固定化细胞的原理及固定化酶应用介绍

细胞的种类多种多样，大小和特性个不相同，故此细胞固定化的方法有很多种。归结起来，主要可以分为吸附法和包埋法两大类。

吸附法

利用各种吸附剂，将细胞吸附在其表面而使细胞固定的方法称为吸附法。

用于细胞固定化的吸附剂主要有硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料、金属丝网、微载体、和中空纤维等。

酵母细胞带有负电荷，在pH3~5的条件下能够吸附在多孔陶瓷、多孔塑料等载体的表面，制成固定化细胞，用于酒精和啤酒等的发酵生产；在环境保护领域内使用的活性污泥中含有各种各样的微生物，这些微生物可以沉积吸附在硅藻土、多孔玻璃、多孔陶瓷、多空塑料等载体的表面，用于各种有机废水的处理，降低废水中的化学需氧量（COD)和生化需氧量（BOD）；各种霉菌会长出菌丝体，这些菌丝体可以吸附缠绕在多空塑料、金属丝网等载体上用于生产有机酸和酶等；植物细胞可吸附在中空纤维外壁，用于生产色素、香精、药物和酶等次级代谢产物；动物细胞大多属于贴壁细胞，必需依附在固体表面才能正常生长，故可吸附在容器壁、微载体、中空纤维外壁等载体上，制成固定化细胞，用于各种蛋白质的生产。

包埋法

将细胞包埋在多空载体内部而制成固定化细胞的方法称为包埋法。包埋法可分为凝胶包埋法和半透膜包埋法。凝胶包埋法是应用最广泛的细胞固定方法。

固定化酶及应用

1．由于酶的分离与提纯有许多技术性难题，造成酶制剂来源有限、成本高、不利于大规模使用。因此，酶在大规模生产中，使酶能反复使用，是很有经济价值的课题。固定化酶的使用，推动了酶在生产上的应用。固定化酶，就是将酶分子结合在特定的支持物上且不影响酶的功能。用于固定酶的底物有琼脂糖、丙烯酰胺、藻酸钠等。固定化酶技术的应用，一是可循环反复使用酶制剂。据报道，在某些情况下可使用上千次，极大地降低生产成本。二是在生产中，可通过离心法或过滤法把酶与反应液相互分开，在大规模的生产中所需工艺设备比较简单易行。三是稳定性能好等。

2．采用固定化酶技术生产L-氨基酸。1969年日本利用固定化氨基酰酶，由乙酰化-DL-氨基酸连续生产L-氨基酸获得成功，是世界上固定化酶大规模应用的首例。1974年以来，已能将米曲霉的氨基酰化酶固ㄔ贒EAE-Sephadex上生产出L-蛋氨酸、L-苯丙氨酸等。工业成本降低约40％，产品广泛应用于食品、医疗、农业等等。

3．采用固定化酶生产高果糖浆。用α-淀粉酶将玉米粉水解生成寡糖，再用葡萄糖淀粉酶处理产生95％～97％葡萄糖。由于葡萄糖的甜度比蔗糖低得多，所以利用葡萄糖异构酶将葡萄糖异构化转变成果糖，就可以解决这一问题。现通过α-淀粉酶、糖化酶和固定化葡萄糖异构酶，将玉米粉转化成含葡萄糖50％、果糖42％、其它糖8％的反应物，称为高果糖浆或果葡糖浆。它虽然是一种混合物，但甜度与蔗糖相当，比葡萄糖高出许多。因此，在饮料、食品生产中大量应用。现在，一些发达国家高果糖浆的年产量已达几百万吨，高果糖浆在许多饮料的制造中已经逐渐代替了蔗糖。