[发明专利]一种二维类石墨烯碳GMCs固定化酶及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种二维类石墨烯碳GMCs固定化酶及其制备方法和应用，其制备方法包括：将碳源和氮源按质量比0.02‑0.2：1研磨混匀后，在惰性气体保护下依次经550‑650℃碳化和750‑850℃保温45‑100min石墨化，收集后研磨得到二维类石墨烯碳GMCs；将二维类石墨烯碳GMCs加入到PBS中，超声处理后加入酶溶液，经常温振荡、离心、洗涤和真空冷冻干燥后即得。本发明所制备的二维类石墨烯碳GMCs具有较大的比表面积可以为酶的负载提供位点，增加酶的负载率，减少酶的堆积，且有利于酶催化过程中的质量转移；制备的二维类石墨烯碳GMCs固载的酶用于催化叶黄素与琥珀酸酐酯化具有较高的酯化率。

技术领域

本发明涉及酶固定化技术领域，更具体地，涉及一种二维类石墨烯碳GMCs固定化酶及其制备方法和应用。

背景技术

催化剂的研究一直以来都备受关注，不论是在基础研究还是在工业生产中都具有加快反应速率、提高产率、缩短时间和降低成本的作用；然而，包括酸、碱和过渡金属催化剂等在内的传统催化剂均存在反应温度高、难溶于有机溶剂、易腐蚀反应容器、难分离、后处理麻烦、催化效率低和污染严重等问题。

生物催化剂作为一种新型催化剂引起了人们浓厚的研究兴趣。脂肪酶是一类重要的生物催化剂，与非生物催化剂相比，具有易于在常温常压下反应、反应速率快、催化作用专一等优势，广泛应用于食品加工、医药、纺织物、生物传感器、生物柴油等工业生产中，还与生命科学的发展密切相关。脂肪酶能够催化酯键的水解和合成，具有很高的区域选择性和对映体选择性，能够催化很多类型的反应，但其只在油水界面发生催化，而且只有当底物以微粒、小聚合分散状态或呈乳化颗粒时，脂肪酶对底物的水解才有显著的催化作用；此外，脂肪酶易受到反应体系温度、pH、溶剂、反应底物浓度等因素的影响而使得酶活性降低甚至失活。同时因为脂肪酶难回收，导致酶重复使用率低，大大增加了使用成本。

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。利用固定脂肪酶催化酯化制备叶黄素二酯，能够避免叶黄素本身的结构不被破坏。

现有叶黄素酯的合成方法(天然提取法和化学合成法等)的工艺流程繁琐复杂，提取效率低，还存在溶剂污染、环境污染等问题；而生物酶合成法制备叶黄素酯具有效率高、选择性强、专一性强、催化介质温和、环境友好等优点，是一种很有前景的方法。但是，由于游离脂肪酶对反应条件极为敏感，容易失活，成本较高，难以实现在大规模工业生产中应用。目前大多使用商业固定化酶Novo 435，且均使用甲苯、甲基叔丁基醚(MTBE)或甲基异丁基酮(MIBK)等毒性和污染性较强的溶剂作为叶黄素酯化介质，在食品领域中应用是不可取的。

因此，迫切需要开发绿色安全的固定化脂肪酶及溶剂以实现叶黄素酯的高效酶法合成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二维类石墨烯碳GMCs固定化酶及其制备方法和应用。

本发明采用如下技术方案：

一种二维类石墨烯碳GMCs固定化酶的制备方法，包括：

S1、将碳源和氮源按质量比为0.02-0.2：1的比例研磨混匀后，在惰性气体保护下，依次经过550-650℃碳化和750-850℃下保温45-100min进行石墨化后，收集产物，研磨得到二维类石墨烯碳GMCs；

S2、将二维类石墨烯碳GMCs加入到PBS中，超声处理后，加入酶溶液后，在常温下振荡后，依次经离心、洗涤和真空冷冻干燥后，即得二维类石墨烯碳GMCs固定化酶。

进一步地，在上述技术方案中，步骤S1中，所述碳化的过程的升温速率为小于3℃/min，优选为2-2.5℃/min。