包埋技术简介

1、二、包埋技术的介绍1. 固定化技术的介绍1. 1定义自从1969年世界上第一次成功地使用固相酶技术以来，固定化技术正在以空前的速度向前发展，并不断完善。如今已由固定化酶发展到固定化菌体、固定化增殖细胞以及固定化原生质体。固定化技术的实质是把水溶性的酶或细胞用物理的、化学的方法加以处理，使之成为水不溶的酶和固定的细胞，同时又能保持其活性，可反复使用。1. 2特点理想的细胞固定化方法，应该具备以下8个特点： 应该能控制固定化细胞的大小和孔隙度； 所使用的原料应便宜、易得，固定化成本应尽量低； 方法应简便、易行，固定化过程应尽可能温和，尽量少损伤细胞；固定化细胞应具有稳定的网状结构，在所使用的PH值

2、和温度下，不会被破坏； 在反应器内长时间运转过程中，固定化细胞应具有良好的机械稳定性和化学稳定性； 用于制备固定化细胞的载体，对细胞应该是惰性的，即不损伤细胞； 固定化细胞应该使底物，产物和其它代谢产物能够自由扩散,因为产物和其它代谢产物常常能抑制细胞的酶反应，更需要能尽快扩散开去； 单位体积的细胞应该拥有尽可能多的细胞数，当使用固定化活细胞时，更有此需。1. 3分类目前制备固定化细胞的方法有吸附法，包埋法，共价结合法、交联法、多孔物质包络法、超过滤法，多种固定化方法的联用等几类方法，其中以包埋法的应用最为普遍。1.3.1吸附法吸附法是指载体和细胞间通过物理吸附或化学键的作用结合在一起，实现固

3、定化的一种方法。吸附法常见的载体有活性炭、多孔陶土、微孔玻璃、砖粒、硅藻土、120纤维等。它又包括表面吸附法和细胞聚集法两种。1.3.2包埋法1.3.3共价结合法 该法是利用细胞表面的反应基团，如：氨基、羧基、羟基、巯基、咪唑基等与已活化的无机载体或有机载体相反应使之形成共价键，而成为固定化细胞的方法。但该法条件较难控制,往往容易造成细胞的死亡。1.3.4交联法 利用双功能或多功能试剂，直接与细胞表面的反应基团（如氨基、巯基、咪唑基、酚羟基等）发生反应，使细胞彼此交联，形成网状结构，即成固定化细胞。常用的交联剂有戊二醛、甲苯二异氰酸酯，双偶氮联苯等。1.3.5其他 此外，还有多孔物质包络法、超

4、过滤法和多种固定化方法联用等方式。如等采用吸附-交联法,即先将细胞吸附在树脂上再用交联剂交联，提高了细胞的活性与稳定性。除此以外还有包埋-交联法、包埋-吸附法、细胞聚集-交联法、包埋-共价结合法等。1.4应用固定化细胞技术最初主要用于工业微生物的发酵生产，随着近年来的迅速发展，已引起人们的极大关注，在食品与发酵工业、医药工业、化学工业、环境保护和能源开发等各个领域中获得了广泛的研究和应用。2. 包埋技术的介绍2. 1定义包埋法是将筛选出的优势菌种，通过扩散进入多孔载体内部，或利用高聚物在形成凝胶时将优势菌种包埋在其内部，从而制成固定化细胞的方法。2. 2分类根据载体材料和方法的不同，可以分为凝

5、胶包埋法和半透膜包埋法。凝胶包埋法是将细胞包埋在各种凝胶内部的微孔中而使细胞固定的方法。半透膜包埋法是将细胞包埋在由各种高分子聚合物制成的小球内而使细胞固定的方法。目前在工业应用上以凝胶包埋法固定细胞最为广泛。2. 3包埋技术的特点方法简便，将细胞与单体或聚合物一起凝聚，细胞被包埋在形成的聚合物中；条件温和，可选用不同的聚合物载体，不同的包埋系统和条件，以保持细胞的酶催化活性；细胞不易渗透，稳定性好；有较高的细胞容量，聚合体中的细胞含量可达5070。2. 4 对包埋载体的要求固定化微生物细胞的实用化对包埋载体的要求包括： 固定化过程简单、易于制成各种形状、能在常温常压下固定化； 成本低； 固定

6、化过程中及固定化后对微生物无毒； 基质通透性好； 固定化密度大； 载体内细胞渗出少，外面的细胞难以进入； 物理强度及化学稳定性好； 抗微生物分解； 沉降分离性好。在这些要求中，1-2涉及固定化细胞制备的成本，3-6针对固定化细胞的催化活性，而7-9则是出于对固定化细胞的操作稳定性的考虑。目前，在实验及研究过程中，常用的天然包埋载体有海藻酸盐、卡拉胶、明胶、琼脂等，合成包埋载体有聚丙烯酰胺凝胶、聚乙烯醇凝胶、光硬化树脂、聚丙烯酸凝胶等等。应用中，有载体的单独使用，也有它们的结合使用。3. 海藻酸钠及明胶简介3. 1海藻酸纳海藻酸钠是一种多糖类线型天然高分子物质，由D-甘露糖醛酸链段和L-古洛糖醛

7、酸链段交替结构组成。其结构式如下：海藻酸钠结构式其水溶液具有胶体特性、增稠性、稳定性、乳化性和成膜性。当海藻酸钠水溶液与钙盐作用时，钠离子与钙离子进行交换，生成海藻酸钙。其中Ga2+起到交联剂作用，使线性分子彼此相互连接形成空间网状结构，在一定条件下形成不溶性薄膜。交联反应后结构式如下：同时，海藻酸钠完全无毒，比生物学上使用的其它高分子物质更清洁，也不能被大多数微生物分解或作为基质，所以是一种理想的生物载体。3. 2明胶明胶为动物的皮、骨、软骨、韧带、肌膜等含有的胶原蛋白经部分水解后得到的高分子多肽的高聚物。在明胶的化学组成中，除16以下的水分和微量无机盐外，蛋白质含量在82以上。明胶的分子量

8、一般可达15,000250,000，其结构式为 明胶成品为白色或淡黄色，半透明、微带光泽的薄片或粉粒，不溶于冷水，但加水后则缓慢地吸水膨胀软化，可吸收510倍的水。明胶溶于热水，与水形成热可逆性凝胶。它不仅是亲水胶体，还是两性电解质，所以既可做疏水胶体的稳定剂、乳化剂，又可保护胶体；明胶还有稳定泡沫等作用。和海藻酸钠一样，明胶也是完全无毒的，它是含有18种氨基酸的蛋白质，仅含极微量的灰分，是一种营养物质。用作包埋载体时，不用考虑其毒性。3. 3相互作用经研究表明，海藻酸钠与明胶是相容的，混合后，溶液的粘度相对于单一溶液的粘度会有较大的提高。明胶与海藻酸钠交互作用的方式可能是明胶侧链氨基与海藻酸

9、钠负电荷间的静电力作用。在凝胶过程中，应是海藻酸钠形成三维网络的凝胶结构,且海藻酸钠带有负电荷，能与明胶结合，从而使粘度上升。而明胶不参与凝胶网络的形成,只以静电的作用吸附在其凝胶分子上。因此，经过综合考虑，本文采用了海藻酸钠及明胶的混合溶液为包埋载体。三、需要解决的问题作为一种益生菌，它要能对人体健康产生贡献，其前提是益生菌本身必须具有足够的活性，才能对人体产生作用。何谓足够的活性？第一，益生菌是活的，而且能稳定持久，维持生命力；第二，活菌浓度够高：依据Kopp-Hoolihan报告，基本上益生菌在成人要确实产生效果时，每日至少应摄取109-1010cfu才够，以一般市售酸奶活菌数量而言，这相当于每日饮用1公升的酸奶，实际上可能有困难。所以可能需要添加益生菌或益生素以利产生效果；第三，耐胃酸且能在肠内定殖。 嗜酸乳杆菌具有较强的耐酸及耐胆汁盐能力，能顺利通过胃肠环境而定殖于大肠内，充分发挥其健康促进效果。可是，和其余菌种一样，在未经处理的条件下保存，菌种死亡率较高，不耐久存，使相应的产品不能发挥其