抗冻酵母细胞固定化条件优化文献综述

 2021-09-25 08:09

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1.1 固定化技术简介

固定化细胞技术是二十世纪六十年代发展起来的一种新型生物技术,所谓细胞固定化技术是指利用物理或化学手段将游离的微生物细胞定位于限定的空间区域,并使其保持活性和可反复使用的一种新型生物技术[1-3]。固定化细胞保持了细胞的生命活动能力,它不但比游离细胞的发酵更具有优越性,而且比固定化酶有更多的优点[4]

1.2 固定化酵母细胞技术优点

与天然游离细胞相比,固定化细胞(Immobilized cells)过程的优点可表现为:(1)大大增加了细胞浓度,增强了酵母对外部条件如温度和酸碱度的抵抗能力;(2)缩短了发酵周期,提高反应器单位体积的生物转化速率;(3)由于细胞被固定,减少了细胞流失,细胞可长时间反复使用,并有利于产物分离等,这为发酵的连续化和规模化提供了方便[5-6]

固定化酵母克服了传统游离酵母发酵工艺中酵母与产品分离困难、易流失、影响产品质量等问题,且具有生长快、反应迅速、抗污染能力强、可连续使用、产物分离方便等优点,目前已经在食品工业中得到广泛的应用[7-9]

1.3 海藻酸钠固定化酵母的条件优化现有研究

海藻酸钠为无臭、无味、白色至淡黄色粉末,成膜能力强、膜透明且坚韧,与蛋白质、明胶、淀粉相溶性好。海藻酸钠作为一种天然高分子材料,由于其优良的生物相容性[10]、对微生物无毒害作用、可与多价阳离子形成凝胶等优点使它广泛用于生物、医药、食品等许多方面,成为生物技术里必不可少的伴侣[7]

研究者对海藻酸钠固定化酵母细胞的条件进行了研究,固定化酵母细胞需要合适的海藻酸钠浓度、氯化钙浓度、固定化时间等[11-14]

邵伟等人报道,啤酒酵母固定化的最佳条件为:氯化钙浓度2.05mol/L,海藻酸钠浓度2.9%和固定化温度25.3℃[11];李娜等人报道用2%海藻酸钠与4%的氯化钙反应制得的固定化酵母能够达到最佳的效果,发酵性能和机械强度均达到最佳化[12];贺江等人采用海藻酸钠包埋法对酿酒酵母1450进行固定,研究了海藻酸钠浓度和氯化钙浓度对固定化颗粒机械强度和包埋量的影响,同时通过添加材料对固定化颗粒的特性进行了进一步的改进,并对固定化颗粒的发酵稳定性和贮藏特性进行了探索。结果表明,采用6 % 海藻酸钠∶6 %明胶为9.0∶1.0、氯化钙浓度为0.05 mol/L 进行酿酒酵母的固定化, 可以获得具有较好机械强度和通透性及细胞渗漏少的固定化颗粒[13]

白雪莲以固定化载体ACA 的机械强度和通透性为指标, 通过单因素试验观察了海藻酸钠浓度、氯化钙浓度、壳聚糖浓度、针头型号、固化时间和液化时间对制备固定化载体ACA 的影响,并通过正交试验优化了载体ACA 的制备工艺。试验结果表明, 4 个因素中海藻酸钠浓度( A) 对载体ACA 的机械强度和通透性有极显著影响,氯化钙浓度( B) 对载体ACA 的机械强度影响显著,壳聚糖浓度( C) 对载体ACA 的通透性影响显著,而交互作用( AB) 、液化时间( D) 对载体ACA 的机械强度和通透性影响均不显著,制备苹果酒酵母固定化载体ACA 的最佳条件为: 2.0% 海藻酸钠溶液,2.0% 氯化钙溶液 [14]

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