與天然遊離細胞相比,固定化細胞工藝的優勢可以表現為:細胞固定化載體為微生物生長提供了足夠的空間;保證生物反應器中較高的細胞濃度,加快反應速度,從而具有較高的生產率;?由於細胞被載體固定,不存在流失現象,連續反應的稀釋率大大提高;?在分離純化過程中,很容易從發酵液中分離出細菌細胞;?由於固定化細胞可以長期多次重復使用,簡化了遊離細胞過程中不斷培養細菌的繁瑣操作,防止了營養基質的浪費。
固定化微生物細胞對包埋載體的實際要求包括:
1)固定化過程簡單,反應溫和,易於制成各種形狀,常溫常壓下即可固定化;
2)原料易得,成本低;
3)載體對細胞是惰性的,並且在固定期間和之後對微生物無害;
4)固定載體透光性好,反應底物和產物的擴散阻力小;
5)單位體積固定化細胞密度高;
5)良好的機械強度和化學穩定性;
7)抗微生物分解和生物增殖引起的破裂;
8)載體內細胞滲漏少,外界細胞難以進入;
壹般來說,常用的微生物固定化方法大致可分為四類:吸附法、* *價結合法、交聯法和包埋法:
1吸附法:許多細胞具有吸附到固體物質或其他細胞表面的能力。吸附法可分為物理吸附法和離子吸附法。前者利用矽膠、活性炭、多孔玻璃、沸石、石英砂、纖維素等吸附能力強的吸附劑將細胞吸附到表面使其固定化。後者是基於這樣的事實,即在解離狀態下,由於靜電吸引,細胞可以固定在具有不同電荷的離子交換劑上。在填充有木屑吸附細胞的固定化反應器中使用固定化細胞生產乙酸是最早的工藝之壹。吸附法具有技術要求簡單、成本低廉、載體可再生、空間位阻小、反應過程溫和等優點,但其牢固性較差,在外界環境突變時容易導致微生物(酶)從載體上脫落。固定化細胞(酶)的結合能力和生物活性受載體類型的影響很大。在這種系統中,細胞和溶液之間沒有屏障,因此它不能用於要求輸出料液不含遊離細胞的情況。
2***價鍵結合法:**價鍵結合法是細胞表面的官能團與固體支持物表面的反應性基團形成化學* *價鍵連接,實現細胞固定化的方法。* * *價態結合法固定的微生物與固體載體結合力強,但由於固定過程中反應激烈、操作復雜,微生物的活性受到很大抑制,其普適性較差。
3交聯法:交聯法類似於* * *價結合法,利用載體和細胞表面兩個或兩個以上官能團之間的分子間交聯來固定細胞,但交聯法所用的載體不溶於水,交聯劑多采用戊二醛、重氮聯苯胺等。交聯法固定的細胞與載體連接牢固,穩定性高,但交聯過程中生化反應復雜激烈,抑制了微生物的活性,應用範圍較窄。
4包埋法:包埋法是細胞固定化最常用的方法。根據包埋系數的結構,可分為凝膠包埋法和微膠囊法,即將細胞包裹在凝膠的微小點陣或半透膜聚合物的超濾膜中。該方法具有成本低、操作簡單、對細胞活性影響小、固定化細胞球強度高等優點。但是傳質阻力大。