纤维素酯（纤维素己酸酯、苯甲酸酯及其混合酯）的合成及其作为酶固定化平台的潜力研究

本研究创新性地利用棉短绒纤维素合成不同取代度（DS）的纤维素酯（己酸酯Hx、苯甲酸酯Bz及混合酯HxBz），通过静电纺丝技术构建纳米纤维膜和微球载体，首次探索其作为荧光假单胞菌脂肪酶（PFL）固定化平台在（R,S）-2-氯-1-苯乙醇外消旋体拆分中的应用。研究发现高压静电纺丝会导致酶失活，而分层结构设计和微球封装技术显著提高催化效率，其中Hx2.8微球实现40%转化率和94%对映体纯度，为绿色生物催化提供新型可再生载体。

　　

纤维素酯的合成与表征

研究采用LiCl/DMAc溶剂体系，以棉短绒纤维素为原料，通过己酸酐和苯甲酰氯酯化反应成功合成系列纤维素酯。核磁共振（¹H NMR）分析显示，己酸酯（Hx）在摩尔比为12时取代度（DS）达2.8，显著高于苯甲酸酯（Bz）的1.6，这归因于己酰基的空间位阻较小。傅里叶变换红外光谱（FTIR）在1750 cm^-1处出现显著羰基特征峰，证实酯化成功。元素分析表明洗涤后锂残留量低于1 ppm，溶剂去除效果良好。

静电纺丝工艺优化

采用THF/DMAc（65/35）混合溶剂体系，在电压15-25 kV、流速5.5-45.5 μL/min条件下制备纳米纤维膜。研究发现：提高流速至45.5 μL/min可使Hx2.0纤维直径从158 nm降至117 nm；而苯甲酸酯需改用三氟乙酸（TFA）作为溶剂才能形成均匀纤维。接触角测试显示Hx2.0纤维疏水性（WCA 142°）显著优于Bz1.6（68°），这与其长烷基链的表面取向密切相关。

酶固定化策略比较

针对高压静电纺丝导致荧光假单胞菌脂肪酶（PFL）失活的问题，研究开发了三种固定化方案：

1）直接电纺PFL-纤维复合膜：因25 kV高压导致酶完全失活，转化率仅1%

2）三明治结构：底层电纺膜+空气喷涂PFL中间层+顶层电纺膜，转化率提升至23%

3）低温微球封装：Hx2.8微球在无电压条件下制备，展现最佳性能

生物催化性能评估

以外消旋（R,S）-2-氯-1-苯乙醇动力学拆分为模型反应，Hx2.8微球在120小时达到40%转化率和94% e_p，对映体选择性E值66。回收实验表明，二次使用时仍保留76%初始活性，但E值降至30以下。相比之下，游离PFL在48小时可实现35%转化率和98% e_p，但难以重复利用。

机制分析与应用前景

研究揭示高压电场可能通过类似脉冲电场（PEF）的机制引起酶蛋白变性，而DMAc/THF溶剂体系也会破坏酶三级结构。微球载体因避免电压暴露且提供更大比表面积，成为最优选择。该工作为纤维素基生物催化材料设计提供了重要参考，其构建的可持续平台可拓展至其他工业酶固定化应用。