全 文 ：核 农 学 报 。, , 一
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辐射聚合离子性水凝胶固定化酵母细胞
陆兆新
江苏省农业科学院原子能利用研究所 南京
藤村 卓
日本原子力研究所 高崎研究所 高崎
在低温 一 ℃ 下 , 通过辐照使 一丙烯醚胺 一 甲基丙磺酸 和聚乙
二醉二 甲基丙 烯酸醇系列单体聚合 , 获得 了具有离子性的水凝胶载体 。 用这些载体
固定化酵母细胞 的 乙醇生产力均比游离细胞 高 , 其中用 一 固定化细
胞 的 乙醉生产 力是游 离细胞的 倍 , 每 小 时糖 的转化率达 。 固定化酵母 的活性
随聚乙二醇二 甲基丙 烯酸分子 中乙二醉数 目的增加 而 增加 。 固定化酵母具 有较高活
性 的原目是这 些 高分子载体具 有一 定的 多孔性 、 膨胀性 , 载体带有 电待并具 有一 定
的机械强度 , 固定化细胞能较好地繁殖 , 使载体 内具 有较 高的细胞密度 。
关妞词 辐封聚合 酵母 固定化 载体
前 言
固定化技术是一项生物技术 , 自 年世界上首次成功使用固定化酶以米 , 对固定化技
术的研究不断深入 , 已从固定化酶发展到固定化静止细胞 , 继而发展到固定化增殖细胞 。
用不同的载体 例如 聚丙烯酞胺凝胶
、
卡拉胶
、 海藻酸盐 、 玻璃
、 辐射聚 合 的 高 分
子等 固定化酵母 已有很多报道 ’一 , 有的已应用于工业生产 。 而固定化细胞的成功 取 决
于足够底物的摄入和产物的快速扩散 〔‘ 。 扩散速度同载体的内部结构 , 例如多孔 性
、 孔 径
等有关 。 因此 , 获得一种适宜载体对固定化细胞是非常重要的 。
辐射聚合能产生适于固定化酵母的人工载体 〔“ , “ , 。 在 本研究中 , 我们应用亲水离子
性单体 一丙烯酞胺 一甲基丙磺酸 一 一 , 简称
〔 与聚乙二醇二甲基丙 烯 酸 醋 , 简称
混合 , 通过辐射聚合 , 以此作为载体 , 研究了固定化酵母细胞产生 乙醇的活性 以 及 同
载体性质 、 构造的关系 。
材 料 与 方 法
徽生物 本试验使用的酵母是 。。 二 ‘ , 酵母种子培养的培养基组
成是 葡萄糖 , 蜜糖 , 蛋 白陈 , 酵母提取液和 麦芽汁提 取 物 种
此文于 年只 月 日收到 。
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一二二二二二‘‘ 一 一一一一一一 , 一一一 一一一一一一子在 ℃有氧条件下培养八小时 。 寿川司几
离分子狡体的料备及醉母的固绝材卜浦蒸馏水溶解粉末状 , 然后加 入一 定 量 的
、 、 日 和 , 并通过振荡器充分混合 , 立即放入甲醇一干冰 一 ℃ 中 , 用 “ 。 丫
射线辐照 小时 , 照射量为 。 辐射聚合的高分子被切成小块 大约 一 , 浸入过量 的
蒸馏水中 , 使之膨胀 。 大约 天充分膨胀后 , 用高压锅在 ℃下灭菌 。分钟
取 已灭过菌的高分子材料放入三角瓶中 , 加入完全培养基 , 并交换 次 , 使载体 内
充满培养基 。 然后 , 再加入 培养液和岌 预培养的菌液 。 在有氧条件下 , ℃振荡培养
小时 。 酵母吸附于载体表面并逐渐进入载体内部 , 这样酵母细胞 被 固 定 化 。 用作固定化
酵母的培养基组成为 葡萄糖 , 蜜糖 , 酵母提 取 液 , ‘ ,
, 和 乳酸 。
固定化醉母的活性洲定 经 小时有氧培养后 , 在无菌条件下 , 用培养基冲洗固定化酵
母 次 , 使游离酵母细胞和乙醇洗脱 。 在冲洗后 的固定化酵母 中加入等量 的完全 培
养基 ,
‘
在 ℃无氧条件下发酵 小时 , 发酵产生的乙醇量作为固定化酵母的活性指 标 乙 醇
的测定用 乙醇脱氢酶法 〔“ ’
级体的话物和固定化权香的现案 将载 体 和 固 定 有酵 母 的 载 体 切 片 , 用
一 相差显微镜观察 , 并摄影 。
结 果 与 分 析
一 固定化醉母细胞产生乙醉的能力
固定化酵母细胞产生 乙醇的能力如表 所示 。 固定化酵母细胞产生乙醇的能力 , 均 比 游
离细胞增加 一 倍 , 其中 人 一 固定化酵母产生乙醇的能力最强 , 糖转化率为
小时 , 表明用这样的载体固定化酵母细胞具有较高的活性
。
另外 , 从表 还可 以看到 , 固定化酵母细胞的活性因载体不同而不同 。 在本试 验 中 , 固
定化的方法是吸附增殖法 。 酵母细胞首先吸附于载体表面 , 然后 通过增殖或振荡逐渐进入载
衰 盆体的性质和固定化协母的乙醉产率
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核 农 学 报 卷
体内部 , 因此 , 固定化的细胞数取决于载体表面性质和载体内部结构 。 许多研究证明 , 阳离
子载体 , 例如明胶 、 淀粉等能有效地改善载体吸附细胞的特性 〔峨 。
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带有一 和一 基
团的载体 , 在不同条件下会发生如下解离
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一 一 一 一 一 莽
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因此 , 当聚合后的高分子载体被放入 的培养液时 , 可能带有正 电荷 , 有利于细胞的吸
附 , 所 以 , 用 一 固定化酵母细胞的 乙醇生产 力 较高
。 一 和
一 在内部结构上很相似 , 但因不带任何 电荷 , 产生乙醇能 力 稍差 表 。
二 一 系单体的乙二醉 教和固定化效果的关系
如图 所示 。 固定化酵母细胞的活性随乙二醇数的增加而增加 。 单体系列的分子通 式
“
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。 乙二醇 数 目少的单体 , 具
有较强的疏水性 。 但是当乙二醇数增加时 , 分子链长增加 , 分子的疏水性变弱 。 由于
是一种亲水性很强的单体 , 同 聚合后 , 一 具有很强的亲水性
、 膨胀能力
和弹性 。 相反 , 由于 具有较强的疏水性 , 同 聚合成高分子后 , 亲水
性差 , 虽能膨胀 , 但膨胀力差 , 比较硬 , 且缺乏弹性 表 。 因此 , 一 系 聚合物
对固定化酵母细胞活性的影响程度取决于 乙二醇的数 目
。
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图 一 高分子中乙二醇数与固定化细胞产
乙醇能力的关系
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辐 射聚合离子性水凝胶固定化酵母细胞
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三 载体结构同固定化醉母细胞的关系
图版 是光 学显微镜观察到的 了 一 和 一 的 内部结构
口
一 的孔小且少 , 膨胀能力差 , 结 构 比较紧密
。
而 一 是一种多孔的海绵
状结构 , 孔大而多 。 单位体积的空间比 一 多
。 对于 一 , 酵母细胞
虽然能进入 载体 内部 , 并生长繁殖 , 但容纳的细胞数较少 。 由于孔径小 ,
、
培 养 基 和 产
物的扩散受到某种程度的抑制 , 因此 , 固定化细胞的活性较低
。 而对于 一 载
体 , 细胞能进 入内部 , 并在 内部不断繁殖生
一
民 , 由于孔大而多 ,
、
底物和产物的 扩 散 比
较容易 , 因此固定化酵 母的 乙醇生产力较高 , 比 一 增加 了
。
图版 是用 了 一 和 一 载体固定化酵母的状态 。 由于使用了孔
大而多 , 且膨胀性
、 弹性好的载体 , 固定化的细胞较多 , 在载体 内部形成
一
了细胞群落 , 充满了
整个视野 , 单 位体积载体 固定 化的细胞较多 , 因此固定化细胞的活性较高 , 说明了象
一 。 , 一 这类具有一定膨胀性
、
弹性 和适宜机诫强度的 多孔
、 海绵状
载体 , 有利于细胞的固定化 。
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参 考 文 献
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〔 〕王伯飞等 利用固定化酵母连续生产啤酒的研究 , 工业微生物 , , 一
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