固定化

催化生化反应、细胞数量增值的方法

固定化：英文名immobilized; immobilization; 所谓固定化是指用物理或化学方法使酶成为不溶性衍生物或使细胞成为不易从载体上流失的形式制成生物反应器用以催化生化反应、细胞数量的增殖等。

分类

1、它包括固定化酶技术和固定化细胞技术。固定化细胞载体主要可分为两大类, 一类是无机载体, 如硅藻土、活性炭等;另一类是有机载体, 又可分为两种, 一种为天然高分子凝胶载体, 如琼脂、角叉莱胶和海藻酸钙等, 它们无生物毒性, 传质性好, 但强度低, 在厌氧条件下易被生物分解。另一种是有机合成高分子凝胶载体, 如聚丙烯酰铵(ACRM) 凝胶、聚乙烯醇( PVA) 凝胶等, 一般强度较好, 但传质性能较差, 包埋后对细胞活性有影响。

与天然游离细胞相比，固定化细胞过程的优点可表现为：细胞固定化载体为微生物生长提供了充足的空间;保证了生物反应器内较高的细胞浓度使得反应速度加快，从而有较高的生产力;‚由于细胞被载体固定，因而不会产生流失现象，连续反应的稀释率大大提高;ƒ分离纯化过程中菌体细胞从发酵液中分离十分容易;„由于固定化细胞可以长期多次重复使用，简化了游离细胞过程需不断培养菌体的繁复操作，防止营养基质的浪费。

固定化微生物细胞的实用化对包埋载体的要求包括：

（1）固定化过程简单，反应温和，易于制成各种形状，能在常温常压下固定化；

（2）原料易得，成本低；

（3）载体对细胞呈惰性，固定化过程中及固定化后对微生物无害；

（4）固定载体透光性好，反应底物和产物的扩散阻力小；

（5）单位体积内的固定化细胞密度大；

（5）机械强度和化学稳定性好；

（7）耐微生物分解，可以耐受由于生物增殖引起的破裂；

（8）载体内细胞泄漏少，外面的细胞难以进入；

常用微生物固定化方法一般来说,大致可以分成吸附法、共价结合法、交联法和包埋法四大类：

1吸附法：很多细胞都有吸附到固体物质表面,或其他细胞表面的能力, 吸附法可分为物理吸附法和离子吸附法,前者是使用具有高度吸附能力的硅胶、活性炭、多孔玻璃、沸石，石英砂和纤维素等吸附剂将细胞吸附到表面上使之固定化。后者根据细胞在解离状态下可因静电引力而固着于带有相异电荷的离子交换剂上。用木屑吸附细胞装填的固定化反应器来生产乙酸，是最早应用固定化细胞过程之一。吸附法的过程技术要求简单，成本低，载体可再生重复利用，空间位阻小，反应过程温和，但是牢固性较差，当外界环境发生突变时，易造成微生物（酶）从载体上脱落。固定化细胞（酶）的结合量以及生物活性收到载体种类的影响较大。在这类系统中，细胞与溶液之间没有屏障，因此不能用于要求出口料液不含游离细胞的场合。

2共价结合法：共价结合法是细胞表面上官能团和固相支持物表面的反应基团之间形成化学共价键连接实现细胞固定化的方法。采用共价结合法固定的微生物与固相载体的结合力较强，但是因为固定过程中反应激烈，操作较复杂，因而对微生物活性存在较大抑制，普遍应用性较差。

3交联法：交联法与共价结合法类似, 利用载体表面两个或者两个以上官能团与细胞之间发生分子间的交连使细胞固定化,但交联法所采用的载体是非水溶性的，交联剂多采用戊二醛、双重氮联苯胺等。交联法固定的细胞与载体联结牢固，稳定性高，但是交联过程生化反应复杂，反应激烈，抑制了微生物的活性，适用范围较狭窄。

4包埋法：包埋法是细胞固定化最常用的方法。按照包埋系数的结构可分为凝胶包埋和微胶囊法,即将细胞包裹于凝胶的微小格子内或半透膜聚合物的超滤膜内, 该方法成本低，操作简单, 对细胞活性影响较小, 制作的固定化细胞球的强度较高。但传质阻力较大。

综合性能

包埋法有较好的综合性能，催化活性保留和存活力都比较高，且包埋在反应工程（包括反应器的设计、操作稳定性等）中应用灵活，因此，包埋法成为整个固定化生物催化剂技术中应用最广泛的固定化方法；但是包埋法的扩散阻力较大，使细胞的催化活性受到限制，较适合于小分子底物与产物的反应。

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