固定化細胞連續(xù)培養(yǎng)

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(nèi)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(yǎng)物和代謝產(chǎn)物的傳質(zhì)阻力，因此應(yīng)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(yǎng)物和產(chǎn)物通過膜進出，因為細胞懸浮在微囊中，所以，球內(nèi)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(yīng)器，將細胞接種到纖維外側(cè)，營養(yǎng)液在纖維管內(nèi)部流動，通過管壁擴散到細胞側(cè)，代謝產(chǎn)物可以通過管壁擴散到營養(yǎng)液流動相。載體表面吸附法的應(yīng)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(zhì)有關(guān)。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(xué)共價偶聯(lián)。由于細胞和載體表面的反應(yīng)基團較難相配，偶聯(lián)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(yǎng)與游離細胞培養(yǎng)相比的優(yōu)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(fù)利用；固定化可以提供對細胞有利的微環(huán)境；某些情況下，固定化可以使菌株的遺傳性狀穩(wěn)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(yīng)器

  一般采用填充柱、流動床或氣升式反應(yīng)器。機械攪拌式反應(yīng)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(yīng)器內(nèi),一端流入培養(yǎng)基，另一端放出發(fā)酵液，而固定化微生物細胞始終停留在反應(yīng)器內(nèi)。固定化細胞反應(yīng)器可以進行連續(xù)培養(yǎng)，也可以是分批培養(yǎng)。這里指的連續(xù)培養(yǎng)并不一定是嚴格意義上的恒濁培養(yǎng)或恒化培養(yǎng)，只是指培養(yǎng)可以不間斷地連續(xù)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(yǎng)物質(zhì)、氧和產(chǎn)物的傳質(zhì)阻力，特別是好氧發(fā)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(wěn)定性也將成為問題；此外，固定化細胞培養(yǎng)的另一個缺陷是它一般只能用于細胞分泌型產(chǎn)物的發(fā)酵。