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叶黄素是存在于人类血清中的六大类胡萝卜素之一,具有抗氧化、增强人体免疫系统、延缓与年龄相关的黄斑变性等功能,是人类重要的膳食补充剂。然而,由于叶黄素富含不饱和键,在光照或加热的条件下极易分解。将叶黄素两端的羟基与不同的脂肪酸或酸酐酯化形成叶黄素二酯,不仅能有效提高其稳定性和生物利用率,还可以赋予叶黄素不同的功能和活性。脂肪酶催化的酯化效率高、专一性强、对环境友好,但其对反应条件敏感容易失活,成本高昂,通过不同方式将脂肪酶固定在载体上形成固定化酶,可以大幅度提高酶的稳定性和重复使用性,从而降低成本。性能优良的固定化酶需要合适的载体,二维纳米材料具有较大的比表面积、丰富的活性位点和良好的生物相容性,在固定化酶领域有着广阔的应用前景。本论文构建了两种二维脂肪酶纳米反应器,分别以石墨相氮化碳纳米片（g-C3N4-Ns）和类石墨烯介大孔碳（GMCs）为载体,根据材料特点分别采用化学共价结合法和物理吸附法固定南极假丝酵母脂肪酶（CALB）,并将两种固定化酶应用于叶黄素琥珀酸二酯的催化合成。借助一系列物理化学手段对两种载体和脂肪酶纳米反应器的表面及物化性质进行表征,同时探究固定化条件和酯化过程中各因素对酯化率的影响。具体结论如下:1.制备并表征石墨相氮化碳脂肪酶纳米反应器（g-C3N4-Ns-PEI-GA@CALB）。首先采用热剥离法以二氰二胺为原料制备g-C3N4-Ns,再利用聚乙烯亚胺（PEI）对g-C3N4-Ns的表面进行氨基修饰,最后以戊二醛（GA）为连接剂将CALB共价固定。运用SEM、TEM、XRD、FT-IR、TGA、XPS、BET等对g-C3N4-Ns和g-C3N4-Ns-PEI-GA@CALB进行表征,结果表明:一、g-C3N4-Ns为单层片状结构（SEM）,呈现丝绸状薄层褶皱（TEM）;比表面积为118.858 m2 g-1;XRD图中13°和27°处分别代表g-C3N4-Ns平面结构晶格重复单元三嗪环和层状结构间的夹层衍射;FT-IR、XPS等表明g-C3N4-Ns具有三嗪环结构的价键C-N（-C）-C。二、g-C3N4-Ns-PEI-GA@CALB的TEM图可以明显观察到固定的CALB;FT-IR和XPS可看出有新的NH-CO键生成;TGA有新的失重点出现;BET比表面积、孔体积减小,均由CALB的固定化引起。三、最佳固定化条件:初始酶浓度25%,最佳固定时间8 h,缓冲液的最佳pH值为7,温度45°C时酶活性最高,且g-C3N4-Ns-PEI-GA@CALB比CALB具有更好的酸碱耐受性和热稳定性。2.g-C3N4-Ns-PEI-GA@CALB催化叶黄素琥珀酸酯的合成,探究酯化过程中溶剂、脂肪酶、固定化酶添加量、底物摩尔比、底物浓度、酯化温度等对酯化率的影响,以及酯化时间进程、固定化酶循环性等条件。得到最佳条件为:DMF为溶剂,叶黄素摩尔浓度为0.7 mol mL-1,叶黄素与琥珀酸酐摩尔比1:20,g-C3N4-Ns-PEI-GA@CALB添加量为10 mg,50°C,160 rpm摇床中反应72 h,此时的酯化率最高为92%。循环9次酶活力仍有65%。3.制备并表征类石墨烯介大孔碳脂肪酶纳米反应器（GMCs@CALB）。采用碳化法,以二氰二胺为模板原料,葡萄糖为碳原料制备GMCs,并通过物理吸附固定CALB。运用同样的表征手段等对GMCs和GMCs@CALB进行表征,结果为:一、GMCs具有高比表面积372.1643 m2 g-1,SEM图可观察到明显的介孔和大孔,TEM图呈现出丝绸状薄层褶皱形貌,XRD显示出GMCs类石墨烯层状结构平面间的夹层衍射,XPS中N的两个分峰分别来自吡啶氮和石墨态氮,证明GMCs为类石墨烯介大孔纳米片结构。二、GMCs@CALB的SEM图和TEM图中可以明显观察到吸附在GMCs表面的CALB;TGA图中曲线有明显的CALB降解失重点;XPS图中C在286.5 eV处出现一个新峰,来源于CALB上C=O等含氧基团;BET的曲线特性、比表面积和孔体积缩小等也证明CALB成功吸附。三、固定化最佳条件:初始酶浓度40%,固定时间10 h,缓冲液pH最佳7,温度45°C时酶活性最高,且GMCs@CALB具有更好的酸碱耐受性和热稳定性。4.GMCs@CALB催化叶黄素琥珀酸酯的合成,得到最佳条件如下:DMF为溶剂,叶黄素摩尔浓度为0.2 mol mL-1,叶黄素与琥珀酸酐摩尔比1:16,GMCs@CALB添加量为10 mg,45°C,160 rpm摇床中反应72 h,此时的酯化率最高为93%。循环10次后酶活力为50%。