Recyclable β-Glucosidase by One-Pot Encapsulation with Cu-MOFs for Enhanced Hydrolysis of Cellulose to Glucose

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作者
Lei Wang,Wenjing Zhi,Jing Wan,Juan Han,Chunmei Li,Yun Wang
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:7 (3): 3339-3348 被引量:104
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.8b05489
摘要

Enhancing the stability and reusability of enzymes by encapsulating them within a powerful class of porous materials termed metal–organic frameworks (MOFs) has been demonstrated by recent studies. However, in all of these reports, the stability of MOFs under acidic conditions was a major issue for enzymes with catalytic activity at low pH. The objective of this study is to encapsulate the β-glucosidase (β-G) into the Cu-MOF due to its acidic stability, using a coprecipitation approach. Indeed, the as-prepared β-G@Cu(PABA) biocomposite with high encapsulation efficiency exhibited enhanced resistance to acidic and thermal conditions as well as organic solvents. Importantly, the β-G@Cu(PABA) biocomposite showed superior reusability, retaining 90% of activity even after 10 cycles. Using the hydrolysis of carboxymethylcellulose (CMC) as a mode, the mixture of β-G@Cu(PABA) biocomposite and coimmobilized cellulase afforded 98% glucose yield, which was twofold enhancement when compared with coimmobilized cellulose alone. The β-G@Cu(PABA) biocomposite and coimmobilized cellulase could been easily recovered and recycled to still retain 70% productivity in the eight cycles for hydrolyzing CMC. This discovery for the first time highlights the potential of Cu-MOF in preserving the enzymes under acidic conditions. The developed β-G@Cu(PABA) biocomposite by coprecipitation approach affords a valuable platform for enzyme-based industrial applications.
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