不同固定化菌体工艺对生物转化生产γ-癸内酯影响的研究(3)

国内研究人员发现,导致γ-癸内酯的产量不能大幅度提升的主要原因是产物对菌体的毒性作用,为此,他们对比了γ-癸内酯和其前体物质4-羟基癸酸对菌体


国内研究人员发现,导致γ-癸内酯的产量不能大幅度提升的主要原因是产物对菌体的毒性作用,为此,他们对比了γ-癸内酯和其前体物质4-羟基癸酸对菌体毒性的强弱,得出羟基酸对微生物细胞的生长的毒性比内酯要小得多[1]。利用协同发酵的方法,使用有油脂水解活性的地霉属菌株与有内酯合成能力的棒状杆菌属菌株进行协同发酵转化蓖麻油生产γ-癸内酯。发酵产物用气质联用方法进行检测,结果显示,用具有油脂降解能力的地霉属真菌协同发酵较单独使用棒状杆菌发酵时内酯的产率有明显提高[2]。利用大孔树脂吸附生物转化耦合的方法,通过添加树脂吸附转化产物以降低高浓度产物对Yarrowia lipolytica细胞的毒性,实验确定了树脂量的最佳优化工艺、底物的加入量,同时还发现产物的最大比生成速率提高,且当其到达最大值后降低较慢,有利于实现产物的累积,总产量达到最大值[3]。耦合工艺能够实现产物与底物的分离从而提高产物的含量,是一种较为可取的方法。林芳采用聚乙烯醇和卡拉胶为载体法方法来固定化酵母[5],从而得出固定化细胞产生γ-癸内酯的量比未固定化细胞提高了20%。赵玉萍[6]采用海藻酸钠和凹凸棒土作为载体材料固定细胞,得到的γ-癸内酯产量是游离细胞的2.5倍。

1.2固定化工艺

固定化技术属于现代高新技术。它将具有生物催化活性的物质(酶、细胞、原生质等)与整体相(或整体流体)分隔开,从而实现底物和效应物的隔离。但底物和效应物(激活剂或抑制剂)能够进行正常的分子交换和作用[5]。其中,细胞固定化是指将细胞与水不溶性载体联合从而来制备固定化细胞的过程。为了适应细胞的种类,大小和特性各不相同,细胞固定化的方式概括分为两大类:吸附法和包埋法。

利用各种吸附剂将细胞吸附在其表层固定细胞的办法法称为吸附法。主要的吸附剂有硅藻土、中空纤维和微载体等。在制成固定化细胞时,采用将细胞包埋在多空载体内部的方法称之为包埋法。包埋法又可分为半透膜包埋法和凝胶包埋法。其中使用最广的固定方法为凝胶包埋法。其载体为不溶于水的多孔性载体,如明胶、琼脂糖、海藻酸钠等。

固定化细胞的优点为:提高细胞成活率,节约成本;无需隔离细胞既可完成连续发酵;能在排出发酵液的同时培养细胞,减少了产物的耗损,抑制了产物对细胞的毒害作用。

在发酵应用中,该技术提高酶或菌体在发酵过程中的重复使用率,降低经济成本。同时,该技术促进了葡萄糖生物传感器、微生物细胞数传感器、代谢实验传感器等生物传感器的产生。