固定化细胞连续培养

1、细胞固定化方法

  主要是通过包埋法、微胶囊化、吸附法等手段，将微生物细胞限制在载体的内部或表面。目前，最常用的是利用聚合物进行细胞的包埋。包埋法不会损伤细胞，但它容易造成严重的营养物和代谢产物的传质阻力，因此应尽量采用多孔材料，形成的颗粒要尽可能小。包埋材料有琼脂、海藻酸盐、k-角叉(菜)胶、聚丙烯酰胺、壳聚糖、明胶和胶原等；微胶囊是由半透膜形成的中空球体，营养物和产物通过膜进出，因为细胞悬浮在微囊中，所以，球内扩散限制较低。许多材料可以用于做微胶囊，如尼龙、火棉胶、聚苯乙烯丙烯酸盐、硫酸纤维素和聚脲等。

  最简单的包裹方法是采用中空纤维反应器，将细胞接种到纤维外侧，营养液在纤维管内部流动，通过管壁扩散到细胞侧，代谢产物可以通过管壁扩散到营养液流动相。载体表面吸附法的应用也较为普遍，细胞吸附量及其牢固程度主要与细胞和载体表面性质有关。微孔载体材料可以获得较高的细胞吸附量。丝状菌体除了可以通过静电、氢键和范德华力等与载体相互吸引外，还能靠菌丝紧紧缠绕在载体上，较适合采用吸附法进行固定。细胞吸附的材料主要有多孔玻璃、多孔硅石、氧化铝、陶瓷、明胶、壳聚糖、活性炭、木片、聚丙烯、离子交换树脂等。

  细胞表面固定也可以通过化学共价偶联。由于细胞和载体表面的反应基团较难相配，偶联试剂对细胞有较大毒性，所以，共价固定化方法较少使用于活细胞。

2、固定化细胞培养与游离细胞培养相比的优势:

  固定化可提供较高的细胞密度；固定化减少了细胞的流失，使细胞可以反复利用；固定化可以提供对细胞有利的微环境；某些情况下，固定化可以使菌株的遗传性状稳定，可以保护某些细胞免受剪切损伤；简化了下游的细胞分离步骤。

3、常用的固定化细胞反应器

  一般采用填充柱、流动床或气升式反应器。机械搅拌式反应器只适用于载体牢固、不易脱落的固定化细胞。通常是将固定化细胞装在反应器内,一端流入培养基，另一端放出发酵液，而固定化微生物细胞始终停留在反应器内。固定化细胞反应器可以进行连续培养，也可以是分批培养。这里指的连续培养并不一定是严格意义上的恒浊培养或恒化培养，只是指培养可以不间断地连续进行。

4、固定化细胞存在的问题

  固定化细胞的成本还比较高，固定化过程中及固定化细胞使用时的污染控制比较困难；细胞固定到固体载体中后，增加了营养物质、氧和产物的传质阻力，特别是好氧发酵时的氧传递问题比较难以解决；固定化细胞在长期使用中的遗传稳定性也将成为问题；此外，固定化细胞培养的另一个缺陷是它一般只能用于细胞分泌型产物的发酵。

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