细胞固定化技术的发展历程和主要应用

1、细胞固定化技术的发展历程和主要应用早在 1 9 世 纪初叶，人们发现某些微生物细胞具有一种吸附在固体物质表面的天然倾向和特殊功能，并以这种方式被束缚和固定起来。从 20世纪印年代开始，国际上固定化酶的研究迅速发展起来 ; 到70年代，作为发酵源的微生物菌体本身的固定化，即固定化微生物， 也引起了人们极大的关注。 固定化技术是将酶或细胞通过物理或化学方法固定在不溶性或水溶性的膜状、颗粒状、管状的载体上，一般能明显地提高酶对热和酸碱度的稳定性。 固定化技术在连续反应过程中不会流失，可用简单的方法回收再生，可使生产连续化，具有节约能耗、降低成本、简化环保措施等诸多优点，使其在生产中被迅速推广。固定化

2、细胞在食品工业中的应用目前 ， 世 界各国都把固定化细胞研究的成果很快地运用于工业生产过程中，其应用范围远远超出食品加工、 轻化工业和制药工业， 现已扩展到化学分析、 环境保护 , 能源开发等领域。一、生产果葡萄糖浆利用微生物的 a一淀粉酶和葡萄糖淀粉酶将淀粉水解为葡萄糖，再用葡萄糖异构酶将葡萄糖转变为较蔗糖更甜的果糖。经提纯、浓缩，即可制得替代蔗糖的新糖源，即含葡萄糖、果糖的果葡糖浆。1966年日本在工业规模上利用微生物菌体生产果葡糖浆，首次获得成功，并正式投人生产。 1969年又采用菌体热固法制成的固定化细胞，实现了生产的连续化，产量达 11万t,1978 年产量达到 100万t 以上。其

3、制得的固定化异构酶微生物生物反应器半衰期 289 d1131 。二、 柑桔类果汁的脱苦柠檬苦素类脱苦酶，其最适 PH值都偏向碱性，而影响其在柑桔加工中的使用， 但可以将产生这些酶的细菌细胞固定化， 以用于柑桔果汁的脱苦。球形节杆菌含有柠檬苦素 D一环水解酶和柠檬酸 A一环内醋脱氢酶，可将柠檬苦素转化成 17一脱氢柠檬酸 A一环内醋 ; 球形节杆菌 n含有柠檬苦素醇脱氢酶，可将柠檬苦素转化成柠檬苦素醇 .2001 年，张惟广等研究了用于柑桔汁脱苦的固定化醋酸杆菌细胞的特性，研究表明，固定化细胞脱苦最佳供氧为 : 摇床转速 160r./min ，最适声为 4.5, 最适温度为 25 ; 而游离细胞

4、脱苦的相应条件分别为 160 r/min, 州为 5.5 ，最适温度为 25。低浓度 NaCl对固定化细胞和游离细胞的脱苦都有强烈的抑制作用 ; 固定化细胞在柠碱浓度达到 30 mg/ 纯后，柠碱降解速度趋于饱和，而游离细胞的柠碱浓度则为 35mg/kg，固定化细胞的热稳定性比游离细胞好。三、酱油生产采用固定化细胞技术生产酱油， 生产周期缩短。酱油风味改善，速酿优质酱油。 Iwasaki 等人比较研究了海藻凝胶、 圆柱陶瓷和陶瓷颗粒等 3种固定化细胞体系在分批发酵过程中的性能。发现 3种固定化细胞的产酸能力大致相同，分别为 5.2, 5 .3 和 4.8k g/ 衬 d，高于游离细胞的 0.5

5、 一1.0 kg/ 衬 d 。并提出了一种新的酱油生产工艺， 将细胞截留在一个搅拌罐反应器与超滤装置相结合的膜生化反应器中 161。结果表明，通过膜装置连续移出发酵，产品风味良好，生产效率提高。在酱油的制作过程中，结合酵母和假丝酵母发酵产生多种重要的风味物质， 赋予大豆酱油独特的风味。 北京金狮酿造六厂选用聚乙烯醇作1载体包埋固定鲁氏酵母等菌株，用于低盐固态发酵酱油的后熟技术取得中试成功，经过中试后酵酱油乙醇含量提高 7倍，酱油风味有了明显的提高。四、酿酒利用固定化酵母进行啤酒生产有很多优点， 如发酵刚结束时啤酒的澄清度较好，香气、口感均较游离酵母菌发酵的好，且麦芽汁中糖利用率很高。目前用来生产啤酒的填充床固定化细胞反应器已完成中试进人工业化生产阶段。米酒是我国传统的一种特色的低度饮料酒。陈军、王欢 181等利用共固定化乳酸菌、根霉和酵母组成的固定化细胞发酵体系进行米酒的连续酿造试验。 结果表明，采用回流淋饭法连续发酵方式，在大米淀粉浓度 5%、料液流速 5 L/h 、发酵温度 20、回流比达到 1/3 时，发酵系统流出液具有较为典型的米酒的口感和风味、理化指标达到低度饮料酒标准。五、其他应用利用固定化流化床生物反应器进行酒精中式生产， 其转化率比目前的工业反应器的转化率高，还可利用计算机对发酵进行在线或离线监测侧。固定化微生物细胞内的多酶系统，可以用来处理工业