结构稳定，易于回收

19、优化制备工艺形成的复合材料结构稳定，在水相反应体系中不易溶解或坍塌，可通过简单的离心实现固液分离与催化剂回收。实验表明，该催化剂在重复使用多次后仍能保持较高的催化活性。

20、（3）条件温和，适用性广

21、最佳反应条件（ph 4.0～9.0，温度40℃～80℃）接近中性且温度适中，无需强酸、强碱或高温高压，能耗低，对设备要求简单，适用于多种动植物蛋白的高效水解，具有良好的工业应用潜力。

22、（4）环境友好与安全性潜力

23、优选锌、铁等低毒或必需微量元素的金属盐制备催化剂前体，为开发生物相容性较好的蛋白质水解催化剂提供了可行路径。

1.一种用于蛋白质水解的纳米仿酶催化剂的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述s1步骤中，过渡金属盐选自mncl2、zncl2、fecl2、fecl3、cucl2、mocl6中的一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述s1步骤中，磷钼酸与过渡金属盐的摩尔比为0.5～2:1。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述s2步骤中，所述老化时间为30～90分钟。

5.一种用于蛋白质水解的纳米仿酶催化剂，其特征在于，由权利要求1至4任一项所述的制备方法制得。

6.根据权利要求5所述的纳米仿酶催化剂，其特征在于：包含沸石咪唑骨架材料zif-8以及负载于其中的过渡金属磷钼酸盐。

7.根据权利要求6所述的纳米仿酶催化剂，其特征在于：所述过渡金属磷钼酸盐中的过渡金属选自mn、zn、fe、cu、mo中的至少一种。

8.一种根据权利要求5至7任一项所述的纳米仿酶催化剂在蛋白质水解中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：所述蛋白质选自酪蛋白、核桃蛋白、玉米蛋白、大豆蛋白中的至少一种。

10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，在应用中，蛋白质水解反应的条件为：蛋白质质量浓度0.1%～10%，催化剂质量浓度0.2～5 mg/ml，ph 4.0～9.0，温度40℃～80℃。