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  生物乙醇具有可再生、綠色環保、來源多樣性的特點，是可再生能源的重點發展方向。以纖維素為原料生產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、難以工業化應用的困境。通過對纖維素轉化生物乙醇過程中所用酵母細胞、酶的固定化，可以改善其對環境的耐受性，同時具有易于分離、可重復利用、降低成本等優點，是開發生物乙醇制備技術的重要研究方向。為了減小中間產物葡萄糖在酶和酵母細胞間的傳質路徑，以提高發酵效率，通常將纖維素酶中的β-葡萄糖苷酶（BG，催化產物為葡萄糖）和酵母細胞共固定化。然而，由于酵母細胞產生的胞外酶容易導致BG的失活，影響了共固定體系的總體反應活性。因此，開發合適的酵母細胞/BG分隔共固定化策略，對于開發高效、低成本生物乙醇生產技術具有重要的研究意義和應用價值。

  最近，北京化工大學材料學院楊萬泰院士、趙長穩副教授和合作者利用可見光引發表面活性接枝聚合技術實現了酵母細胞和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表面交聯接枝聚合將聚乙二醇（PEG）交聯網絡接枝在聚丙烯無紡布表面，同時原位包埋固定化BG，進而利用交聯層表面的殘留休眠基實施二次交聯接枝聚合將酵母細胞原位包埋固定化（如圖所示）。

  該分隔固定化技術具有如下優點：（1）使用聚丙烯無紡布為基材，成本低廉，膜制品形態便于反應后回收利用；（2）相比于高溫、強氧化劑、重金屬催化劑及紫外光輻照等引發自由基聚合的條件，可見光接枝可在室溫、輻照能量低的條件下引發聚合反應以固定化生物分子（酶和細胞），有利于生物分子保持活性；（3）接枝的PEG交聯網絡交聯致密均勻（可有效防止包埋酶泄露）、生物相容性好，與無紡布基材復合后操作穩定性高；（4）分層包埋固定化設計既可以完成同步糖化發酵，又可以使酶和酵母細胞的活性不受影響。

  實驗結果表明，經交聯接枝聚合后可實現90%以上BG和酵母細胞的原位固定化，并且幾乎所有的固定化酵母細胞都能保持其活性。使用酵母細胞不能轉化的纖維二糖作為碳源時，經糖化同步發酵后乙醇產率最高可達98.6%。與BG和酵母細胞混合固定化體系相比，分隔固定化體系的乙醇產率可提高25%左右，證實了分隔固定化的優勢。分隔共固定化體系在重復發酵7個批次后，乙醇產率仍能維持在60%以上，表現出良好的操作穩定性。該技術條件溫和，路線簡單，可適用于其他酶/細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