固定化细胞的形状与性质-新型发酵技术固定化细胞

1.固定化细胞的形状

由于细胞的固定化技术是酶的固定化技术的延伸，两者在许多方面都相同，因此许多固定化细胞的形状与固定化酶的形状相同，如珠状、块状、片状或纤维状等。用无载体法制备的为粉末状的固定化细胞，固定化细胞的方法主要是包埋法，其次是交联法或二者相结合的方法。工业上应用多的就是用包埋法制备各种形状的固定化细胞。

2.因定化细胞的性质

细胞被固定化后，其中酶的性质、稳定性、适pH、适温度和K值的变化基本上与固定化酶相仿。细胞的固定化主要是利用胞内酶，因此固定化的细胞主要用于催化小分子底物的反应，而不适于大分子底物。

固定化细胞按其生理状态可以分为死细胞和活细胞两大类。固定化的细胞在形态学上般没有明显变化，但用扫描电镜观察到固定化酵母细胞膜有内陷现象。

固定化死细胞在固定化之前经过物理或化学手段处理，目的在于增加膜的通透性，抑制副反应发生，适合于单酶催化反应，其固定化以后的性质类似于固定化酶的性质变化。

固定化静止细胞和饥饿细胞在固定化以后细胞是活的，但采用了控制措施，细胞并不生长紧殖，处于休眠或饥饿状态。

固定化增殖细胞是将活细胞固定在载体上，可以在连续的反应过程中保持旺盛的生长繁殖能力。从理论上讲只要载体不解体、不污染，就可以长期使用。以基因工程菌为例，固定化的工程菌比游离菌稳定性好。

细胞固定化后，适pH的变化无特定规律，如聚丙烯酰胺凝胶包埋的大肠杆菌（E.coli）（含天冬氨酸酶）和产氨的短杆菌（含延胡索酸酶）的适pH与各自游离的细胞相比，均向酸侧偏移；但用同种方法包埋的无色短杆菌（含I脱氨酶）、恶臭假单胞菌（含L脱亚氨酶）和大肠杆菌（含酰胺酶）的适pH均无变化。因此可选择适当的固定化方法处理相应的细胞，使其适pH符合反应要求，细胞被固定化后，适温度通常与游离细胞相同，如用案丙烯酰胺凝胶包埋的大肠杆菌（含天冬氨酸酶、酰胺醉）和液体无色杆菌（含L脱氨酶），适温度和游离细胞相同，但用同方法包埋的恶臭假单蓝（含L-脱亚胺酶）的适温度却提高20℃。

固定化细胞的稳定性般都比游离细胞高，如含天冬氨酸酶的大肠杆菌用精三醋酸纤维素包埋后，用于生产L-天冬氨酸，于37℃连续运转两年后，仍保持原活力的97%；用卡拉胶包埋的黄色短杆菌（含延胡索酸酶）生产L苹果酸，在37℃连续运转年后，其活力仍保持不变。由此可见，细胞的固定化具有广阔的工业应用前景。

3.固定化酶活力的渊定方法

固定化酶具有两个基本反应系统，即填充床反应系统和悬浮搅拌反应系统。因此，根据固定化酶的反应系统，其活力的测定可以分为分批测定法和连续测定法两种。

（1）分批测定法

分批测定法是固定化酶在搅拌或振荡的情况下进行测定的方法，与测定天然酶的方法基本致，即间隔定时间取样，过滤后按常规测定，方法比较简便。但测定结果与反应器的形状、大小和反应液的数量有关，同时也与搅拌和振荡的速度有关，速度加快，活力上升，达到定程度后活力不再改变。但若搅拌过快会导致固定化酶破碎成更小的细粒而使酶的活力升高，因此测定过程中应严格控制反应条件，否则无可比性。

（2）连续测定法

不管是分批反应器还是连续搅拌反应器或填充床反应器，都可以从其中引出反应液到流动比色杯中进行分光光度测定。在连续搅拌反应器中，可以根据底物的流入速度和反应速度之间的关系来计算酶的活力，但反应器的形状可能影响反应速度。除分光光度法外，也可以在缓冲能力弱的情况下用自动pH滴定仪来测定质子的产生与消耗过程，或者通过测定反应过程中氧气、NH，、电导和旋光的变化来确定酶的活力。

思考题

1.简述固定细胞发酵的优点。

2.常用的细胞固定方法有哪些？