ЭлБиб

НАУКА — ПРОИЗВОДСТВУ

ПИВО

НАПИТКИ

•

2003

ных процессах и (или) их размножении.

Вторичная адгезия приводит к образова

нию механически прочных слоев микро

организмов на поверхности сорбента, что

является основной причиной практичес

ки полной задержки клеток [3].

У адсорбентов большая удельная по

верхность, отнесенная к единице массы

вещества. Они могут иметь различные

по диаметру поры, которые разделяют на

макропоры (более 2·10

–4

мм), переход

ные поры (6·10

–6

–2·10

–4

) и микропоры

(2·10

–6

до 6·10

–6

мм). От размера пор за

висит и характер адсорбции: возможно

образование слоев молекул поглощенно

го вещества толщиной в одну молекулу

(мономолекулярная адсорбция) и тол

щиной в несколько молекул (полимоле

кулярная адсорбция).

Также вид сорбента оказывает значи

тельное влияние на толщину, плотность

клеточного слоя и на степень удержива

ния клеток. Использование сорбентов с

шероховатой или пористой поверхнос

тью позволяет накапливать большее ко

личество клеток в единице объема аппа

рата по сравнению с сорбентами с глад

кой поверхностью.

Адсорбция микробных клеток зави

сит от их видовых особенностей, разме

ра, возраста, от химической природы

поверхности клеточной стенки, в со

став которой входят соединения, обес

печивающие ее взаимодействие с сор

бентами, — содержание белков и фос

фатных групп находится в прямой зави

симости от гидрофобности клетки. Оп

ределенную роль играют и выделяемые

клеткой метаболиты, которые могут

менять адгезионные свойства поверхно

сти клетки.

Включение в гели —

часто применя

емый метод иммобилизации, отличаю

щийся достаточной прочностью фикса

ции клеток. Этот метод применяли в ран

них исследованиях по иммобилизации.

При этом микробная клетка заключает

ся в полимерную сетку, в ячейки кото

рой проникают молекулы субстрата.

Предпочтение в качестве носителей от

дают натуральным биополимерам—по

лисахаридам с карбоксильной группой

(альгинат, каррагенан, пектин) или с

аминогруппой (хитозан).

Эти носители ввиду их нетоксичнос

ти и совместимости с пищевыми продук

тами и относительной дешевизны име

ют преимущества перед синтетически

ми —полиакриламидом, поливинилхло

ридом, полиуретаном.

Получаемые при полимеризации гели

достаточно устойчивы к механическим

воздействиям, инертны к химическим

реагентам, проницаемы для компонен

тов субстрата и продуктов метаболизма

клетки. Механические свойства гелей

зависят от структурных элементов, из

которых они образованы. Например,

альгинат является сополимером манну

роновой и гулуроновой кислот. Он со

стоит из остатков

маннуроновой кис

лоты, а сегменты

гулуроновой кисло

ты делают его более твердым, но хруп

ким. В присутствии двухвалентных ка

тионов (например, кальция) альгиновая

кислота образует пористый гель, идеаль

ный для колонизации клетками. Размер

пор меньше размера клеток, что препят

ствует их вымыванию, но достаточно для

поступления субстрата.

Методы встраивания микробных кле

ток в гели подходят при использовании

матриц из альгината и каррагенана с раз

мером частиц геля 0,3–3 мм.

Для получения иммобилизованных

дрожжевых клеток в геле их суспенди

руют в растворе альгината натрия, рас

пыляют эту суспензию с 1–4% ным ра

створом хлорида кальция. Образующи

еся гранулы на поверхности имеют не

растворимый слой альгината кальция,

имеющий свойства полупроницаемой

мембраны. Размеры образовавшихся

частиц различны и зависят от вязкос

ти раствора и скорости вращения пер

форированной распылительной плас

тины.

Механизм процесса улавливания кле

ток в этом методе еще окончательно не

установлен, но предполагают, что здесь

участвуют электронные и ковалентные

связи клеточной стенки. При благопри

ятных условиях удается сохранить жиз

неспособность иммобилизованных этим

методом клеток в течение продолжи

тельного времени.

Хотя частицы носителя имеют высо

кую загрузку биомассы, потеря механи

ческого связывания за счет истирания

частиц ограничивает промышленное

применение этого метода. Брожение на

основах из альгината кальция с вкрап

ленными клетками дрожжей показало,

что ограничение переноса питательных

веществ приводит к уменьшению специ

фической скорости брожения, образо

вания высших спиртов и эфиров и по

глощения аминокислот (Masschelein,

1986).

Хорошая альтернатива полиакрил

амидным гелям — карраген, обладаю

щий высокой механической прочностью,

и вязкоупругие гидрогели поливинило

вого спирта. Последние получают замо

раживанием концентрированных ра

створов поливинилового спирта, кото

рый проявляет высокую устойчивость к

химически агрессивным растворам, не

токсичен, отличается механической

прочностью.

Адгезия

Адсорбция

Включено в полимерные сети (гели)

Мембранное микрокапсулирование

Ковалентное связывание

Методы иммобилизации микроорганизмов: К — иммобилизованные клетки

[4]

Электронная Научная СельскоХозяйственная Библиотека