竇冰然，郭會(huì)明，朱曼利，李偉，洪厚勝,3*

1(南京工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與分子工程學(xué)院，江蘇 南京，211816) 2(南京工業(yè)大學(xué) 生物與制藥工程學(xué)院，江蘇 南京，211816) 3(南京匯科生物工程設(shè)備有限公司，江蘇 南京，210009)

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固定化酵母在釀造技術(shù)及燃料乙醇領(lǐng)域中的應(yīng)用

竇冰然1，郭會(huì)明1，朱曼利1，李偉2，洪厚勝2,3*

1(南京工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與分子工程學(xué)院，江蘇 南京，211816) 2(南京工業(yè)大學(xué) 生物與制藥工程學(xué)院，江蘇 南京，211816) 3(南京匯科生物工程設(shè)備有限公司，江蘇 南京，210009)

細(xì)胞固定化技術(shù)從20世紀(jì)70 年代開始快速發(fā)展，現(xiàn)已在在發(fā)酵工業(yè)、生物能源、化學(xué)分析、醫(yī)藥工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用，充分顯示了這種技術(shù)的優(yōu)越性。同時(shí)，固定化細(xì)胞生長(zhǎng)速度快、反應(yīng)快、不易染菌、節(jié)約成本、產(chǎn)物易于分離，越來(lái)越多的應(yīng)用于發(fā)酵領(lǐng)域中。憑借以上優(yōu)點(diǎn)，固定化酵母也被越來(lái)越多的研究者深度研究，不同的固定化方法和固定化載體對(duì)酵母固定化的效果有很大影響。文章綜述了傳統(tǒng)的酵母固定化方法和新型固定化方法，并介紹了固定化酵母在釀造技術(shù)和燃料乙醇領(lǐng)域的應(yīng)用概況，展望了固定化酵母的應(yīng)用前景和研究方向。

固定化技術(shù)；酵母；燃料乙醇；固定化反應(yīng)器

固定化技術(shù)運(yùn)用在細(xì)胞方面多用于在酶和酵母，酵母早已在發(fā)酵行業(yè)擁有廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)，隨著固定化技術(shù)的不斷推廣，固定化酵母開始替代游離酵母在酒精發(fā)酵方面使用，主要分為釀酒技術(shù)和燃料乙醇兩個(gè)應(yīng)用方面。雖然，酵母固定化技術(shù)也存在著傳質(zhì)限制、固定介質(zhì)抑制固定化酵母生長(zhǎng)和其代謝等缺陷的問(wèn)題，但是站在長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的角度來(lái)看，應(yīng)用酵母固定化技術(shù)在發(fā)酵行業(yè)依然發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

1 固定化酵母概述

1.1 細(xì)胞固定化技術(shù)

細(xì)胞固定化技術(shù)是在20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一門新興技術(shù)，是指用物理或者化學(xué)的方法將具有一定生理活性的生物細(xì)胞，如動(dòng)植物細(xì)胞、微生物細(xì)胞等固定于載體上，用作固體生物催化劑，并使其在連續(xù)反應(yīng)時(shí)中能夠保持穩(wěn)定生長(zhǎng)并且繁殖能力維持旺盛，并且可以反復(fù)使用的一種固定化方法[1]。固定化技術(shù)首先應(yīng)用于各種固定化酶，隨后應(yīng)用于固定化完整細(xì)胞。

相比于游離態(tài)細(xì)胞，細(xì)胞因?yàn)槭艿捷d體的固定化，有利于固定后的細(xì)胞與產(chǎn)物之間的分離，而且研究發(fā)現(xiàn)，固定化之后的細(xì)胞，其反應(yīng)速率得到了顯著提高。因此這項(xiàng)技術(shù)在制藥行業(yè)、食品工業(yè)、環(huán)保行業(yè)與傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)[2]中都得到了廣泛的推廣使用。根據(jù)固定化后的細(xì)胞是否增殖還可以分為靜止細(xì)胞、饑餓細(xì)胞和增殖細(xì)胞等固定化技術(shù)，其中，固定化增殖細(xì)胞因?yàn)楣潭ɑ蟮募?xì)胞可以不斷繁殖更新且更加穩(wěn)定的特點(diǎn)，在發(fā)酵工業(yè)中最有發(fā)展前途。

1.2 固定化酵母的優(yōu)越性

固定化酵母指將酵母活細(xì)胞高度密集分布在載體上，并可以不斷地增殖，以此得到高濃度生物催化劑。使用固定化的酵母進(jìn)行發(fā)酵與使用傳統(tǒng)的游離態(tài)酵母進(jìn)行發(fā)酵方法相比具備以下3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

(1)酵母經(jīng)固定化后細(xì)胞的密度得到提高，增殖速度更快，縮短了發(fā)酵周期，同時(shí)穩(wěn)定性較高；

(2)固定化酵母可以重復(fù)利用，使用壽命可達(dá)兩個(gè)月，相比于游離酵母，培養(yǎng)過(guò)程也更加簡(jiǎn)單,同時(shí)減少了營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)的流失，有利于連續(xù)生產(chǎn)，有效降低了生產(chǎn)成本；

(3)設(shè)備要求簡(jiǎn)單，易于操作，投資費(fèi)用低，適用于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。

2 細(xì)胞固定化方法

2.1 包埋法

包埋法是指在無(wú)菌的條件下，將細(xì)胞與凝膠溶液相混合，再經(jīng)過(guò)一定處理，通過(guò)物理方法形成直徑1～4 mm的膠粒，使酵母固定化。利用這種方法得到的固定化酵母和載體之間沒(méi)有束縛，經(jīng)過(guò)固定化之后，細(xì)胞依然可以保持較高活力[3]，可以在短時(shí)間之內(nèi)提高反應(yīng)速率和細(xì)胞濃度，且操作簡(jiǎn)便，反應(yīng)條件溫和，對(duì)于細(xì)胞的活性影響較小，所以是固定化酵母的常用手段。常規(guī)的凝膠載體包括海藻酸鈉、聚乙烯醇(PVA)、卡拉膠、聚丙烯酞胺(ACAM)、瓊脂、醋酸纖維等[4]。近年來(lái)，也有將不同凝膠載體組合使用制成復(fù)合固定化載體進(jìn)行固定、發(fā)酵的實(shí)驗(yàn)方法。周寧等[5]用海藻酸鈉-瓊脂作為固定化載體，固定化啤酒酵母，通過(guò)優(yōu)化載體固定化條件和固定化啤酒酵母的發(fā)酵條件，發(fā)酵速度提高為0.735 °p/h，且復(fù)合固定化載體相比于單一的海藻酸鈉載體或者瓊脂載體更適合酵母增殖。高亞飛等[6]通過(guò)將一定量的聚乙烯醇(PVA)和海藻酸鈉溶液混合作為固定化載體，包埋糖蜜酒精酵母，通過(guò)正交優(yōu)化確定以聚乙烯醇-海藻酸鈣為固定化載體的糖蜜酒精酵母的最優(yōu)發(fā)酵條件，優(yōu)化后的酒精濃度為13.11%vol。巫小丹等[7]通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比了SA-PVA-SiO2載體固定化釀酒酵母與游離釀酒酵母的乙醇發(fā)酵能力，并通過(guò)電鏡掃描對(duì)固定化釀酒酵母的包埋微生態(tài)環(huán)境進(jìn)行分析，結(jié)果顯示固定化小球的內(nèi)部條件十分有利于酵母細(xì)胞生產(chǎn)乙醇所需要的厭氧發(fā)酵，從而充分證明了 以SA-PVA-SiO2為載體的固定化釀酒酵母對(duì)于乙醇發(fā)酵的優(yōu)越性。

2.2 吸附法

吸附法也可以叫做載體結(jié)合法，這種方法具有經(jīng)濟(jì)且制備方法簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。吸附法的原理是通過(guò)靜電吸引作用或者利用載體對(duì)酵母細(xì)胞的親和性將酵母細(xì)胞吸附在固體載體上的一種固定化方式。此方法的優(yōu)點(diǎn)在于細(xì)胞和載體之間發(fā)生的是物理變化，而且操作簡(jiǎn)單、活性損失小、固定化載體可以反復(fù)使用、固定化條件溫和，但是由于制得的固定化酵母吸附能力不強(qiáng)，容易造成細(xì)胞脫落，所以受環(huán)境影響大，穩(wěn)定性差[8]。對(duì)于吸附法固定酵母細(xì)胞，通常選用內(nèi)部多孔、表面積大、性質(zhì)比較穩(wěn)定、價(jià)格低廉、高強(qiáng)度、性質(zhì)性能良好的材料作為載體。常用的載體包括活性炭、硅藻土、碳酸鈣、高嶺土、石英砂、陶瓷、木屑、硅膠、多孔玻璃等[9]。

當(dāng)使用單一的包埋法或吸附法對(duì)酵母細(xì)胞進(jìn)行固定化時(shí)，發(fā)酵產(chǎn)生的結(jié)果也會(huì)有所不同。朱元華[10]以山毛櫸木片和海藻酸鈉固定化酵母，利用氣相色譜法對(duì)比兩種固定化方法對(duì)啤酒風(fēng)味物質(zhì)成分的影響，結(jié)果表明，當(dāng)選用不同的固定化載體時(shí)，對(duì)啤酒中風(fēng)味物質(zhì)成分的形成也有所不同，其中海藻酸鈉載體固定化酵母的牢固程度最好，且啤酒中醇類物質(zhì)含量較高，適于醇厚型啤酒的釀造；利用山毛櫸木載體固定化的酵母細(xì)胞釀造的啤酒生成的酯類物質(zhì)較多，適于淡爽型啤酒發(fā)酵。近年來(lái)，也有研究人員將不同的固定化方法結(jié)合使用的報(bào)道，陶中書等[11]利用海藻酸鈉和山毛櫸木片來(lái)吸附-包埋復(fù)合固定化酵母用于啤酒連續(xù)發(fā)酵，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，復(fù)合固定化酵母數(shù)量最多，生物載荷量高達(dá)2.17×1010個(gè)/g，并且牢固程度也最優(yōu)。

2.3 交聯(lián)法

交聯(lián)法是利用雙功能或者多功能試劑和細(xì)胞表面的反應(yīng)基團(tuán)反應(yīng)，使細(xì)胞固定，交聯(lián)法的不需要載體，可以得到較高的細(xì)胞濃度，并且結(jié)合力高，穩(wěn)定性較好，經(jīng)得起溫度、pH的劇烈變化，但是由于反應(yīng)激烈，對(duì)細(xì)胞的活性會(huì)產(chǎn)生影響，所選試劑會(huì)毒害活細(xì)胞，機(jī)械強(qiáng)度低，無(wú)法再生，因而實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用不多，通常與其他固定化方法結(jié)合使用[12]。常用的試劑有甲苯二異氰酸酯、戊二醛、雙偶氮聯(lián)苯等。此方法多用于固定化酶的研究，用于酵母的固定化則報(bào)道不多。

2.4 絮凝法

絮凝法是利用自身具有的自絮凝能力的某些微生物細(xì)胞對(duì)細(xì)胞進(jìn)行固定化的方式，是一種不需要添加固定化載體的細(xì)胞固定化方法。VERSTREPEN[13]等認(rèn)為絮凝機(jī)制分可分為2種:一種是細(xì)胞表面的凝集素和鄰近細(xì)胞的細(xì)胞表面甘露糖結(jié)合引起的絮凝；另一種是細(xì)胞表面的多肽相互吸引或細(xì)胞表面疏水相互作用力的相互作用而引起的絮凝。絮凝法的優(yōu)點(diǎn)在于固定化過(guò)程簡(jiǎn)單、細(xì)胞代謝能力高、代謝抑制和傳質(zhì)限制小、細(xì)胞可以長(zhǎng)期使用等優(yōu)點(diǎn)。但是由于細(xì)胞顆粒剛性比較差，所以存在容易發(fā)生變形，不耐剪切，對(duì)發(fā)酵所需原料要求高等缺點(diǎn)。對(duì)于某些不可絮凝或者絮凝能力較弱的酵母菌,有時(shí)可通過(guò)外源添加助凝劑或交聯(lián)劑的方法來(lái)促進(jìn)絮凝,此法即為交聯(lián)法。白鳳武[14]以酵母自身絮凝形成顆粒固定化細(xì)胞，建立了有效容積0.5 m3的懸浮床生物反應(yīng)器用于酒精連續(xù)發(fā)酵，發(fā)酵過(guò)程順利完成。

2.5 膜隔離法

膜隔離法的作用機(jī)理是利用半透膜將細(xì)胞限制在一定的空間內(nèi)，底物和產(chǎn)物可以通過(guò)半透膜，但是微生物細(xì)胞則不能通過(guò)，從而達(dá)到細(xì)胞固定化的目的的一種方法，常用的半透膜包括超濾膜、反滲透膜、滲析膜、中空纖維膜等[15]。膜隔離法的特點(diǎn)是可以通過(guò)控制膜孔徑選擇性的控制底物與產(chǎn)物的擴(kuò)散、基質(zhì)可以充分接觸微生物細(xì)胞，缺點(diǎn)是傳質(zhì)受到限制、膜容易發(fā)生堵塞、成本也相對(duì)較高[16]。

2.6 新型固定化方法

相比于以上傳統(tǒng)固定化方法，近年來(lái)出現(xiàn)了許多新型固定化方法。李貴銀[17]研究了利用制備的磁性納米殼聚糖微球作為載體對(duì)酵母細(xì)胞進(jìn)行固定化，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在催化反應(yīng)時(shí)，磁性固定化細(xì)胞的活性優(yōu)于游離細(xì)胞,并且有一定的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。周勖[18]利用納米氧化鋅固定化釀酒酵母，結(jié)果表明在催化反應(yīng)中使用含有1×10-2g/mL及以上濃度的納米氧化鋅固定細(xì)胞,能夠使反應(yīng)液及分離后的反應(yīng)上清液具有針對(duì)原核生物較好的抗菌能力。董江清[19]利用新鮮甘蔗去皮后切成的約1 cm3的甘蔗塊固定化酵母細(xì)胞，研究發(fā)現(xiàn)使用這種新型固定化材料固定化的酵母與游離酵母發(fā)酵相比更具有優(yōu)越性，酵母經(jīng)過(guò)固定化后發(fā)酵36 h時(shí)與發(fā)酵相同時(shí)間的游離酵母相比發(fā)酵速率更高。

3 酵母固定化在釀造技術(shù)中的應(yīng)用

固定化酵母能夠提高酵母對(duì)于抑制發(fā)酵性產(chǎn)物和發(fā)酵環(huán)境的耐受力。由于酵母細(xì)胞固定后載體表面和載體內(nèi)酵母細(xì)胞濃度得到提高,形成了濃度優(yōu)勢(shì),從而確保酵母不易染菌,同時(shí)有效的減少了有害物質(zhì)對(duì)酵母產(chǎn)生的抑制作用。

固定化酵母用于釀酒技術(shù)相比于游離酵母，可以有效改善風(fēng)味，使口感更加柔和，同時(shí)由于固定化酵母發(fā)酵過(guò)程中可以有效減少菌體損失，可以用于酒精連續(xù)發(fā)酵中，發(fā)酵效率有效提高。薄艷秋等[20]將加有 SiO2和 Al2O3的 PVA-海藻酸鈉載體進(jìn)行強(qiáng)化，用于固定藍(lán)莓酵母，強(qiáng)化后固定化酵母發(fā)酵的藍(lán)莓酒香味濃郁、持久，口味柔滑，相比之下游離酵母發(fā)酵的藍(lán)莓酒酒體單薄，因酸度太高，苦澀感較重。潘嫣麗等[21]在加入0.01%的以海藻酸鈉作為載體固定化酵母，在25 ℃條件下發(fā)酵8 d，得到了酒精含量在12.8%vol的雪蓮果-西番蓮復(fù)合果酒，該產(chǎn)品色澤淡黃自然、具體和諧的果香和酒香、入口清爽。劉凱[22]利用固定化酵母進(jìn)行啤酒的連續(xù)發(fā)酵，生產(chǎn)出的啤酒的主要理化指標(biāo)與傳統(tǒng)間歇式發(fā)酵所生產(chǎn)出的啤酒接近，對(duì)成品啤酒的品質(zhì)與風(fēng)味沒(méi)有產(chǎn)生不良影響。

4 酵母固定化在制備燃料乙醇中的應(yīng)用

隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染等問(wèn)題日益嚴(yán)重,許多國(guó)家開始積極研發(fā)石油替代資源。燃料乙醇作為一種清潔的可再生能源,因而得到了各方廣泛關(guān)注。然而,菌體抗脅迫能力差、底物轉(zhuǎn)化率低以及生產(chǎn)成本高等問(wèn)題制約了燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此,實(shí)驗(yàn)人員圍繞這些問(wèn)題開展了大量的研究。眾多學(xué)者將酵母細(xì)胞固定化技術(shù)應(yīng)用于燃料乙醇的研究與制備中[23-24],并取得了良好的效果。

固定化酵母發(fā)酵對(duì)酵母細(xì)胞生理特性和代謝活力等方面會(huì)產(chǎn)生影響,如細(xì)胞的形態(tài)、胞內(nèi)的滲透壓、pH和細(xì)胞膜的通透性[25]等,導(dǎo)致酵母細(xì)胞中原本的生理生化平衡環(huán)境被破壞, 并導(dǎo)致胞內(nèi)關(guān)鍵酶活性產(chǎn)生波動(dòng), 出現(xiàn)相容性溶質(zhì)和細(xì)胞周期發(fā)生變化等。GLAZZO等[26]發(fā)現(xiàn)相比于游離酵母，固定化酵母的乙醇生成速率更快, 且前者胞內(nèi)的磷酸果糖激酶與ATPase活性高于前者。DORAN等[27]發(fā)現(xiàn)固定化酵母的胞內(nèi)儲(chǔ)存性多糖含量更高,同時(shí),胞內(nèi)DNA、RNA和蛋白質(zhì)的種類和含量同樣存在著明顯差別。

目前,在燃料乙醇的研究與制備中, 連續(xù)發(fā)酵已經(jīng)逐步取代了分批發(fā)酵工藝,而酵母細(xì)胞固定化技術(shù)可以明顯提升連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的效果,所以在連續(xù)發(fā)酵的同時(shí)加入酵母細(xì)胞固定化技術(shù)進(jìn)行燃料乙醇的生產(chǎn)一貫是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。固定化酵母在燃料乙醇發(fā)酵生產(chǎn)上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。李文[28]利用海藻酸鈉包埋酵母以小麥秸稈作為發(fā)酵底物生產(chǎn)燃料乙醇，發(fā)酵120 h后，乙醇濃度達(dá)28.94 g/L,乙醇產(chǎn)率為76%，并且對(duì)固定化酵母進(jìn)行了循環(huán)利用。王治業(yè)等[29]利用固定化酵母直接發(fā)酵甜菜汁制備燃料乙醇，固定化酵母進(jìn)行甜菜酒精發(fā)酵比游離酵母酒精平均值提高了2.86%。在發(fā)酵過(guò)程中不進(jìn)行滅菌處理的情況下連續(xù)發(fā)酵9個(gè)批次，產(chǎn)酒精性保持穩(wěn)定。鄔全喜[30]利用以海藻酸鈉為載體的固定化酵母生產(chǎn)櫻桃果酒，研究游離態(tài)酵母后期發(fā)酵速度減慢，而且會(huì)產(chǎn)生底物抑制，固定化酵母最終酒精度更高，并且菌體回收方便，在工業(yè)化生產(chǎn)上具有突出的優(yōu)勢(shì)。

5 固定化反應(yīng)器

生物反應(yīng)器的選擇與設(shè)計(jì)是利用固定化酵母連續(xù)生產(chǎn)燃料乙醇的關(guān)鍵之一。目前,得到廣泛應(yīng)用的生物反應(yīng)器主要分為五類[31]:流化床反應(yīng)器，氣升式反應(yīng)器，填充床反應(yīng)器，膜式反應(yīng)器和攪拌反應(yīng)器。

5.1 氣升式反應(yīng)器

使用氣升式反應(yīng)器固定化細(xì)胞的生長(zhǎng)速率較高，混合度相對(duì)較好，而且對(duì)細(xì)胞存在良好的剪切保護(hù)，不易染菌，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耗低。缺點(diǎn)在于不利于生產(chǎn)放大,費(fèi)用偏高[32]。

5.2 流化床反應(yīng)器

流化床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)在于方便連續(xù)操作，剪切力小，傳質(zhì)傳熱效果好并且染菌風(fēng)險(xiǎn)低[33]。但是,這種反應(yīng)器需要固定化介質(zhì)的密度和發(fā)酵液的密度相近,否則會(huì)產(chǎn)生能耗增加、發(fā)酵周期發(fā)生改變、固定化酵母分布不均勻甚至洗出等一系列問(wèn)題。

5.3 填充床反應(yīng)器

填充床反應(yīng)器的特點(diǎn)是返混小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且載體機(jī)械磨損小等。此類反應(yīng)器的缺點(diǎn)是操作過(guò)程中固體催化劑不能更換，易形成氣溝或風(fēng)溝以及傳質(zhì)，傳熱效果較差等。此外,用于填充床反應(yīng)器的固定化介質(zhì)應(yīng)當(dāng)具有良好的不可壓縮性。

5.4 膜式反應(yīng)器

膜式反應(yīng)器催化效率高,易于放大并且有利于對(duì)反應(yīng)過(guò)程的控制,下游相應(yīng)的處理簡(jiǎn)單。然而在發(fā)酵時(shí)，產(chǎn)生的濃差極化以及膜污染等問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致膜式反應(yīng)器的傳質(zhì)速率與生產(chǎn)能力迅速降低，膜孔發(fā)生堵塞、膜厚的增加使膜的結(jié)構(gòu)和形態(tài)產(chǎn)生不利變化[34]，因?yàn)檫@些原因所以反應(yīng)器所使用的膜要求頻繁清洗與更換。

5.5 攪拌反應(yīng)器

攪拌反應(yīng)器配備有攪拌裝置,有良好的傳質(zhì)、傳熱性能。但是攪拌產(chǎn)生的剪切力較大,所以要求固定化介質(zhì)具有一定的機(jī)械強(qiáng)度,否則會(huì)造成固定化介質(zhì)機(jī)械磨損,并導(dǎo)致酵母細(xì)胞外泄。

6 結(jié)語(yǔ)

利用固定化酵母進(jìn)行發(fā)酵，相比于傳統(tǒng)游離酵母具有更加顯著的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也可以提高發(fā)酵速率，未來(lái)固定化酵母的研究方向?qū)⒅饕旁谘芯啃滦凸潭ɑd體，利用納米技術(shù)，磁性聚合物微球等將原有固定化方法進(jìn)行改進(jìn)，開發(fā)廉價(jià)，更利于反復(fù)使用，對(duì)酵母或細(xì)胞毒相對(duì)性小的固定化載體。隨著生物技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位不斷提高，以及固定化技術(shù)的不斷發(fā)展完善和成熟，固定化酵母必然會(huì)在發(fā)酵領(lǐng)域及其他相關(guān)領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

[1] 李濤.固定化酵母在啤酒發(fā)酵中應(yīng)用的研究[D].無(wú)錫:江南大學(xué),2010.

[2] 楊亮.固定化酵母制備南瓜保健酒的工藝研究[D].石家莊:河北科技大學(xué),2012.

[3] 王玲,尚云青,匡鈺,等.固定化菠蘿果酒酵母菌的制備及其應(yīng)用[J].食品與機(jī)械,2012,28(6):218-222.

[4] 李超敏,韓梅,張良,等.細(xì)胞固定化技術(shù)—海藻酸鈉包埋法的研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2006,34(7):1281-1282.

[5] 周寧,陶書中,黃亞?wèn)|.固定化酵母在啤酒連續(xù)發(fā)酵中的研究與應(yīng)用[J].釀酒科技, 2014(6)71-73.

[6] 高亞飛,黃向陽(yáng),尚紅巖,等.固定化糖蜜酒精酵母發(fā)酵條件的優(yōu)化[J].輕工科技,2015,(6):20-21.

[7] 巫小丹,徐爾尼,徐穎宣,等.固定化酵母乙醇發(fā)酵及固化小球微生態(tài)的研究[J].中國(guó)生物工程雜志,2011,31(3):71-75.

[8] 孫佳平.藍(lán)莓果酒發(fā)酵菌株的篩選及固定化技術(shù)的研究[D].哈爾濱:東北農(nóng)業(yè)大學(xué),2009.

[9] 周天行,董江清,林曉珊.固定化酵母發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇研究進(jìn)展[J].科技信息,2011(20):3-4.

[10] 先元華,朱玉潔,梁宗余.不同固定化酵母載體對(duì)啤酒風(fēng)味成分影響研究[J].中國(guó)釀造,2015,34(4):47-50.

[11] 陶書中,黃亞?wèn)|,朱玉潔.吸附-包埋復(fù)合固定化酵母在啤酒連續(xù)后發(fā)酵中的應(yīng)用研究[J].釀酒科技,2013(10):58-60.

[12] 盧燕燕,王寶維.磁性微球固定化酶工藝研究進(jìn)展[J].肉類研究, 2010(5):78-82.

[13] Verstrepen K J,Klis F M.Flocculation,adhesionandbiofilmformationinyeasts[J].Mol Microbiol,2006,60:5-15.

[14] 白鳳武,馮樸蓀.絮凝法固定化增殖細(xì)胞懸浮床生物反應(yīng)器中試放大過(guò)程研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè),1994,20(2):14-17.

[15] 王建龍.生物固定化技術(shù)與水污染控制[M].北京:科學(xué)出版社,2002:6.

[16] QI Wen-tao, MA Juan,YU Wei-ting,et al.Behavior of microbial growth and metabolism in alginate-chitosan-alginate(ACA) microcapsules[J].Enzyme Microb Technol,2006,38(5):697-704.

[17] 李桂銀.磁性納米殼聚糖微球的制備及其固定化酵母細(xì)胞的研究[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué),2008.

[18] 周勖.納米氧化鋅固定釀酒酵母的研究[D].上海:華東理工大學(xué),2013.

[19] 董江清,林曉珊,林旭廣,等.新型固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,39(24):15 001-15 002.

[20] 薄艷秋,張秀玲.酵母的固定化及在藍(lán)莓酒發(fā)酵中的應(yīng)用[J].食品工業(yè)科技,2012,33(2):207-209.

[21] 潘嫣麗,覃海元,黃友琴,等.固定化酵母發(fā)酵雪蓮果—西番蓮復(fù)合果酒工藝的研究[J].中國(guó)釀造,2011,30(2):178-182.

[22] 劉凱.固定化酵母連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)純生啤酒工藝研究[D].南京:南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2012.

[23] 梁磊,張遠(yuǎn)平,朱明軍,梁世中.甘蔗塊固定化酵母的制備及其在蔗汁燃料乙醇生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2009,35(2):76-79.

[24] 趙大偉,孜力汗,張春明,白鳳武.自絮凝顆粒酵母SPSC01發(fā)酵甘蔗糖蜜生產(chǎn)乙醇[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2009,35(9):14-18.

[25] KOURKOUTAS Y,BEKATOROU A,BANATI M,et al.Immobilization technologies and support materials suitable in alcohol beverages production:A review[J].Food Microbiology,2004,21(4):377-397.

[26] Doran P M,Bailey J E.Effects of immobilization on growth,fermentation poperties and macromolecular composition of Saccharomyces cerevisiae attached to gelatine[J].Biotechnology and Bioengineering,1986,28(1):73-87.

[27] Galazzo J L,Bailey J E.GrowingSaccharomycecerevisiaein calcium-alginate beads induces cell alterations which accelerate glucose conversion to ethanol[J].Biotechnology and Bioengineering,1990,36(4):417-426.

[28] 李文.固定化酵母發(fā)酵性能調(diào)控及在制備燃料乙醇中的應(yīng)用[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué),2014.

[29] 王治業(yè),楊暉,趙小鋒,等.固定化酵母直接發(fā)酵甜菜汁生產(chǎn)燃料乙醇的研究[J].中國(guó)釀造,2013,31(8):61-62.

[30] 鄔全喜.固定化酵母生產(chǎn)櫻桃果酒工藝研究[J].食品工業(yè),2013,34(6):41-43.

[31] 高培培,胡純鏗,洪美,等.酵母固定化技術(shù)在燃料乙醇生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2010,36(3):125-128.

[32] ZHAO Xin-qing, BAI Feng-wu.Yeast flocculation:New storyin fuel ethanol production[J].Biotechnology Advances,2009,27(6):849-856.

[33] 劉曉蘭,王欣德,劉長(zhǎng)海,等.固定化共生發(fā)酵無(wú)醇飲料的研究[J].微生物學(xué)通報(bào),1996,23(1):15-18.

[34] Keith B, Tom S.Mini- Review The Application of membrane biological reactors for the reactor for the treatment of wastewaters[J].Biotechnology and Bioengineering,1996,49:601-610.

The application of immobilized yeast in brewing technology and in fuel ethanol

DOU Bing-ran1,GUO Hui-ming1,ZHU Man-li1,LI Wei2,HONG Hou-sheng2,3*

1(Nanjing Tech University, College of Chemistry and molecular Engineering, Nanjing 211816,China) 2(Nanjing University of Technology, College of Biotechnology and Pharmaceutical Engineering, Nanjing 211816,China) 3(Nanjing Highke Bioengineering Equipment Co., Ltd.,Nanjing 210009,China)

Immobilized cell technology is a biological technology developed rapidly after the 1970s and now widely used in many fields, including fermentation industry, food industry, chemical analysis and pharmaceutical industry, fully displaying its superiority. Due to the properties of fast growth, quick reaction, anti-pollution ability , cost effective, and convenience for separation, immobilized cells are more and more applied in the field of food and fermentation. With the above advantages, the immobilized yeast was also studied by more and more researchers. Different immobilization methods and immobilized carrier had great influence on the effect of immobilized yeast. The traditional yeast immobilization methods and new immobilization methods were reviewed in this paper. The application situation of immobilized yeast in brewing technology and the field of fuel ethanol were introduced. The application prospect and the research direction of the immobilized yeast were also forecasted in this paper.

immobilization; yeast; ethanol; immobilized bioreactor

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201610036

碩士研究生(洪厚勝教授為通訊作者,E-mail:hhs@njtech.edu.cn)。

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)- 生物過(guò)程關(guān)鍵技術(shù)及裝備開發(fā) (No. 2012AA021201)

2016-04-12，改回日期：2016-05-19