细胞固定化PPT

固定化细胞技术（简称IMC），也称固定化微生物技术，是指通过 化学或物理手段，将微生物细胞固定在载体上使之成为不悬浮于水但仍保 留其固有的生物催化活性，在适宜条件下能被重复连续使用的生物工程技 术。最初主要用于工业微生物发酵中。70年代后期，由于水污染问题日 益严重，迫切需要开发高效废水处理技术。于是人们开始考虑将固定化细 胞技术引入废水处理领域。该技术可将筛选出的优势菌种或微生物加以固 定，从而构成一个高效的废水处理系统。
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2、包埋法 包埋法的原理是将微生物细胞截留在水不溶性的凝胶聚合物孔隙的
网络空间中或埋于半透膜聚合物的超滤膜内，通过聚合作用、离子网络形 成、沉淀作用，以及通过改变溶剂、温度、pH 值来阻止细胞的泄漏，同 时能让底物渗入和产物扩散出来。
目前应用最为广泛的是凝胶包埋法固定大肠杆菌细胞。与液体发酵 相比，包埋的大肠杆菌生产周期短、产物分离方便、能耗低、设备投资少 且大大改善操作条件。包埋法仍存在一些不足，如包埋材料对细胞的毒性 作用、材料本身阻碍大分子底物和氧的扩散、使用过程中的杂菌污染等， 这些还需要进行更深入的研究。
（5）在反应器内长时间运转过程中，固定化系统具有良好的机械稳定性 和化学稳定性； （6）用于制备固定化细胞的载体对细胞来说是惰性的，不损伤细胞； （7）固定化系统使底物、产物和其他代谢产物能够自由扩散，因为产物 和其他代谢产物常常能抑制细胞的酶反应，更需要能够尽快扩散，以消 除抑制作用； （8）单位体积的固定化系统拥有尽可能多的细胞，以更后，氧和底物的传质速率也发生了变化，尤其是采用多 孔载体时，由于载体的作用，使得反应系统中主体的底物浓度及氧浓度与 微生物所处区域的底物及氧浓度发生差异，从而引起固定化后传质效果的 变化。通常，固定化后氧传质收到的阻碍更为明显，因此在好氧条件下， 由于氧传质的限制，固定化微生物处理的废水中的有机物浓度不能过高， 以免限制高密度的微生物活性的充分发挥；在厌氧条件下，由于不存在氧 传质供应的问题，废水中有机物的浓度可以大大高于好氧情况。所以，固 定化微生物的高处理能力可以得到充分体现，而且可以长时间地保持较高 的生物量和活性，充分显示出固定化微生物的优越性。

细胞的固定化方法
细胞的固定化是指将细胞固定在基质或载体上，以提高细胞的稳定性和活性。

常用的细胞固定化方法包括以下几种：
1. 吸附固定法：将细胞直接吸附在材料表面或载体上，利用细胞表面的黏附分子与载体之间的相互作用来实现固定。

2. 包埋固定法：将细胞包埋在凝胶状基质中，如琼脂、明胶等，使细胞被基质包围并固定。

3. 膜固定法：将细胞培养在膜状基质上，如多孔膜、膜过滤器等，通过滤膜孔径的大小限制细胞的扩散和移动，达到固定化的效果。

4. 凝胶固定法：将细胞固定在凝胶状基质中，如凝胶微珠、凝胶纤维等，通过凝胶网络的陷阱效应或物理捕获作用固定细胞。

5. 化学固定法：利用化学反应将细胞与基质或载体发生共价键结合，如利用交联剂将细胞与基质交联在一起。

6. 免疫固定法：利用抗体与细胞表面分子的特异性结合来固定细胞，如将细胞与抗体标记的磁珠结合，通过磁场来固定细胞。

7. 遗传工程固定法：通过基因工程手段改造细胞，使其表达固定化相关蛋白，如细胞表面上的黏附分子或颗粒，实现细胞的固定化。

每种固定化方法都有其适用的特定情况和优缺点，选择适合的固定化方法需要考虑细胞性质、应用需求以及固定化后细胞的稳定性和活性等因素。

1、举例说明固定化酶和固 定化细胞的应用。
2、初步学会制备固定化酵 母细胞。
一、基础知识： （一）固定化酶的应用实例
阅读教P49，并思考：
1、生产高果糖浆的方法是什么？ 2、生产高果糖浆需要什么酶？其作 用是什么？这种酶有何特点？ 3、了解高果糖浆生产过程。 4、这种方法的优点是什么？
1、生产高果糖浆的方法是？
〖思考6〗发酵过程中锥形瓶为什么要 密封？ 酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。
〖思考7〗锥形瓶中的气泡和酒精是怎 样形成的？
酵母菌进行无氧呼吸产生的。 〖思考8〗在利用固定化酶或固定化细 胞进行生产的过程中，需要无菌操作 吗？ 需要。
这一阶段成功与否呢？怎 样评价？
观察发酵的葡萄糖溶液； 利用固定的酵母细胞发酵产生 酒精，可以看到产生了很多气 泡，同时会闻到酒味。 还有其他方法吗？
（2）配制CaCl2溶液： 0.83gCaCl2＋150mL蒸 馏水 →200mL烧杯→溶解备 用。
（3）配制海藻酸钠溶液:（注意浓度）
0.7g海藻酸＋10mL水→50mL烧杯→ 酒精灯微火（或间断）加热，并不断 搅拌，使之溶化→蒸馏水定容到 10mL。 〖思考3〗微火加热并不断搅拌的 目的是什么？ 防止海藻酸钠焦糊。
固定 成本低，操作更容易 固定后的细胞与反应物不容易接近， 化细 可能导致反应效果下降。 胞
课堂小结：
• 基础知识 固定化酶的应用技术 固定化细胞技术
.实验操作
制备固定化酵母细胞 用固定化酵母细胞发酵
练习：
1、下列说法不正确的是（ D ） A、葡萄糖与固定化葡萄糖异构酶接触， 转化成的是果糖 B、从固定化酶反应柱下端流出的是果 糖 C、高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、 糖尿病、龋齿和心血管病 D、酶溶解于葡萄糖溶液，可以从糖浆 中回收

随着固定化技术的发展，也可采用含酶菌体 或菌体碎片进行固定化，直接应用菌体或菌 体碎片中的酶或酶系进行催化反应，这称之 为固定化菌体或称固定化死细胞。
1973年，日本首次在工业上成功地应用固定 化大肠杆菌菌体中的天门冬氨酸酶，由反丁 烯二酸连续生产L—天门冬氨酸。
固定化酶和固定化菌体都是以酶的应用为目 的，它们的制备和应用方法也基本相同
在固定化酶和固定化菌体的基础上，70年代后期 出现了固定化细胞技术。固定化细胞是指固定在载体 上并在一定的空间范围内进行生命活动的细胞。也称 为固定化活细胞或固定化增殖细胞。

1976年，法国首次用固定化酵母细胞生产啤 酒和酒精。1978年，日本用固定化枯草杆菌 细胞生产α-淀粉酶的研究成功，开始了用 固定化细胞生产酶的先例。
玉米淀粉 → 液化、糖化 → 葡萄糖浆 → 膜 过滤 → 离交、浓缩 → 异构化 → 部分变成 果糖（42%）→混合 →浓缩、精制→ 55% 高果糖浆 参与的酶： α—淀粉酶、淀粉葡萄糖苷酶 葡萄糖异构酶
淀粉酶能将淀粉水解为葡萄糖吗?
固定化菌体
用于固定化的酶，起初都是采用经提取和分 高纯化后的酶。
这一发现是酶的推广应用的转折点，也是酶工程发展的转折点。在此基 础上，酶的固定化技术日新月异。
60年代后期，固定化技术迅速发展。 1969年，日本的千烟一郎首次在工业 生产规模应用固定化氨基酰化酶从DL氨基酸连续生产L-氨基酸，实现了酶 应用史上的一大变革。
此后，固定化技术迅速发展，促使酶 工程作为一个独立的学科从发酵工程 中脱颖而出。
缺点： 固定化过程中往往会引起酶的失活 固定化酶活力回收率低，且不适合用于 高分子质量的底物。
高果糖浆
也称果葡糖浆或异构糖浆，它是 以酶法糖化淀粉所得的糖化液，经葡 萄糖异构酶的异构作用，将其中一部 分葡萄糖异构成果糖，由葡萄糖和果 糖而组成的一种混合糖糖浆。