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第十四章 固定化细胞发酵 Fermentation with immobilized cells 第一节 概述 一、定义 固定化细胞就是被限制自由移动的细胞，既细胞受到物理化学等因素约束或限制在一定 的空间界限内，但细胞仍保留催化活性并具备能被反复或连续使用的活力。是在酶固定化基 础上发展起来的一项技术。 二、固定化细胞的优点 1，与游离细胞相比 与游离细胞发酵相比，固定化细胞发酵具有以下优点： （1）固定化细胞可以将微生物发酵改为连续酶反应 （2 ）可以获得更高的细胞浓度； （3 ）细胞可以重复使用； （4 ）在高稀释率时，不会产生洗脱现象； （5 ）单位容积的产率高； （6 ）提高遗传稳定性； （7 ）细胞不会受到剪切效应的影响。 （8 ）发酵液中菌体含量少，有利与产品的分离纯化。 2 ，与固定化酶相比 与固定化酶相比，固定化细胞具有以下优点： （1）免去了破碎细胞提取酶的手续 （2 ）酶在细胞内的稳定性较高，完整细胞固定化后酶活性损失少 （3 ）固定化细胞制备的成本比固定化酶低 （4 ）无需辅酶再生 三、固定化细胞的缺点 虽然固定化细胞具有上述许多优点，但也有不足之处，具体表现在： 1，仅能利用胞内酶； 2 ，细胞膜、细胞壁和载体都存在着扩散限制作用； 3，载体形成的孔隙大小影响高分子底物的通透性； service@100 4 ，可能有副反应。 四、固定化细胞的分类 1，按固定的细胞类型不同分为三类： （1）微生物； （2 ）动物； （3 ）植物。 2 ，按细胞的生理状态不同分为两大类： （1）死细胞：包括完整细胞、细胞碎片、细胞器。适用于一种酶催化的反应。 （2 ）活细胞：包括增殖细胞、静止细胞、饥饿细胞。适用于多酶反应，特别是需要辅 酶的反应。 第二节 细胞固定化的方法 细胞固定化方法有：Adsorption （吸附）；covalent bonding （共价结合）；Cross linking （交联）；Entrapment （包埋）、Encapsulation （微胶囊）。下面对这几种做具体介绍。 一、吸附法 1，原理 利用载体和细胞表面所带电荷的静电引力（van der Walls forces ），使细胞吸附于载体上。 吸附法可分为物理吸附和离子吸附两种。该法操作简单，固定化过程对细胞活性影响小。 2 ，载体的材料 采用吸附法固定细胞，所用的载体主要有：硅藻土、木屑、多孔玻璃、活性炭、 多孔陶瓷、离子交换树脂和等。塑料 3，影响吸附固定化的因素 （1）Z- 电位 （2 ）细胞的性质和细胞壁的组成 （3 ）载体的性质 （4 ）pH 二、共价结合法 利用细胞表面的反应基团（如氨基、羧基、羟基、巯基、咪唑基）与活化的无机或有机 载体反应，形成共价键将细胞固定。用该法制备的固定化细胞一般为死细胞。 service@100 三、交联法 利用双功能或多功能试剂与细胞表面的反应基团（如氨基、羧基、羟基、巯基、咪唑基） 反应，从而使细胞固定。常用的交联剂包括：戊二醛、甲苯二异氰酸酯、双重氮联苯胺。 由于交联试剂的毒性，这一方法具有一定的局限性。 四、包埋法 包埋法是细胞固定化最常用的方法。包埋法可以分为： 1，微胶囊法：利用半透性聚合物薄膜将细胞包裹起来，形成微型胶囊； 2 ，凝胶包埋法：是在无菌条件下，将生物细胞和胶溶液混合在一起，然后再经过相应 的造粒处理，形成直径为1-4mm 的胶粒。 常用的包埋剂为：聚丙烯酰胺、琼脂、海藻酸、卡拉胶、二醋酸纤维、三醋酸纤维、明 胶等。 五、固定化方法的比较 吸附法：条件温和、方法简便、载体可再生。但操作稳定性差。 共价法：操作稳定性高。但由于试剂的毒性，易引起细胞的破坏。 交联法：可得到高细胞浓度