酶的一些不足之處：
（1）酶的穩(wěn)定性較差
（2）酶的一次性使用
（3）產(chǎn)物的分離純化較困難
◆改善方法之一就是固定化技術(shù)的應(yīng)用:
(1)固定化酶是指固定在一定載體上并在一定的空間范圍內(nèi)進(jìn)行催化反應(yīng)的酶.固定化酶既保持了酶的催化特性,又克服了游離酶的不足之處,具有增加穩(wěn)定性,可反復(fù)或連續(xù)使用以及易于和反應(yīng)產(chǎn)物分開等顯著優(yōu)點.
(2)固定化細(xì)胞是指固定在載體上并在一定的空間范圍內(nèi)進(jìn)行生命活動的細(xì)胞.也稱為固定化活細(xì)胞或固定化增值細(xì)胞.通常只能用于胞外酶等胞外產(chǎn)物的生產(chǎn).
(3) 固定化原生質(zhì)體技術(shù),有利于胞內(nèi)物質(zhì)的分泌.
1. 酶固定化
◆采用各種方法,將酶與水不溶性的載體結(jié)合,制備固定化酶的過程稱為酶的固定化.固定在載體上并在一定的空間范圍內(nèi)進(jìn)行催化反應(yīng)的酶稱為固定化酶.
◆固定在載體上的菌體或菌體碎片稱為固定化菌體,它是固定化酶的一種形式.
1.1酶的固定化方法
固定化的方法：吸附法、包埋法、結(jié)合法、交聯(lián)法和熱處理法等.
(1)吸附法：
◆利用各種固體吸附劑將酶或含酶菌體吸附在其表面上,而使酶固定化的方法稱為物理吸附法,簡稱吸附法.
◆物理吸附法常用的固體吸附劑有活性炭、氧化鋁、硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃、硅膠、羥基磷灰石等.
◆靠物理吸附作用,結(jié)合力較弱,酶與載體結(jié)合不牢固而容易脫落,所以使用受到一定的限制.
(2)包埋法
◆將酶或含酶菌體包埋在各種多孔載體中,使酶固定化的方法稱為包埋法.
◆包埋法使用的多孔載體主要有：瓊脂、瓊脂糖、海藻酸鈉、角叉菜膠、明膠、聚丙烯酰胺、光交聯(lián)樹脂、聚酰胺、火棉膠等.
◆包埋法制備固定化酶或固定化菌體時,根據(jù)載體材料和方法的不同,可分為凝膠包埋法和半透膜包埋法兩大類.
◇凝膠包埋法：凝膠包埋法是將酶或含酶菌體包埋在各種凝膠內(nèi)部的微孔中,制成一定形狀的固定化酶或固定化含酶菌體.大多數(shù)為球狀或片狀,也可按需要制成其他形狀.
常用的凝膠有瓊脂凝膠、海藻酸鈣凝膠、角叉菜膠、明膠等天然凝膠以及聚丙烯酰胺凝膠、光交聯(lián)樹脂等合成凝膠.
◇半透膜包埋法：半透膜包埋法是將酶包埋在由各種高分子聚合物制成的小球內(nèi),制成固定化酶.
常用于制備固定化酶的半透膜有聚酰胺膜、火棉膠膜等.
(3)結(jié)合法
◆選擇適宜的載體,使之通過共價鍵或離子鍵與酶結(jié)合在一起的固定化方法稱為結(jié)合法.
◆根據(jù)酶與載體結(jié)合的化學(xué)鍵不同,結(jié)合法可分為離子鍵結(jié)合法和共價鍵結(jié)合法.
◇離子鍵結(jié)合法：通過離子鍵使酶與載體結(jié)合的固定化方法稱為離子鍵結(jié)合法.
離子鍵結(jié)合法所使用的載體是某些不溶于水的離子交換劑.常用的有DEAE-纖維素、TEAE-纖維素、DEAE-葡聚糖凝膠等.
◇共價鍵結(jié)合法：通過共價鍵將酶與載體結(jié)合的固定化方法稱為共價鍵結(jié)合法.
共價鍵結(jié)合法所采用的載體主要有：纖維素、瓊脂糖凝膠、葡聚糖凝膠、甲殼質(zhì)、氨基酸共聚物、甲基丙稀醇共聚物等.
酶分子中可以形成共價鍵的基團主要有：氨基、羧基、巰基、羥基、酚基和咪唑基等.
◇要使載體與酶形成共價鍵,必須首先使載體活化,即借助于某種方法,在載體上引進(jìn)一活潑基團.然后此活潑基團再與酶分子上的某一基團反應(yīng),形成共價鍵.
◇使載體活化的方法很多.主要的有重氮法、迭氮法、溴化氰法和烷化法等.
(4)交聯(lián)法
◆借助雙功能試劑使酶分子之間發(fā)生交聯(lián)作用,制成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的固定化酶的方法稱為交聯(lián)法.交聯(lián)法也可用于含酶菌體或菌體碎片的固定化.
◆常用的雙功能試劑有戊二醛、己二胺、順丁烯二酸酐、雙偶氮苯等.其中應(yīng)用最廣泛的是戊二醛.
(5)熱處理法
◆將含酶細(xì)胞在一定溫度下加熱處理一段時間,使酶固定在菌體內(nèi),而制備得到固定化菌體.◆熱處理法只適用于那些熱穩(wěn)定性較好的酶的固定化,在加熱處理時,要嚴(yán)格控制好加熱溫度和時間,以免引起酶的變性失活.
1.2固定化酶的特性
(1)穩(wěn)定性:固定化酶的穩(wěn)定性一般比游離酶的穩(wěn)定性好.
(2)最適溫度: 固定化酶的最適作用溫度一般與游離酶差不多,活化能也變化不大.
(3)最適pH值: 酶經(jīng)過固定化后,其作用的最適pH值往往會發(fā)生一些變化.
◆影響固定化酶最適pH值的因素主要有兩個,一個是載體的帶電性質(zhì),另一個是酶催化反應(yīng)產(chǎn)物的性質(zhì).
(4)底物特異性: 固定化酶的底物特異性與游離酶比較可能有些不同,其變化與底物分子量的大小有一定關(guān)系.對于那些作用于低分子底物的酶,固定化前后的底物特異性沒有明顯變化.
◆固定化酶底物特異性的改變,是由于載體的空間位阻作用引起的.
1.3固定化酶的應(yīng)用
固定化酶既保持了酶的催化特性,又克服了游離酶的不足之處,具有如下顯著的優(yōu)點：
（1）酶的穩(wěn)定性增加,減少溫度、pH值、有機溶劑和其他外界因素對酶的活力的影響,可以較長期地保持較高的酶活力.
（2）固定化酶可反復(fù)使用或連續(xù)使用較長時間,提高酶的利用價值,降低生產(chǎn)成本.
（3）固定化酶易于和反應(yīng)產(chǎn)物分開,有利于產(chǎn)物的分離純化,從而提高產(chǎn)品質(zhì)量.
固定化酶已廣泛地應(yīng)用于食品、輕工、醫(yī)藥、化工、分析、環(huán)保、能源和科學(xué)研究等領(lǐng)域.

2.細(xì)胞固定化
◆通過各種方法將細(xì)胞與水不溶性的載體結(jié)合,制備固定化細(xì)胞的過程稱為細(xì)胞固定化.(固定化活細(xì)胞或固定化增殖細(xì)胞)
◆微生物細(xì)胞、植物細(xì)胞和動物細(xì)胞都可以制成固定化細(xì)胞.
2.1細(xì)胞固定化的方法
◆主要可分為吸附法和包埋法兩大類方法.
(1)吸附法
◆利用各種固體吸附劑,將細(xì)胞吸附在其表面而使細(xì)胞固定化的方法稱為吸附法.
◆用于細(xì)胞固定化的吸附劑主要有：硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料、金屬絲網(wǎng)、微載體和中空纖維等.
(2)包埋法
◆將細(xì)胞包埋在多孔載體內(nèi)部而制成固定化細(xì)胞的方法稱為包埋法.
◆包埋法可分為凝膠包埋法和半透膜包埋法.
◇以各種多孔凝膠為載體,將細(xì)胞包埋在凝膠的微孔內(nèi)而使細(xì)胞固定化的方法稱為凝膠包埋法.
○凝膠包埋法是應(yīng)用最廣泛的細(xì)胞固定化方法,適用于各種微生物、動物和植物細(xì)胞的固定化.
○凝膠包埋法所使用的載體主要有瓊脂、海藻酸鈣凝膠、角叉菜膠、明膠、聚丙烯酰胺凝膠和光交聯(lián)樹脂等.
2.2微生物細(xì)胞固定化
2.2.1固定化微生物細(xì)胞的特點：
①固定化微生物細(xì)胞保持了細(xì)胞的完整結(jié)構(gòu)和天然狀態(tài),穩(wěn)定性好.
②固定化微生物細(xì)胞保持了細(xì)胞內(nèi)原有的酶系、輔酶體系和代謝調(diào)控體系,可以按照原來的代謝途徑進(jìn)行新陳代謝,并進(jìn)行有效的代謝調(diào)節(jié)控制.
③發(fā)酵穩(wěn)定性好,可以反復(fù)使用或者連續(xù)使用較長的一段時間.
④固定化微生物細(xì)胞密度提高,可以提高產(chǎn)率.
⑤提高工程菌的質(zhì)粒穩(wěn)定性,
2.2.2固定化微生物細(xì)胞的應(yīng)用
◆主要用在兩個方面：
◇是利用固定化微生物細(xì)胞發(fā)酵生產(chǎn)各種胞外產(chǎn)物.
◇二是利用固定化微生物細(xì)胞與各種電極結(jié)合制成微生物電極.
(1)利用固定化微生物生產(chǎn)各種產(chǎn)物
(2)固定化微生物細(xì)胞制造微生物傳感器
2.3植物細(xì)胞固定化
2.3.1固定化植物細(xì)胞的特點：
（1）植物細(xì)胞經(jīng)固定化后,由于有載體的保護作用,可減輕剪切力和其他外界因素對植物細(xì)胞的影響,提高植物細(xì)胞的存活率和穩(wěn)定性.
（2）細(xì)胞經(jīng)固定化后,被束縛在一定的空間范圍內(nèi)進(jìn)行生命活動,不容易聚集成團.
（3）固定化植物細(xì)胞發(fā)酵可以簡便地在不同地培養(yǎng)階段更換不同的培養(yǎng)液,即首先在生長培養(yǎng)基中生長增殖,在達(dá)到一定的細(xì)胞密度后,改換成發(fā)酵培養(yǎng)基,以利于生產(chǎn)各種所需的次級代謝物.
（4）固定化植物細(xì)胞可反復(fù)使用或連續(xù)使用較長的一段時間,大大縮短生產(chǎn)周期,提高產(chǎn)率.
（5）固定化植物細(xì)胞易于與培養(yǎng)液分離,利于產(chǎn)品的分離純化,提高產(chǎn)品質(zhì)量.
2.3.2 植物細(xì)胞固定化的方法：
◆植物細(xì)胞固定化的方法主要有吸附法和包埋法兩種.
◆吸附法是將植物細(xì)胞吸附在泡沫塑料的孔洞或裂縫內(nèi),或者將植物細(xì)胞吸附在中空纖維的外壁上.
◆包埋法是將植物細(xì)胞包埋在瓊脂、角叉菜膠、海藻酸鈣凝膠、聚丙烯酰胺凝膠、明膠等多孔凝膠之中.包埋方法與微生物細(xì)胞包埋時基本相同.
2.3.3固定化植物細(xì)胞的應(yīng)用：
◆固定化植物細(xì)胞的主要用途是制造人工種子,就有可能獲得大量具有相同遺傳特性的植株.對種質(zhì)的保存具有重要意義.并可以節(jié)約種子的用量.
◆固定化植物細(xì)胞還可以用于生產(chǎn)各種色素、香精、藥物、酶等次級代謝物.
2.4動物細(xì)胞固定化
2.4.2固定化動物細(xì)胞的特點：
（1）提高細(xì)胞存活率：動物細(xì)胞經(jīng)固定化后,由于有載體的保護作用,可以減輕或免受剪切力的影響,同時動物細(xì)胞可附著在載體表面生長,從而可顯著提高動物細(xì)胞的存活率.
（2）提高產(chǎn)率：動物細(xì)胞固定化后,可先在生長培養(yǎng)基中生長繁殖,使細(xì)胞在載體上形成最佳分布并達(dá)到一定的細(xì)胞密度.然后可簡便地改換成發(fā)酵培養(yǎng)基,控制發(fā)酵條件,使細(xì)胞從生長期轉(zhuǎn)變到生產(chǎn)期,以利于提高產(chǎn)率.
（3）固定化動物細(xì)胞可反復(fù)使用或連續(xù)使用較長的時間.例如,中國倉鼠卵巢細(xì)胞（CHO）生產(chǎn)人干擾素可以穩(wěn)定地生產(chǎn)30天.
（4）固定化細(xì)胞易于與產(chǎn)物分開,利于產(chǎn)物分離純化,提高產(chǎn)品質(zhì)量.
2.4.2動物細(xì)胞固定化方法：
◆動物細(xì)胞固定化地方法有吸附法和包埋法兩種.
(1)吸附法：
◆大多數(shù)動物細(xì)胞屬于附著細(xì)胞,它們在培養(yǎng)過程中,必須趨向于附著在固體表面.故此吸附法特別適合于動物細(xì)胞的固定化.
◆轉(zhuǎn)瓶是由玻璃或塑料制成,表面經(jīng)過一定方法處理而帶上電荷.
◆微載體是指顆粒細(xì)小的固定化載體,直徑一般為100～200μm,相對密度接近1.0.是由帶有表面電荷的葡聚糖、明膠、纖維素、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯或玻璃等材料制成.微載體已用于多種動物細(xì)胞的固定化；
◆中空纖維由聚丙烯、硅化聚碳酸酯等高分子聚合物制成.
(2)包埋法
◆包埋固定化法一般適用于懸浮細(xì)胞.
◆根據(jù)載體和方法的不同,有凝膠包埋法、半透膜包埋法兩種.
①凝膠包埋法：利用各種多孔凝膠為載體將動物細(xì)胞固定化.細(xì)胞被固定在凝膠的微孔中生長繁殖和新陳代謝,由于有載體的保護,動物細(xì)胞有較好的穩(wěn)定性,可顯著提高其存活率.
用于動物細(xì)胞固定化的凝膠載體主要有瓊脂糖凝膠、海藻酸鈣凝膠和血纖維蛋白等.
②半透膜包埋法：利用高分子聚合物形成的半透膜將動物細(xì)胞包埋,形成微囊型固定化動物細(xì)胞.
2.4.3固定化動物細(xì)胞的應(yīng)用：
動物細(xì)胞中大部分為貼壁細(xì)胞,需要貼附在載體的表面才能正常生長.所以固定化動物細(xì)胞廣泛應(yīng)用.特別是采用微載體對動物細(xì)胞進(jìn)行吸附固定化.

3.原生質(zhì)體固定化
◆固定化原生質(zhì)體的制備主要包括原生質(zhì)體的制備和原生質(zhì)體固定化兩個階段.
3.1原生質(zhì)體的制備
◆不同種類的細(xì)胞,由于各自細(xì)胞壁的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同,原生質(zhì)體的制備方法也不一樣.
◆原生質(zhì)體的制備過程是首先將對數(shù)生長期的細(xì)胞收集起來,懸浮在含有滲透壓穩(wěn)定劑的高滲緩沖液中.然后加入適宜的細(xì)胞壁水解酶,在一定的條件下作用一段時間,使細(xì)胞壁破壞.分離除去細(xì)胞壁碎片、未作用的細(xì)胞以及細(xì)胞壁水解酶,而得到原生質(zhì)體.
◆除去細(xì)胞壁所使用的酶應(yīng)根據(jù)細(xì)胞壁的主要成分的不同而進(jìn)行選擇.
◇細(xì)菌的細(xì)胞壁主要成分是肽多糖,所以細(xì)菌原生質(zhì)體制備時主要采用從蛋清中得到的溶菌酶；
◇酵母細(xì)胞壁主要由β-葡聚糖構(gòu)成,故采用β-1,3-葡聚糖酶；
◇霉菌的細(xì)胞壁組分比較復(fù)雜,除含有幾丁質(zhì)外,還有其他多種組分,故要去除霉菌的細(xì)胞壁,則需有幾丁質(zhì)酶與其他有關(guān)酶共同作用.
◇植物細(xì)胞壁由纖維素、半纖維素和果膠組成,故制備植物原生質(zhì)體時主要應(yīng)用纖維素酶和果膠酶.
◆為防止制備得到的原生質(zhì)體破裂,應(yīng)加入適當(dāng)?shù)臐B透壓穩(wěn)定劑.如：無機鹽、糖類、糖醇等化合物.
◆應(yīng)選擇對數(shù)生長期的細(xì)胞制備原生質(zhì)體,以獲得較高的原生質(zhì)體形成率.
◆所加進(jìn)的細(xì)胞壁溶解酶的種類和濃度、酶作用溫度,pH值以及作用時間等對原生質(zhì)體的制備都有明顯影響,必須經(jīng)過試驗確定其最佳條件.
3.2原生質(zhì)體固定化
◆采用包埋法制成固定化原生質(zhì)體.
◆原生質(zhì)體固定化一般采用凝膠包埋法.常用的凝膠有：瓊脂凝膠、海藻酸鈣凝膠、角叉菜膠和光交聯(lián)樹脂等.
3.3固定化原生質(zhì)體的特點：
(1)固定化原生質(zhì)體由于解除了細(xì)胞壁這一擴散屏障,可增加細(xì)胞膜的通透性,有利于氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的傳遞和吸收,也有利于胞內(nèi)物質(zhì)的分泌,可顯著提高產(chǎn)率.
(2)固定化原生質(zhì)體由于有載體的保護作用,具有較好的操作穩(wěn)定性和保存穩(wěn)定性,可反復(fù)使用和連續(xù)使用較長的時間,利于連續(xù)化生產(chǎn).在冰箱保存較長時間后仍能保持其生產(chǎn)能力.
(3)固定化原生質(zhì)體易于和發(fā)酵產(chǎn)物分開,有利于產(chǎn)物的分離純化,提高產(chǎn)品質(zhì)量.
(4)固定化原生質(zhì)體發(fā)酵的培養(yǎng)基中需要添加滲透壓穩(wěn)定劑,以保持原生質(zhì)體的穩(wěn)定性.這些滲透壓穩(wěn)定劑在發(fā)酵結(jié)束后,可用層析或膜分離技術(shù)等方法與產(chǎn)物分離.
3.4固定化原生質(zhì)體的應(yīng)用
固定化原生質(zhì)體一方面保持了細(xì)胞原有的新陳代謝特性,可以照常產(chǎn)生原來在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的各種代謝產(chǎn)物,另一方面又去除了細(xì)胞壁這一擴散屏障,有利于胞內(nèi)產(chǎn)物不斷地分泌到胞外,這樣就可以不經(jīng)過細(xì)胞破碎和提取工藝而在發(fā)酵液中獲得所需的發(fā)酵產(chǎn)物,為胞內(nèi)物質(zhì)的工業(yè)化生產(chǎn)開辟了新途徑.
固定化原生質(zhì)體可用于各種氨基酸、酶和生物堿等物質(zhì)的生產(chǎn)以及甾體轉(zhuǎn)化等.