第十四章

固定化細胞發酵第一節概述一、定義固定化細胞就是被限制自由移動的細胞，既細胞受到物理化學等因素約束或限制在一定的空間界限內，但細胞仍保留催化活性并具備能被反復或連續使用的活力。二、固定化細胞的優點1.與游離細胞相比（1）固定化細胞可以將微生物發酵改為連續酶反應；（2）可以獲得更高的細胞濃度；（3）細胞可以重復使用；（4）在高稀釋率時，不會產生洗脫現象；（5）單位容積的產率高；（6）提高遺傳穩定性；（7）細胞不會受到剪切效應的影響；（8）發酵液中菌體含量少，有利與產品的分離純化。2.與固定化酶相比（1）免去了破碎細胞提取酶的手續

（2）酶在細胞內的穩定性較高，完整細胞固定化后酶活性損失少

（3）固定化細胞制備的成本比固定化酶低（4）無需輔酶再生三、固定化細胞的缺點1.僅能利用胞內酶；2.細胞膜、細胞壁和載體都存在著擴散限制作用；3.載體形成的孔隙大小影響高分子底物的通透性；4.可能有副反應。四、固定化細胞的分類1.按固定的細胞類型（1）微生物（2）動物（3）植物2.按細胞的生理狀態（1）死細胞：包括完整細胞、細胞碎片、細胞器。適用于一種酶催化的反應。（2）活細胞：包括增殖細胞、靜止細胞、饑餓細胞。適用于多酶反應，特別是需要輔酶的反應。第二節細胞固定化的方法細胞固定化方法有：

Adsorption（吸附）Covalentbonding（共價結合）Crosslinking（交聯）Entrapment（包埋）Encapsulation（微膠囊）一、吸附法1.原理利用載體和細胞表面所帶電荷的靜電引力（vanderWallsforces），使細胞吸附于載體上。吸附法可分為物理吸附和離子吸附兩種。該法操作簡單，固定化過程對細胞活性影響小。2.載體的材料硅藻土、木屑、多孔玻璃、活性炭、多孔陶瓷、離子交換樹脂、塑料等3.影響吸附固定化的因素（1）Z-電位（2）細胞的性質和細胞壁的組成（3）載體的性質（4）pH二、共價結合法利用細胞表面的反應基團（如氨基、羧基、羥基、巰基、咪唑基）與活化的無機或有機載體反應，形成共價鍵將細胞固定。用該法制備的固定化細胞一般為死細胞。三、交聯法利用雙功能或多功能試劑與細胞表面的反應基團（如氨基、羧基、羥基、巰基、咪唑基）反應，從而使細胞固定。常用的交聯劑包括：戊二醛、甲苯二異氰酸酯、雙重氮聯苯胺。四、包埋法包埋法是細胞固定化最常用的方法包埋法可以分為：1.微膠囊法：利用半透性聚合物薄膜將細胞包裹起來，形成微型膠囊；2.凝膠包埋法：是在無菌條件下，將生物細胞和膠溶液混合在一起，然后再經過相應的造粒處理，形成直徑為1-4mm的膠粒。常用的包埋劑為：

聚丙烯酰胺、瓊脂、海藻酸、卡拉膠、二醋酸纖維、三醋酸纖維、明膠等五、固定化方法的比較

吸附法：條件溫和、方法簡便、載體可再生。但操作穩定性差。共價結合法：操作穩定性高，但由于試劑的毒性，易引起細胞的破壞。交聯法：可得到高細胞濃度，但機械強度低，無法再生，不適于實際應用。包埋法：細胞和載體間沒有束縛，固定化后，細胞仍保持較高活力。但這類方法只適用于小分子底物。第三節固定化細胞的形狀及性質一、形狀目前大多數制備成顆粒狀珠體二、性質1.pH2.溫度3.穩定性第四節固定化細胞反應器一、固定化細胞反應器的優點在固定化細胞反應器中采用高稀釋率有以下優點：1.生產強度、轉化率高2.具有更好的穩定性3.節省投資和能耗二、固定化細胞反應器的類型固定化細胞反應器包括：細胞再循環系統（Cellrecyclesystems）固定床反應器（Fixedbedreactors）流化床反應器（Fluidizedbedreactors）絮凝細胞系統（Flocculatedcellsystems）1.細胞再循環系統

2.固定床反應器

3.流化床反應器

4.絮凝細胞系統

第五節固定化細胞的應用一、抗生素的