《工业微生物学》第三章 (4)某些情况下,固定化可以使菌株的遗传性状稳定 (5)可以保护某些细胞免受剪切损伤 (6)简化了下游的细胞分离步骤 细胞固定化就是通过包埋法、微胶囊化、吸附法等手段,将微生物细胞限制在载 体的内部或表面。目前,最常用的是利用聚合物进行细胞的包埋。包埋法不会损伤细胞 但它容易造成严重的营养物和代谢产物的传质量阻力,因此应尽量采用多孔材料,形成 的颗粒要尽可能小。包埋材料有琼脂、海藻酸盐、k-角叉(菜)胶、聚丙烯酰胺、壳聚 糖、明胶和胶原等:微胶囊是由半透膜形成的中空球体,营养物和产物通过膜进出,因 为细胞悬浮在微囊中,所以,球内扩散限制较低。许多材料可以用于做微胶囊,如尼龙 火棉胶、聚苯乙烯、丙烯酸盐、硫酸纤维素和聚脲等,见表3.3.3 最简单的包裹方法是采用中空纤维反应器,将细胞接种到纤维外侧,营养液在纤维 管内部流动,通过管壁扩散到细胞侧,代谢产物可以通过管壁扩散到营养液流动相。载 体表面吸附法的应用也较为普遍,细胞吸附量及其牢固程度主要与细胞和载体表面性质 有关。微孔载体材料可以获得较高的细胞吸附量。丝状菌体除了可以通过静电、氢键和 范德华力等与载体相互吸引外,还能靠菌丝紧紧缠绕在载体上,较适合采用吸附法进行 固定。细胞吸附的材料主要有多孔玻璃、多孔硅石、氧化铝、陶瓷、明胶、壳聚糖、活 性炭、木片、聚丙烯、离子交换树脂(DEAE- Sephadex, CMC-)和 Sepharose等。细胞表 面固定也可以通过化学共价偶联,见表334。由于细胞和载体表面的反应基团较难相配, 偶联试剂对细胞有较大毒性,所以,共价固定化方法较少使用于活细胞 表334细胞表面固定的例子 细胞 载 一应用 帆乳酸杆菌( Lactobacillus s)明胶(吸附) 将葡萄糖转化成乳酸 Clostridium acetobutylicum)离子交换树脂(吸附) 将葡萄糖转化成醋酸和丁醇 Sephadex(吸附) 链霉素 氧化钛(共价固定) (B. subtillis) (Solanum aviculare) 琼脂糖(共价固定) 聚苯氧(共价固定) 形成糖碱类固醇(ster 补料 补料 循环室 循环室 产物 产物 泵 交替通入空气 图3315填充床和流化床固定化细胞反应器示意图 分批培养时,只按实线运行;连续培养时,按实线和虚线运行 因为固定化载体常常是易碎的,以及固定的细胞容易脱落等原因,固定化细胞培养 器(或称反应器)中的剪切力也不宜过高,一般采用填充柱、流动床或气升式反应器。 机械搅拌式反应器只适用于载体牢固、不易脱落的固定化细胞。通常是将固定化细胞装 在反应器内,一端流入培养基,另一端放出发酵液,而固定化微生物细胞始终停留在反 应器内。固定化细胞反应器可以进行连续培养,也可以是分批培养,见图3.3.11。这里 指的连续培养并不一定是严格意义上的恒浊培养或恒化培养,只是指培养可以不间断地《工业微生物学》 第三章 10 （4）某些情况下，固定化可以使菌株的遗传性状稳定。 （5）可以保护某些细胞免受剪切损伤。 （6）简化了下游的细胞分离步骤。 细胞固定化就是通过包埋法、微胶囊化、吸附法等手段，将微生物细胞限制在载 体的内部或表面。目前，最常用的是利用聚合物进行细胞的包埋。包埋法不会损伤细胞， 但它容易造成严重的营养物和代谢产物的传质量阻力，因此应尽量采用多孔材料，形成 的颗粒要尽可能小。包埋材料有琼脂、海藻酸盐、k-角叉（菜）胶、聚丙烯酰胺、壳聚 糖、明胶和胶原等；微胶囊是由半透膜形成的中空球体，营养物和产物通过膜进出，因 为细胞悬浮在微囊中，所以，球内扩散限制较低。许多材料可以用于做微胶囊，如尼龙、 火棉胶、聚苯乙烯、丙烯酸盐、硫酸纤维素和聚脲等，见表 3.3.3。 最简单的包裹方法是采用中空纤维反应器，将细胞接种到纤维外侧，营养液在纤维 管内部流动，通过管壁扩散到细胞侧，代谢产物可以通过管壁扩散到营养液流动相。载 体表面吸附法的应用也较为普遍，细胞吸附量及其牢固程度主要与细胞和载体表面性质 有关。微孔载体材料可以获得较高的细胞吸附量。丝状菌体除了可以通过静电、氢键和 范德华力等与载体相互吸引外，还能靠菌丝紧紧缠绕在载体上，较适合采用吸附法进行 固定。细胞吸附的材料主要有多孔玻璃、多孔硅石、氧化铝、陶瓷、明胶、壳聚糖、活 性炭、木片、聚丙烯、离子交换树脂（DEAE-Sephadex,CMC-）和 Sepharose 等。细胞表 面固定也可以通过化学共价偶联，见表 3.3.4。由于细胞和载体表面的反应基团较难相配， 偶联试剂对细胞有较大毒性，所以，共价固定化方法较少使用于活细胞。 表 3.3.4 细胞表面固定的例子 细胞 载体 应用 乳酸杆菌（Lactobacillus sp) (Clostridium acetobutylicum) (Streptomyces) E.coli (B.subtillis) (Solanum aviculare) 明胶（吸附） 离子交换树脂（吸附） Sephadex（吸附） 氧化钛（共价固定） 琼脂糖（共价固定） 聚苯氧（共价固定） 将葡萄糖转化成乳酸 将葡萄糖转化成醋酸和丁醇 链霉素 形成糖碱类固醇（ steroid glycoalkaloids) 图 3.3.15 填充床和流化床固定化细胞反应器示意图 分批培养时，只按实线运行；连续培养时，按实线和虚线运行 因为固定化载体常常是易碎的，以及固定的细胞容易脱落等原因，固定化细胞培养 器（或称反应器）中的剪切力也不宜过高，一般采用填充柱、流动床或气升式反应器。 机械搅拌式反应器只适用于载体牢固、不易脱落的固定化细胞。通常是将固定化细胞装 在反应器内，一端流入培养基，另一端放出发酵液，而固定化微生物细胞始终停留在反 应器内。固定化细胞反应器可以进行连续培养，也可以是分批培养，见图 3.3.14。这里 指的连续培养并不一定是严格意义上的恒浊培养或恒化培养，只是指培养可以不间断地