（2）CaCl2濃度細胞活性的影響
在海藻酸鈉包埋固定化過程中，凝膠化劑CaCl2中的Ca2+于海藻酸鈉根離子螯合形成不溶于水的海藻酸鈣凝膠，從而將細胞固定。CaCl2溶液的濃度對固定化細胞顆粒機械強度的影響見表四。
表四 CaCl2濃度對固定化細胞凝膠機械強度的影響
| CaCl2濃度/% | 2 | 3 | 4 | 5 | 10 |
| 機械強度 | 較好 | 較好 | 較好 | 好 | 好 |
隨著CaCl2濃度的增加，微生物細胞的活性降低。當CaCl2濃度低于5%時，細胞活性可以保持在80%以上；但是當CaCl2濃度達到10%，細胞活性下降到60%左右，主要原因估計有兩種（i）由于鹽的滲析作用，引起細胞脫水，致使微生物活性部分喪失；（ii）在PCR技術中，CaCl2是使細胞處于感受態(tài)的物質(zhì)，這個時候微生物是zui脆弱的，很容易被外界的干擾破壞。
從表四可以看出，CaCl2濃度對固定化細胞的機械強度影響較大。當CaCl2濃度為2%~3%時，固定化顆粒在使用過程中會出現(xiàn)膨脹，甚至出現(xiàn)裂縫活破碎現(xiàn)象。因此，海藻酸鈣包埋法固定化細胞活性較高。
3.2 PVA—H3BO3包埋法
3.2.1原理
*是一種新型的微生物包埋固定化載體，它具有機械強度高，化學穩(wěn)定性好，康微生物分解性能強，對微生物無毒，價格低廉等一系列優(yōu)點，是一種具有實用潛力的包埋材料，近年來在國內(nèi)外獲得了較廣泛的研究。
*（polyvinyl alcohol，簡稱PVA）的結(jié)構(gòu)為：
*在加熱后溶于水，在其水溶液中加入添加劑后發(fā)生凝膠化，或者在低溫下（-10℃）冷凍形成凝膠，從而將微生物包埋固定在凝膠網(wǎng)絡里。常用添加劑有硼酸和硼砂，在PVA水溶液中加入硼酸活著硼砂，由于化學反應而形成凝膠。PVA于硼酸反應形成的凝膠為單二醇型，與硼砂反應形成的凝膠為雙二醇型，其結(jié)構(gòu)式如圖1（略）。
PVA于硼砂反應形成凝膠時，成形困難，凝膠呈海綿狀結(jié)構(gòu)，強度較低。但硼砂的用量較硼酸用量低得多，所以值的進一步研究。就目前的研究來看，大多采用H3BO3做交聯(lián)劑。
PVA—H3BO3包埋法是一種制備容易且價格低廉的固定化方法，其反應原理如圖2（略）。
利用該方法制得的凝膠顆粒機械強度高，使用壽命長且彈性好。
3.2.2固定化方法
以PVA為固定化載體，建立了利用PVA—H3BO3包埋固定化微生物細胞的方法，具體方法如下：
方法I
①將*（PVA）加熱溶于水；
②將微生物細胞與PVA溶液混合均勻，使PVAzui終濃度為10%；
③將上述混合液滴入飽和的硼酸溶液中，放置10h，使其充分反應；
④濾出固定化顆粒，用生理鹽水洗凈，備用。
方法II
①將*（PVA）加熱溶于水,冷卻；
②將微生物細胞與PVA溶液混合均勻，使PVAzui終濃度為10%；
③將PVA與微生物細胞的混合液到入已滅菌的培養(yǎng)皿中，緩慢加入飽和硼酸溶液，浸泡10h；
④將凝膠切成3mm×3mm×3mm的小方塊，用生理鹽水洗凈，備用。
方法III
①將*（PVA）與海藻酸鈉加熱溶于水,冷卻；
②將微生物細胞與上述溶液混合均勻，使PVA與海藻酸鈉zui終濃度分別為7.5％～10%，0.4%～1.0%；
③將上述混合液用針形管滴入下列溶液中：
H3BO3（飽和溶液） CaCl2 1.0％～5.0％ pH值4.0～7.0
④放置10h，使之充分反應；
⑤濾出顆粒，用生理鹽水洗凈，備用。
利用上述固定化方法，包埋固定化黑曲酶，比較了固定化細胞的活性，結(jié)果如表五所示。
表五 PVA—H3BO3法固定化的比較
| 固定化方法 | 方法I | 方法I | 方法III |
| 固定化細胞相對活性/% | 20.4% | 23.1% | 35.2% |
從表五可以看出，采用方法III，即改進的PVA—H3BO3法固定化細胞，其活性明顯提高，這是由于在方法III的固定化過程中，引入了少量的海藻酸鈉。海藻酸鈉作為一種多糖類天然高分子化合物，對微生物細胞器一定的保護作用，減輕了硼酸對微生物的毒性作用，因此提高了固定化細胞的相對活性。
3.2.3 PVA—H3BO3法中固定化試劑對細胞活性的影響
（1） PVA對細胞活性的影響
一般來說，PVA的濃度對微生物細胞活性的影響不大，即使高達10%時，對細胞活性也沒有明顯的不良影響。但是，PVA濃度增大，溶液的黏度隨之增大，使底物和產(chǎn)物的擴散，尤其是氧氣的傳遞受到影響，進而影響細胞活性。
（2） H3BO3對細胞活性的影響
硼酸的細胞毒性比較大，因而其對微生物細胞活性的影響是導致PVA—H3BO3包埋固定化細胞活性底的主要原因。
4、固定化細胞性能的評價
4.1固定化顆粒的密度
固定化顆粒是指一定體積內(nèi)固定化顆粒的量， 因此，確定固定化顆粒的密度，也就是測定其體積和重量。但是由于固定化顆粒表面附著著一些水分，它不是固定化顆粒的組分，也無法通過過濾除去，可利用某些特殊溶劑（如葡萄糖）吸收，而這種溶劑不會擴散到固定化顆粒內(nèi)，該溶劑被稀釋的量即為附著的水量。這樣，測定固定化顆粒的總量以及附著的水量即可通過計算的出其體積、密度和重量。具體方法此處不再詳細敘述。
4.2固定化顆粒的通透性和機械強度
固定化顆粒的通透性，也稱為傳質(zhì)性能，是用來衡量的固定化細胞與外界交換能力的重要指標。通透性越好，固定化細胞與外界的物質(zhì)交換越容易，固定化微生物對于外界污染物的降解能力越強。
機械強度，主要衡量固定化顆粒在外界的持續(xù)壓力沖擊下保持形狀的能力，一般來說，機械強度越大，顆?？芍貜屠寐试礁?，在工程上的應用價值越大。
但是，通透性和機械強度是一對矛盾。在固定化過程中，固定化時間越長，顆粒的機械強度越大，但是通透性卻降低；反之，固定化時間越短，通透性提高，機械強度卻無法保證。因此，在實驗中應該綜合考慮兩個因素，在兩個指標中尋找*的組合。
4.3固定化顆粒的zui適溫度、zui適pH值
固定化后的顆粒，由于在存在狀態(tài)上與游離的微生物不同，因此在zui適溫度和zui適pH值方面也會有很大的不同?？梢酝ㄟ^做對照試驗，測出不同組別在不同溫度和pH值的條件下降解速率，從而找出*的降解的溫度和pH值。
同時可以看到，在固定化以后，微生物可以存在的溫度和pH值范圍比固定化以前有了顯著的擴大。
4.4微生物的包埋量
由于在制作固定化顆粒的過程中，不可避免的會有一部分微生物沒有包埋到顆粒之中，這部分微生物不會參加對污染物的降解，因而在一定程度上會影響降解的效果。 因此包埋量的測定也是評價固定化好壞的一個很重要的指標。
微生物的包埋量可以通過菌落技術的方法加以測定。
5、固定化微生物的發(fā)展趨勢
微生物在自然界中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和環(huán)境凈化中起著非常重要的作用，微生物細胞是一個具有多種酶系統(tǒng)的統(tǒng)一體系，其本身就是一種天然的固定化酶反應器，因此利用固定化方法將微生物具體細胞加以固定，則可以用于催化一系列生理生化反應，固定化細胞內(nèi)的酶體系十分穩(wěn)定，且不影響其催化活性，具有造作和貯藏的良好穩(wěn)定性。隨著科學技術，尤其是生物工程以及工藝學的發(fā)展，開發(fā)應用固定化技術處理廢水，已經(jīng)引起國內(nèi)外專家、學者的重視，并且逐步實現(xiàn)其在工業(yè)化生產(chǎn)實踐中的應用。
固定化細胞技術易其*的優(yōu)點在廢水生物處理領域受到廣泛關注，但是還有很多問題亟待解決，未來的主要研究方向主要集中于以下幾點：
（1） 固定化載體類型以及包埋方式的研究；
（2） 尋找、廉價、抗毒性強的微生物；
（3） 開發(fā)多種生物共生的固定化載體；
（4） 開發(fā)具有良好流態(tài)的固定化反應器；
（5） 協(xié)同固定化的研究。
