细胞固定化技术的研究进展

1.1 有载体固定化细胞
有载体固定化细胞是将动物、植物或微生物 细胞固定于合适的不溶性载体上，并应用于工业 化生产。
有载体细胞固定化技术不但可以提高生产效 率，延长细胞寿命，增加生产能力，而且在生产 后期易于进行细胞的分离和回收，因此在生产实 践中得到了广泛的应用。
夏黎明等人将1.2％的Al2 O3 添加在质量分数为2％ 的CaCl2 溶液中，形成机械强度较好、富有弹性、对糖 的利用率高和发酵眭能好的凝胶粒子，用以固定化休哈 塔假丝酵母(Candida shehatae)细胞，证实了采用固定 化增殖细胞发酵己糖和戊糖，固定化凝胶珠的稳定性强， 操作简便，发酵速度快，生产周期短，酒精得率高。
1959年，Hattori和Furusaka首次将大肠杆 菌F.col吸附在树脂上，实现了细胞固定化。 1973年，含有L一天冬氨酸酶的微生物被固定化， 并用于L一天冬氨酸的生产。20世纪70年代末， 动物、植物固定化细胞技术也得到了快速的发展。
1、细胞固定化方法
细胞固定化方法很多，杨文英等介绍了吸附 法、包埋法、共价结合法、交联法、多孔物质包 络法、超过滤法、多种固定化方法的联用等7种 制备固定化细胞的方法。成庆利等人同根据有无 外加载体，将细胞固定化分为有载体固定化和无 载体固定化。
的生物反应器 （2）生产初级产物的反应器
影响反应器选择的因素有固定化方法、固定化细胞 的形状、颗粒大小、密度、机械强度、底物的性质、抑 制作用、流体动力学的特性以及经济因素等。
目前能供选择使用的反应器有连续搅拌罐 反应器、填充床反应器 、流化床反应器、膜反 应器 、转盘式生物反应器、塔式反应器、纤维 固定细胞反应器、筛板反应器和循环床反应等， 但迄今为止还没有一种通用的、理想的反应器， 因此必须针对各自研究或生产的对象，选用或 研制合适的生物反应器。
2 固定化细胞的载体材料
适用于固定化技术的常用载体材料包括有机载体、 高分子载体和无机载体等，其中高分子材料因其诸多良 好的性能往往成为人们首选的载体材料。高分子载体一 般可分为天然高分子材料和人工合成高分子材料两大类。 天然高分子材料主要包括卡拉胶、明胶、琼脂、甲壳素、 壳聚糖、海藻酸钙、醋酸纤维素和血纤维蛋白等；人工 合成高分子材料主要包括聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇 (PVA)、聚氨酯、光敏树脂、聚乙烯氧化物等高聚物。
另外，研究工作者还通过原生质融合等方法对不同 酵母菌株进行改造，获得了目的菌株。发酵能力强、啤 酒风味好的非絮凝性酵母(卡尔斯伯酵母B8)与强凝集性 的酵母A43融合，得到了具有强凝聚性、并保留了B8良 好特性的融合菌株
不过目前微生物絮凝剂的研究主要停留在实验室研 究阶段，要达到大规模的工业应用，尚需对微生物合成 絮凝剂的条件和影响微生物絮凝剂活性的因素进行更深 人研究，以便寻找到廉价的培养基和控制絮凝剂发挥作 用的最优条件。
李学梅等人，采用海藻酸钙包埋法固定米根霉，在 二相流化床生物反应器中，进行重复利用固定化颗粒的 间歇及连续操作制备L-乳酸，固定化米根霉的产酸速率 达16～18g/(L-beads.h)，反应器生产能力约为传统搅拌 罐游离细胞发酵的3倍。
有载体固定化细胞的应用简便易行，成本低 廉，操作方便，在生产实践中得到了广泛应用。 其不足之处是每批培养的细胞都需要投加载体， 并且每批效果优劣不一，一旦效果不好，就得丢 弃，造成人力、物力和财力浪费，影响生产。
选择高分子载体材料时应考虑的关键因素
（1）载体材料的稳定性(包括对温度、pH值、微生物试 剂和化学试剂的稳定性)及生物相容性
（2）制备固定化细胞的方法及成型的难易 （3）较好的机械强度并能长时间重复使用 （4）毒性(包括对人和对细胞的存活性)的影响 （5）培养基的来源和成本
3 生物反应器的选择
固定化细胞系统的生产能力和在工业上应用的可行 性，在很大程度上取决于反应器的选择，按其用途可以 分为2类： （1）生物转化反应器，其产物的生成与细胞生长无关
4、细胞固定化技术研究及应用现状
目前随着对细胞固定化技术的深入研究，固定化活 细胞或称为固定化增殖细胞的研究工作几乎涵盖了所有 的微生物发酵工艺，已有大量的研究文献发表，并且部 分研究成果已应用于生产实践，比如啤酒生产、氨基酸、 有机酸发酵和抗生素生产等。
1.2 无载体固定化细胞
20世纪80年代初，K．Ease等人率先提出利 用某些具有自身强絮凝能力的菌株形成颗粒，以 此作为一种固定化细胞的方法，即无载体固定化 细胞。无载体固定化细胞即微生物细胞絮凝，通 常指细胞在生长期间发生的无性凝集。
与各种载体固定化细胞技术相比，这种无载体固定 化细胞技术具有非常突出的优点。
此之间的协调
白风武详细论述了无载体固定化酵母细胞酒精连续 发酵的工业化应用。从无载体固定化酵母细胞酒精连续 发酵3000t规模装置的运行来看，不仅生物反应器的设 备生产强度指标大大提高，而且由于酵母细胞固定化完 全，发酵液中几乎检测不到酵母细胞，酒精精馏后塔釜 液的COD由传统工艺的30000～40000mg/kg降低到10 000～15000mg/kg，使得大部分甚至全部废水直接循环 使用成为可行，由此可望解决长期以来困扰酒精发酵行 业的污水治理问题。
研究生读书报告
细胞固定化技术的研究进展
吴海ห้องสมุดไป่ตู้ 2008年1月
细胞的固定化是在固定化酶基础上发展起来
的一种高新技术和方法，是指利用化学或物理的 手段将微生物自然固定于限定的空间区域内，保 持其固有的催化活性，并能反复使用。固定化生 物细胞能持续增殖、休眠及衰亡，其活性始终保 持稳定。固定化的生物细胞除保持其原有的识别、 结合和催化活性外，还具有易于分离、可重复使 用及稳定性提高等显著的优点。
（1）细胞的固定化方法非常简单 （2）不使用细胞生长和代谢产物合成所需营养物质以外
的其他任何化学物质 （3）自絮凝细胞颗粒表面不断自我更新，整体活性较好 （4）在生物反应器中，小颗粒的絮凝和大颗粒的解离可
以呈动态平衡，不存在载体固定化细胞的强度问题 （5）适宜的微生态环境，使之有利于细胞代谢过程中彼