固定化細胞連續培養

1、細胞固定化方法

  主要是通過包埋法、微膠囊化、吸附法等手段，將微生物細胞限制在載體的內部或表面。目前，最常用的是利用聚合物進行細胞的包埋。包埋法不會損傷細胞，但它容易造成嚴重的營養物和代謝產物的傳質阻力，因此應盡量采用多孔材料，形成的顆粒要盡可能小。包埋材料有瓊脂、海藻酸鹽、k-角叉(菜)膠、聚丙烯酰胺、殼聚糖、明膠和膠原等；微膠囊是由半透膜形成的中空球體，營養物和產物通過膜進出，因為細胞懸浮在微囊中，所以，球內擴散限制較低。許多材料可以用于做微膠囊，如尼龍、火棉膠、聚苯乙烯丙烯酸鹽、硫酸纖維素和聚脲等。

  最簡單的包裹方法是采用中空纖維反應器，將細胞接種到纖維外側，營養液在纖維管內部流動，通過管壁擴散到細胞側，代謝產物可以通過管壁擴散到營養液流動相。載體表面吸附法的應用也較為普遍，細胞吸附量及其牢固程度主要與細胞和載體表面性質有關。微孔載體材料可以獲得較高的細胞吸附量。絲狀菌體除了可以通過靜電、氫鍵和范德華力等與載體相互吸引外，還能靠菌絲緊緊纏繞在載體上，較適合采用吸附法進行固定。細胞吸附的材料主要有多孔玻璃、多孔硅石、氧化鋁、陶瓷、明膠、殼聚糖、活性炭、木片、聚丙烯、離子交換樹脂等。

  細胞表面固定也可以通過化學共價偶聯。由于細胞和載體表面的反應基團較難相配，偶聯試劑對細胞有較大毒性，所以，共價固定化方法較少使用于活細胞。

2、固定化細胞培養與游離細胞培養相比的優勢:

  固定化可提供較高的細胞密度；固定化減少了細胞的流失，使細胞可以反復利用；固定化可以提供對細胞有利的微環境；某些情況下，固定化可以使菌株的遺傳性狀穩定，可以保護某些細胞免受剪切損傷；簡化了下游的細胞分離步驟。

3、常用的固定化細胞反應器

  一般采用填充柱、流動床或氣升式反應器。機械攪拌式反應器只適用于載體牢固、不易脫落的固定化細胞。通常是將固定化細胞裝在反應器內,一端流入培養基，另一端放出發酵液，而固定化微生物細胞始終停留在反應器內。固定化細胞反應器可以進行連續培養，也可以是分批培養。這里指的連續培養并不一定是嚴格意義上的恒濁培養或恒化培養，只是指培養可以不間斷地連續進行。

4、固定化細胞存在的問題

  固定化細胞的成本還比較高，固定化過程中及固定化細胞使用時的污染控制比較困難；細胞固定到固體載體中后，增加了營養物質、氧和產物的傳質阻力，特別是好氧發酵時的氧傳遞問題比較難以解決；固定化細胞在長期使用中的遺傳穩定性也將成為問題；此外，固定化細胞培養的另一個缺陷是它一般只能用于細胞分泌型產物的發酵。