細胞固定化技術(shù)的發(fā)展歷程和主要應(yīng)用

1、細胞固定化技術(shù)的發(fā)展歷程和主要應(yīng)用早在 1 9 世 紀(jì)初葉，人們發(fā)現(xiàn)某些微生物細胞具有一種吸附在固體物質(zhì)表面的天然傾向和特殊功能，并以這種方式被束縛和固定起來。從 20世紀(jì)印年代開始，國際上固定化酶的研究迅速發(fā)展起來 ; 到70年代，作為發(fā)酵源的微生物菌體本身的固定化，即固定化微生物， 也引起了人們極大的關(guān)注。 固定化技術(shù)是將酶或細胞通過物理或化學(xué)方法固定在不溶性或水溶性的膜狀、顆粒狀、管狀的載體上，一般能明顯地提高酶對熱和酸堿度的穩(wěn)定性。 固定化技術(shù)在連續(xù)反應(yīng)過程中不會流失，可用簡單的方法回收再生，可使生產(chǎn)連續(xù)化，具有節(jié)約能耗、降低成本、簡化環(huán)保措施等諸多優(yōu)點，使其在生產(chǎn)中被迅速推廣。固定化

2、細胞在食品工業(yè)中的應(yīng)用目前 ， 世 界各國都把固定化細胞研究的成果很快地運用于工業(yè)生產(chǎn)過程中，其應(yīng)用范圍遠遠超出食品加工、 輕化工業(yè)和制藥工業(yè)， 現(xiàn)已擴展到化學(xué)分析、 環(huán)境保護 , 能源開發(fā)等領(lǐng)域。一、生產(chǎn)果葡萄糖漿利用微生物的 a一淀粉酶和葡萄糖淀粉酶將淀粉水解為葡萄糖，再用葡萄糖異構(gòu)酶將葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)檩^蔗糖更甜的果糖。經(jīng)提純、濃縮，即可制得替代蔗糖的新糖源，即含葡萄糖、果糖的果葡糖漿。1966年日本在工業(yè)規(guī)模上利用微生物菌體生產(chǎn)果葡糖漿，首次獲得成功，并正式投人生產(chǎn)。 1969年又采用菌體熱固法制成的固定化細胞，實現(xiàn)了生產(chǎn)的連續(xù)化，產(chǎn)量達 11萬t,1978 年產(chǎn)量達到 100萬t 以上。其

3、制得的固定化異構(gòu)酶微生物生物反應(yīng)器半衰期 289 d1131 。二、 柑桔類果汁的脫苦檸檬苦素類脫苦酶，其最適 PH值都偏向堿性，而影響其在柑桔加工中的使用， 但可以將產(chǎn)生這些酶的細菌細胞固定化， 以用于柑桔果汁的脫苦。球形節(jié)桿菌含有檸檬苦素 D一環(huán)水解酶和檸檬酸 A一環(huán)內(nèi)醋脫氫酶，可將檸檬苦素轉(zhuǎn)化成 17一脫氫檸檬酸 A一環(huán)內(nèi)醋 ; 球形節(jié)桿菌 n含有檸檬苦素醇脫氫酶，可將檸檬苦素轉(zhuǎn)化成檸檬苦素醇 .2001 年，張惟廣等研究了用于柑桔汁脫苦的固定化醋酸桿菌細胞的特性，研究表明，固定化細胞脫苦最佳供氧為 : 搖床轉(zhuǎn)速 160r./min ，最適聲為 4.5, 最適溫度為 25 ; 而游離細胞

4、脫苦的相應(yīng)條件分別為 160 r/min, 州為 5.5 ，最適溫度為 25。低濃度 NaCl對固定化細胞和游離細胞的脫苦都有強烈的抑制作用 ; 固定化細胞在檸堿濃度達到 30 mg/ 純后，檸堿降解速度趨于飽和，而游離細胞的檸堿濃度則為 35mg/kg，固定化細胞的熱穩(wěn)定性比游離細胞好。三、醬油生產(chǎn)采用固定化細胞技術(shù)生產(chǎn)醬油， 生產(chǎn)周期縮短。醬油風(fēng)味改善，速釀優(yōu)質(zhì)醬油。 Iwasaki 等人比較研究了海藻凝膠、 圓柱陶瓷和陶瓷顆粒等 3種固定化細胞體系在分批發(fā)酵過程中的性能。發(fā)現(xiàn) 3種固定化細胞的產(chǎn)酸能力大致相同，分別為 5.2, 5 .3 和 4.8k g/ 襯 d，高于游離細胞的 0.5

5、 一1.0 kg/ 襯 d 。并提出了一種新的醬油生產(chǎn)工藝， 將細胞截留在一個攪拌罐反應(yīng)器與超濾裝置相結(jié)合的膜生化反應(yīng)器中 161。結(jié)果表明，通過膜裝置連續(xù)移出發(fā)酵，產(chǎn)品風(fēng)味良好，生產(chǎn)效率提高。在醬油的制作過程中，結(jié)合酵母和假絲酵母發(fā)酵產(chǎn)生多種重要的風(fēng)味物質(zhì)， 賦予大豆醬油獨特的風(fēng)味。 北京金獅釀造六廠選用聚乙烯醇作1載體包埋固定魯氏酵母等菌株，用于低鹽固態(tài)發(fā)酵醬油的后熟技術(shù)取得中試成功，經(jīng)過中試后酵醬油乙醇含量提高 7倍，醬油風(fēng)味有了明顯的提高。四、釀酒利用固定化酵母進行啤酒生產(chǎn)有很多優(yōu)點， 如發(fā)酵剛結(jié)束時啤酒的澄清度較好，香氣、口感均較游離酵母菌發(fā)酵的好，且麥芽汁中糖利用率很高。目前用來生產(chǎn)啤酒的填充床固定化細胞反應(yīng)器已完成中試進人工業(yè)化生產(chǎn)階段。米酒是我國傳統(tǒng)的一種特色的低度飲料酒。陳軍、王歡 181等利用共固定化乳酸菌、根霉和酵母組成的固定化細胞發(fā)酵體系進行米酒的連續(xù)釀造試驗。 結(jié)果表明，采用回流淋飯法連續(xù)發(fā)酵方式，在大米淀粉濃度 5%、料液流速 5 L/h 、發(fā)酵溫度 20、回流比達到 1/3 時，發(fā)酵系統(tǒng)流出液具有較為典型的米酒的口感和風(fēng)味、理化指標(biāo)達到低度飲料酒標(biāo)準(zhǔn)。五、其他應(yīng)用利用固定化流化床生物反應(yīng)器進行酒精中式生產(chǎn)， 其轉(zhuǎn)化率比目前的工業(yè)反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率高，還可利用計算機對發(fā)酵進行在線或離線監(jiān)測側(cè)。固定化微生物細胞內(nèi)的多酶系統(tǒng)，可以用來處理工業(yè)