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  生物乙醇具有可再生、綠色環(huán)保、來源多樣性的特點(diǎn)，是可再生能源的重點(diǎn)發(fā)展方向。以纖維素為原料生產(chǎn)生物乙醇是制取該生物能源的主要途徑，但目前面臨成本較高、難以工業(yè)化應(yīng)用的困境。通過對(duì)纖維素轉(zhuǎn)化生物乙醇過程中所用酵母細(xì)胞、酶的固定化，可以改善其對(duì)環(huán)境的耐受性，同時(shí)具有易于分離、可重復(fù)利用、降低成本等優(yōu)點(diǎn)，是開發(fā)生物乙醇制備技術(shù)的重要研究方向。為了減小中間產(chǎn)物葡萄糖在酶和酵母細(xì)胞間的傳質(zhì)路徑，以提高發(fā)酵效率，通常將纖維素酶中的β-葡萄糖苷酶（BG，催化產(chǎn)物為葡萄糖）和酵母細(xì)胞共固定化。然而，由于酵母細(xì)胞產(chǎn)生的胞外酶容易導(dǎo)致BG的失活，影響了共固定體系的總體反應(yīng)活性。因此，開發(fā)合適的酵母細(xì)胞/BG分隔共固定化策略，對(duì)于開發(fā)高效、低成本生物乙醇生產(chǎn)技術(shù)具有重要的研究意義和應(yīng)用價(jià)值。

  最近，北京化工大學(xué)材料學(xué)院楊萬泰院士、趙長(zhǎng)穩(wěn)副教授和合作者利用可見光引發(fā)表面活性接枝聚合技術(shù)實(shí)現(xiàn)了酵母細(xì)胞和BG在聚丙烯無紡布表面的分隔固定化。該工作先通過可見光引發(fā)表面交聯(lián)接枝聚合將聚乙二醇（PEG）交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)接枝在聚丙烯無紡布表面，同時(shí)原位包埋固定化BG，進(jìn)而利用交聯(lián)層表面的殘留休眠基實(shí)施二次交聯(lián)接枝聚合將酵母細(xì)胞原位包埋固定化（如圖所示）。

  該分隔固定化技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）使用聚丙烯無紡布為基材，成本低廉，膜制品形態(tài)便于反應(yīng)后回收利用；（2）相比于高溫、強(qiáng)氧化劑、重金屬催化劑及紫外光輻照等引發(fā)自由基聚合的條件，可見光接枝可在室溫、輻照能量低的條件下引發(fā)聚合反應(yīng)以固定化生物分子（酶和細(xì)胞），有利于生物分子保持活性；（3）接枝的PEG交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)致密均勻（可有效防止包埋酶泄露）、生物相容性好，與無紡布基材復(fù)合后操作穩(wěn)定性高；（4）分層包埋固定化設(shè)計(jì)既可以完成同步糖化發(fā)酵，又可以使酶和酵母細(xì)胞的活性不受影響。

  實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)交聯(lián)接枝聚合后可實(shí)現(xiàn)90%以上BG和酵母細(xì)胞的原位固定化，并且?guī)缀跛械墓潭ɑ湍讣?xì)胞都能保持其活性。使用酵母細(xì)胞不能轉(zhuǎn)化的纖維二糖作為碳源時(shí)，經(jīng)糖化同步發(fā)酵后乙醇產(chǎn)率最高可達(dá)98.6%。與BG和酵母細(xì)胞混合固定化體系相比，分隔固定化體系的乙醇產(chǎn)率可提高25%左右，證實(shí)了分隔固定化的優(yōu)勢(shì)。分隔共固定化體系在重復(fù)發(fā)酵7個(gè)批次后，乙醇產(chǎn)率仍能維持在60%以上，表現(xiàn)出良好的操作穩(wěn)定性。該技術(shù)條件溫和，路線簡(jiǎn)單，可適用于其他酶/細(xì)胞或多酶體系的分隔共固定化。

  該成果以“Sequential co-immobilization of β-glucosidase and yeast cells on single polymersupport for bioethanol production”為題，在線發(fā)表于Science China Chemistry (DOI: 10.1007/s11426-018-9319-1)。

  論文鏈接：http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCC/doi/10.1007/s11426-018-9319-1?slug=full%20text