江南大学：《发酵工程原理与技术》课程教学资源（课件讲稿）第十三章 固定化细胞发酵

1 1 第十三章 固定化细胞发酵 （Fermentation with immobilized cells)

1 1 第十三章 固定化细胞发酵 （Fermentation with immobilized cells)

2 2 第一节 概述 一、定义 • 固定化细胞就是被限制自由移动的细胞，即 细胞受到物理化学等因素约束或限制在一定 的空间界限内，但细胞仍保留催化活性并具 备能被反复或连续使用的活力。是在酶固定 化基础上发展起来的一项技术

2 2 第一节 概述 一、定义 • 固定化细胞就是被限制自由移动的细胞，即 细胞受到物理化学等因素约束或限制在一定 的空间界限内，但细胞仍保留催化活性并具 备能被反复或连续使用的活力。是在酶固定 化基础上发展起来的一项技术

3 3 二、固定化细胞的优点 1，与游离细胞相比 • 固定化细胞可以将微生物发酵改为连续酶反应 • 可以获得更高的细胞浓度； • 细胞可以重复使用； • 在高稀释率时，不会产生洗脱现象； • 单位容积的产率高； • 提高遗传稳定性； • 细胞不会受到剪切效应的影响。 • 发酵液中菌体含量少，有利与产品的分离纯化

3 3 二、固定化细胞的优点 1，与游离细胞相比 • 固定化细胞可以将微生物发酵改为连续酶反应 • 可以获得更高的细胞浓度； • 细胞可以重复使用； • 在高稀释率时，不会产生洗脱现象； • 单位容积的产率高； • 提高遗传稳定性； • 细胞不会受到剪切效应的影响。 • 发酵液中菌体含量少，有利与产品的分离纯化

4 4 2，与固定化酶相比 • 免去了破碎细胞提取酶的手续 • 酶在细胞内的稳定性较高，完整细胞固定化 后酶活性损失少 • 固定化细胞制备的成本比固定化酶低 • 无需辅酶再生

4 4 2，与固定化酶相比 • 免去了破碎细胞提取酶的手续 • 酶在细胞内的稳定性较高，完整细胞固定化 后酶活性损失少 • 固定化细胞制备的成本比固定化酶低 • 无需辅酶再生

5 5 三、固定化细胞的缺点 • 仅能利用胞内酶； • 细胞膜、细胞壁和载体都存在着扩散限制作 用； • 载体形成的孔隙大小影响高分子底物的通透 性； • 可能有副反应

5 5 三、固定化细胞的缺点 • 仅能利用胞内酶； • 细胞膜、细胞壁和载体都存在着扩散限制作 用； • 载体形成的孔隙大小影响高分子底物的通透 性； • 可能有副反应

6 6 四、固定化细胞的分类 1，按细胞类型分为三类： • 微生物 • 动物 • 植物

6 6 四、固定化细胞的分类 1，按细胞类型分为三类： • 微生物 • 动物 • 植物

7 7 2，按生理状态分为两大类 • 死细胞： 完整细胞、细胞碎片、细胞器。 适用于一种酶催化的反应。 • 活细胞： 增殖细胞、静止细胞、饥饿细胞。 适用于多酶反应，特别是需要辅酶的反 应

7 7 2，按生理状态分为两大类 • 死细胞： 完整细胞、细胞碎片、细胞器。 适用于一种酶催化的反应。 • 活细胞： 增殖细胞、静止细胞、饥饿细胞。 适用于多酶反应，特别是需要辅酶的反 应

8 8 第二节 细胞固定化的方法 • Adsorption（吸附） • covalent bonding（共价结合） • Cross linking（交联） • Entrapment（包埋）、Encapsulation（微 胶囊）

8 8 第二节 细胞固定化的方法 • Adsorption（吸附） • covalent bonding（共价结合） • Cross linking（交联） • Entrapment（包埋）、Encapsulation（微 胶囊）

9 9 一、吸附法 1，原理 • 利用载体和细胞表面所带电荷的静电引力（ van der Walls forces），使细胞吸附于载体 上。吸附法可分为物理吸附和离子吸附两种 。该法操作简单，固定化过程对细胞活性影 响小

9 9 一、吸附法 1，原理 • 利用载体和细胞表面所带电荷的静电引力（ van der Walls forces），使细胞吸附于载体 上。吸附法可分为物理吸附和离子吸附两种 。该法操作简单，固定化过程对细胞活性影 响小

10 10 2，载体的材料 • 硅藻土 • 木屑 • 多孔玻璃 • 活性炭 • 多孔陶瓷 • 离子交换树脂 • 塑料

10 10 2，载体的材料 • 硅藻土 • 木屑 • 多孔玻璃 • 活性炭 • 多孔陶瓷 • 离子交换树脂 • 塑料