Page 21 - 《精细化工》2022年第4期

第 39 卷第 4 期 精 细 化 工 Vol.39, No.4
2022 年 4 月 FINE CHEMICALS Apr. 2022

综论
细胞固定化催化生产精细化学品的研究进展

刘袖洞，吴春凯，裴 婕

（大连大学 环境与化学工程学院，辽宁 大连 116622）

摘要：细胞固定化技术具有流程简单、生物相容、操作稳定等优点，可有效保证细胞活性，发挥细胞的催化性
能；易实现胞内多种酶的共表达及催化，且底物选择特异性强，有利于高效的细胞催化生产精细化学品。该文
简述了国内外细胞固定化催化生产的工业化程度及主要精细化学品的产业化情况，介绍了表面附着、凝胶包埋、
聚电解质层层自组装膜、共价键合细胞固定化方法，及其在二元醇、生物乙醇、乳酸、丙酮、多糖等精细化学
品生产中的研究现状和进展，并分析讨论了各种方法存在的问题。最后对细胞固定化催化生产精细化学品面临
的技术挑战及研究方向进行了展望。
关键词：细胞固定化催化；表面附着；凝胶包埋；聚电解质层层自组装膜；共价键合
中图分类号：TQ072；TQ426.97 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2022) 04-0657-09

Research progress of cell immobilization catalysis in fine chemicals production

LIU Xiudong, WU Chunkai, PEI Jie
（College of Environmental and Chemical Engineering, Dalian University, Dalian 116622, Liaoning, China）

Abstract: Cell immobilization technology has the advantages of simple process, biocompatibility, stable
operation, and can effectively ensure cell activity and exert the catalytic performance of cells. Moreover, it
is easy to realize the co-expression and catalysis of many enzymes in the cell, and the substrate selection
specificity is strong, which is conducive to the efficient cell catalytic production of fine chemicals. The
industrialization degree of cell immobilization catalysis at home and abroad and the industrialization status
of some fine chemicals are briefly introduced. Then, the research status and progress of some cell
immobilization methods such as surface attachment, gelation entrapment, polyelectrolyte layer-by-layer
(LbL) self-assembled membranes and covalent bonding in the field of fine chemicals, especially, dihydric
alcohols, bioethanol, lactic acid, acetone, polysaccharide production are mainly presented. Subsequently,
the existing problems of various methods are analyzed and discussed. Finally, the technical challenge and
research direction of the production of fine chemicals by cell immobilization catalysis are prospected.
Key words: cell immobilization catalysis; surface attachment; gelation entrapment; polyelectrolyte layer-
by-layer self-assembled membranes; covalent bonding

精细化学品在食品、化妆品、染料、生物燃料 占 90%，带来严重的污染问题，生物催化技术正逐
[1]
等领域中具有举足轻重的地位 。传统的精细化学 步发展成为其重要的替代生产方式。生物催化包括
品工业生产方式可分为两种：（1）自然界中直接获 底物和产物、反应介质、生物催化剂 3 个要素，其
[1]
取，如从玫瑰中提取 2-苯乙醇 ，但产率太低，成 中，生物催化剂是实现自然界以及工业生产中所有
[4]
本高昂；（2）通过化学方式生产，产量高、反应快 生物转化的关键 。生物催化分为酶催化和细胞催
速，但副产物的产生、环境不友好的反应工艺、有 化。酶催化是指利用酶作为生物催化剂进行生物转
[2]
毒试剂的使用限制了产物纯度及工艺安全性 。 化的过程；细胞催化则定义为将完整生物有机体（即
目前，全球涉及化学催化工艺生产的化学产品 微生物、动植物细胞，甚至组织及个体）作为生物

收稿日期：2021-09-14; 定用日期：2021-11-18; DOI: 10.13550/j.jxhg.20210930
基金项目：辽宁省教育厅高等学校基本科研项目（LJKZ1183）；辽宁省“百千万人才工程”资助项目（辽百千万立项【2017】6 号）
作者简介：刘袖洞（1972—），男，教授，E-mail：liuxiudong@dlu.edu.cn。