酵母细胞的固定化兰

1、在应用酶的过程中，人们发现了一些实际问题：在应用酶的过程中，人们发现了一些实际问题： 课题背景课题背景 如今，酶已经大规模地应用于如今，酶已经大规模地应用于食品、化工、食品、化工、 轻纺、医药轻纺、医药等各个领域。等各个领域。 酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件 非常敏感，非常敏感，容易失活容易失活；溶液中的酶；溶液中的酶很难回收很难回收， 不能被再次利用，提高了生产成本；反应后不能被再次利用，提高了生产成本；反应后酶酶 会混在产物中会混在产物中，可能影响产品质量。，可能影响产品质量。 第第1页页/共共55页页 有人设想，有人设想，将酶固定在将酶固

2、定在 不溶于水的载体上，使酶不溶于水的载体上，使酶 既能既能与反应物接触与反应物接触，又能，又能 与产物分离与产物分离，同时，固定，同时，固定 在载体上的酶还可以被在载体上的酶还可以被反反 复利用复利用。现代的现代的固定化酶固定化酶 技术技术已完全实现了这一设已完全实现了这一设 想。想。 第第2页页/共共55页页 自自20世纪世纪70年代，在固定化酶技术的年代，在固定化酶技术的 基础上，又发展出了基础上，又发展出了细胞固定化技术细胞固定化技术。与。与 固定化酶技术相比，固定化细胞制备的成固定化酶技术相比，固定化细胞制备的成 本更低，操作更容易。本更低，操作更容易。 酶是由细胞合成的，于是，又有

3、人设想，能酶是由细胞合成的，于是，又有人设想，能 否将合成酶的细胞直接固定否将合成酶的细胞直接固定? 第第3页页/共共55页页 阅读阅读P4950P4950，并思考：，并思考： 1 1、解决酶应用中存在问题的方法是？、解决酶应用中存在问题的方法是？ 2 2、这种方法的优点是什么？、这种方法的优点是什么？ 3 3、什么是高果糖浆？使用它有何好处？、什么是高果糖浆？使用它有何好处？ 4 4、生产高果糖浆需要什么酶？其作用、生产高果糖浆需要什么酶？其作用 是什么？这种酶有何特点？是什么？这种酶有何特点？ 5 5、了解高果糖浆生产过程。、了解高果糖浆生产过程。 一、固定化酶的应用实例一、固定化酶的应用

4、实例 第第4页页/共共55页页 1 1、固定化酶技术：、固定化酶技术：即将酶固定即将酶固定 在一定空间内的技术（如固定在在一定空间内的技术（如固定在 不溶于水的载体上）。不溶于水的载体上）。 2 2、固定化酶技术的优点：、固定化酶技术的优点： （1 1）使酶既能与反应物接触，）使酶既能与反应物接触， 又能与产物分离；又能与产物分离； （2 2）固定在载体上的没可以被）固定在载体上的没可以被 反复利用。反复利用。 第第5页页/共共55页页 3.3.高果糖浆是果糖含量为高果糖浆是果糖含量为42%42%左右的糖浆。左右的糖浆。 作为蔗糖的替代品，作为蔗糖的替代品，高果糖浆不会像蔗糖高果糖浆不会像蔗糖

5、 那样诱发肥胖、糖尿病、龋齿和心血管病，那样诱发肥胖、糖尿病、龋齿和心血管病， 对人的健康更有益。对人的健康更有益。 4.高果糖浆的生产需要使用高果糖浆的生产需要使用葡萄糖异构葡萄糖异构 酶酶，它能将，它能将葡萄糖转化成果糖葡萄糖转化成果糖。这种。这种酶酶 的稳定性好的稳定性好，可以可以持续发挥作用持续发挥作用。但是，但是， 酶溶解于葡萄糖溶液后，就无法从糖浆酶溶解于葡萄糖溶液后，就无法从糖浆 中回收，造成很大的中回收，造成很大的浪费浪费。 第第6页页/共共55页页 使用使用固定化酶技术固定化酶技术，将这种酶固定在一种颗，将这种酶固定在一种颗 粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱粒状的载

6、体上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱 内，柱子底端装上分布着许小孔的筛板。酶颗粒内，柱子底端装上分布着许小孔的筛板。酶颗粒 无法通过筛板上的小孔，而反应溶液却可以自由无法通过筛板上的小孔，而反应溶液却可以自由 出入。生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上出入。生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上 端注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与固定化端注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与固定化葡葡 萄糖异构酶萄糖异构酶接触，转化成果糖，从反应柱的下端接触，转化成果糖，从反应柱的下端 流出。流出。反应柱能连续使用半年，大大降低了生产反应柱能连续使用半年，大大降低了生产 成本，提高了果糖的产量和质量。目前，用固定成本，

7、提高了果糖的产量和质量。目前，用固定 化葡萄糖异构酶生产高果糖浆的规模已经超过了化葡萄糖异构酶生产高果糖浆的规模已经超过了 每年每年10001000万吨。万吨。 隐藏资料隐藏资料(一一)、固定化酶的应用实例、固定化酶的应用实例 第第7页页/共共55页页 5 5、固定化酶技术生产高果糖浆的图示：、固定化酶技术生产高果糖浆的图示： 注意反应柱的注意反应柱的 各部分名称。各部分名称。 第第8页页/共共55页页 基础知识基础知识 (一一)、固定化酶的应用实例、固定化酶的应用实例 5高果糖浆生产过程高果糖浆生产过程: 第第9页页/共共55页页 基础知识基础知识 (一一)、固定化酶的应用实例、固定化酶的应

8、用实例 第第10页页/共共55页页 （1）使酶既能与反应）使酶既能与反应 物接触，又能与产物物接触，又能与产物 分离；分离； （2）固定在载体上的）固定在载体上的 酶可以被反复利用。酶可以被反复利用。 反应柱能连续使用半反应柱能连续使用半 年，大大降低了生产年，大大降低了生产 成本，提高果糖的产成本，提高果糖的产 量和质量。量和质量。 基础知识基础知识 (一一)固定化酶的应用实例固定化酶的应用实例 优点优点: 第第11页页/共共55页页 一种酶只能催化一种化学反应，而在一种酶只能催化一种化学反应，而在 生产实际中很多产物的形成都通过一系列生产实际中很多产物的形成都通过一系列 的酶促反应才能进行

9、，所以操作比较麻烦。的酶促反应才能进行，所以操作比较麻烦。 可采用固定化细胞技术。可采用固定化细胞技术。 缺点：缺点： 第第12页页/共共55页页 练习练习、目前，日用化工厂大量生、目前，日用化工厂大量生 产的酶制剂，其中的酶大都来自产的酶制剂，其中的酶大都来自 A A、化学合成、化学合成 B B、动物体内、动物体内 C C、植物体内、植物体内 D D、微生物体内、微生物体内 第第13页页/共共55页页 在生产实际中使用固定化酶在生产实际中使用固定化酶 技术有无不足技术有无不足? ?如有不足如有不足, ,怎么办怎么办? ? 有。一种酶只能催化一种化学有。一种酶只能催化一种化学 反应，而在生产实

10、际中很多产反应，而在生产实际中很多产 物的形成都通过一系列的酶促物的形成都通过一系列的酶促 反应才能进行，所以操作比较反应才能进行，所以操作比较 麻烦。麻烦。 可采用固定化细胞技术。可采用固定化细胞技术。 第第14页页/共共55页页 二、固定化细胞技术二、固定化细胞技术 1 1、概念：、概念： 利用物理或化学方法将细胞利用物理或化学方法将细胞 固定在一定空间的技术。固定在一定空间的技术。 细胞中含有一系列酶，在细胞细胞中含有一系列酶，在细胞 正常生命活动的过程中，通过正常生命活动的过程中，通过 代谢产生所需要的代谢产物。代谢产生所需要的代谢产物。 阅读阅读P50P50：思考第二段的问题：思考第

11、二段的问题 第第15页页/共共55页页 2 2、固定化酶或细胞的常用方法、固定化酶或细胞的常用方法 第第16页页/共共55页页 酶酶 物理吸附法物理吸附法 化学结合法化学结合法 细胞细胞 包埋法包埋法 第第17页页/共共55页页 方法方法原理原理适用对象适用对象 1包埋法包埋法 2化学化学 结合法结合法 3物理物理 吸附法吸附法 隐藏资料隐藏资料 是将聚合物的单体与酶溶液混合，是将聚合物的单体与酶溶液混合， 再借助于聚合助进剂再借助于聚合助进剂(包括交联剂包括交联剂) 的作用进行聚合，酶被包埋在聚合的作用进行聚合，酶被包埋在聚合 物中以达到固定化物中以达到固定化 酶或细酶或细 胞胞 酶蛋白的侧

12、链基团和载体表面酶蛋白的侧链基团和载体表面 上的功能基团之间形成共价键上的功能基团之间形成共价键 而固定的方法而固定的方法 通过氢键、疏水作用和通过氢键、疏水作用和电子亲和电子亲和 力等物理作用，将酶固定于水不力等物理作用，将酶固定于水不 溶载体上从而制成固定化酶溶载体上从而制成固定化酶 酶酶 酶酶 第第18页页/共共55页页 4 4、固定化细胞常用的载体、固定化细胞常用的载体 常用的不溶于水的多孔性载体常用的不溶于水的多孔性载体 有哪些？有哪些？ 明胶、琼脂糖、海藻酸钠、明胶、琼脂糖、海藻酸钠、 醋酸纤维素、聚丙烯酰胺等醋酸纤维素、聚丙烯酰胺等 第第19页页/共共55页页 第第20页页/共共

13、55页页 （一）制备固定化酵母细胞（一）制备固定化酵母细胞 阅读阅读P50P505151思考下列问题：思考下列问题： （1 1）制备过程包括哪几个步骤？）制备过程包括哪几个步骤？ （2 2）各步骤应当分别注意什么问）各步骤应当分别注意什么问 题？题？ 第第21页页/共共55页页 （一）制备固定化酵母细胞的操作步骤（一）制备固定化酵母细胞的操作步骤 1 1酵母细胞的酵母细胞的活化活化 2 2配制配制物质的量浓度为物质的量浓度为0.05 mol0.05 molL L的的 CaClCaCl2 2溶液溶液 3 3配制海藻酸钠溶液配制海藻酸钠溶液 4 4海藻酸钠溶液与酵母细胞海藻酸钠溶液与酵母细胞混合混

14、合 5 5固定固定化酵母细胞化酵母细胞 第第22页页/共共55页页 实验操作实验操作 取取1g干酵母，放入干酵母，放入50 ml的小烧杯中，加入蒸馏水的小烧杯中，加入蒸馏水10 ml，用玻璃棒搅拌，使酵母细胞混合均匀，成糊状，放，用玻璃棒搅拌，使酵母细胞混合均匀，成糊状，放 置置1h左右使其活化。左右使其活化。 活化活化： 就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常 的生活状态的生活状态 注意水的用量注意水的用量 第第23页页/共共55页页 实验操作实验操作 称取无水称取无水CaCl2 0.83g。放人。放人200mL的烧杯中，加入的烧杯中，加入 150mL的

15、蒸馏水，使其充分溶解，待用。的蒸馏水，使其充分溶解，待用。 第第24页页/共共55页页 实验操作实验操作 称取称取0.7g0.7g海藻酸钠，放入海藻酸钠，放入50mL50mL 小烧杯中，加人小烧杯中，加人10mL10mL水，用酒精灯水，用酒精灯 加热，边加热边搅拌，将海藻酸钠加热，边加热边搅拌，将海藻酸钠 调成糊状，直至完全溶化，用蒸馏调成糊状，直至完全溶化，用蒸馏 水定容至水定容至10mL10mL。注意，加热时要用。注意，加热时要用 小火，或者间断加热，反复几次，小火，或者间断加热，反复几次， 直到海藻酸钠溶化为止。直到海藻酸钠溶化为止。 说明：说明：海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质量。如

16、果海海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质量。如果海 藻酸钠浓度过高，将很难形成凝胶珠；如果浓度过低，形藻酸钠浓度过高，将很难形成凝胶珠；如果浓度过低，形 成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少，影响实验效果。成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少，影响实验效果。 第第25页页/共共55页页 将溶化好的海藻酸钠溶液将溶化好的海藻酸钠溶液冷冷 却却至室温，至室温，加入加入已活化的酵母细已活化的酵母细 胞，进行充分胞，进行充分搅拌搅拌，使其混合均，使其混合均 匀，再转移至注射器中匀，再转移至注射器中 实验操作实验操作 第第26页页/共共55页页 实验操作实验操作 以恒定的速度缓慢地将注射器中以恒定的速度缓慢地

17、将注射器中 的溶液滴加到配制好的的溶液滴加到配制好的CaClCaCl2 2溶液中，溶液中， 观察液滴在观察液滴在CaClCaCl2 2溶液中形成凝胶珠溶液中形成凝胶珠 的情形。将这些凝胶珠在的情形。将这些凝胶珠在CaClCaCl2 2溶液溶液 中浸泡中浸泡30min30min左右如果没有注射器，左右如果没有注射器， 可以在小塑料瓶上安装一个孔径为可以在小塑料瓶上安装一个孔径为2 2 mmmm的喷嘴来使用。的喷嘴来使用。 第第27页页/共共55页页 （二）用固定化细胞发酵（二）用固定化细胞发酵 1 1、将固定好的酵母细胞、将固定好的酵母细胞( (凝胶珠凝胶珠) ) 用蒸馏水冲洗用蒸馏水冲洗2-3

18、2-3次。次。 实验操作实验操作 2 2、将、将150mL150mL质量分数为质量分数为10%10%的葡萄糖的葡萄糖 溶液转移到溶液转移到200mL200mL的锥形瓶中，再加入固的锥形瓶中，再加入固 定好的酵母细胞，置于定好的酵母细胞，置于2525下发降下发降24h24h。 第第28页页/共共55页页 海藻酸钠在水中海藻酸钠在水中溶解的速度较慢溶解的速度较慢，需要通过，需要通过 加热促进其溶解。溶解海藻酸钠，最好采用加热促进其溶解。溶解海藻酸钠，最好采用小火小火 间断加热间断加热的方法。例如，加热几分钟后，从石棉的方法。例如，加热几分钟后，从石棉 网上取下烧杯冷却片刻，并不断搅拌，再将烧杯网上

19、取下烧杯冷却片刻，并不断搅拌，再将烧杯 放回石棉网继续加热，如此重复数次，直至海藻放回石棉网继续加热，如此重复数次，直至海藻 酸钠完全溶化。如果加热太快，海藻酸钠会发生酸钠完全溶化。如果加热太快，海藻酸钠会发生 焦糊。焦糊。 四四.操作提示操作提示 第第29页页/共共55页页 形成凝胶珠的形成凝胶珠的颜色较深颜色较深，形状为，形状为 圆形或椭圆形圆形或椭圆形 第第30页页/共共55页页 凝胶珠颜色凝胶珠颜色过浅过浅，呈，呈白色白色 固定的酵固定的酵 母细胞过少，母细胞过少， 海藻酸钠浓度海藻酸钠浓度 偏低偏低 第第31页页/共共55页页 凝胶珠不是椭圆形或圆形，呈其凝胶珠不是椭圆形或圆形，呈其

20、 它形状它形状 固定的酵固定的酵 母细胞过多，母细胞过多， 海藻酸钠浓海藻酸钠浓 度偏高度偏高 第第32页页/共共55页页 葡萄糖溶液葡萄糖溶液 中产生许多气中产生许多气 泡，同时闻到泡，同时闻到 酒味酒味 第第33页页/共共55页页 注意：注意： 刚形成的凝胶珠应在刚形成的凝胶珠应在CaClCaCl2 2溶液溶液中浸泡中浸泡 一段时间，以便一段时间，以便形成稳定的结构形成稳定的结构。 检验凝胶珠的质量检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列是否合格，可以使用下列 方法。方法。 一是一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤 压，如果凝胶珠不容易破裂，没有液

21、体流出，就压，如果凝胶珠不容易破裂，没有液体流出，就 表明凝胶珠的制作成功。表明凝胶珠的制作成功。 二是二是在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很 容易弹起，也能表明制备的凝胶珠是成功的。容易弹起，也能表明制备的凝胶珠是成功的。 第第34页页/共共55页页 直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的优缺点直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的优缺点P52P52 第第35页页/共共55页页 第第36页页/共共55页页 1. （2009.江苏）江苏） 下列关于固定化酶和固定化细胞下列关于固定化酶和固定化细胞 的叙述，正确的是（的叙述，正确的是（ ） A. 固定化细

22、胞技术在多步连续催化反应方面优固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优 势明显势明显 B. 固定化酶的应用中，要控制好固定化酶的应用中，要控制好pH、温度、温度 和溶解氧和溶解氧 C. 利用固定化酶降解水体中有机磷农药，利用固定化酶降解水体中有机磷农药， 需提供适宜的营养条件需提供适宜的营养条件 D. 利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的 作用只是作为反应物作用只是作为反应物 高考链接高考链接 A 第第37页页/共共55页页 解析：解析： B选项固定化酶不像普通酶那样对环境要求那么高，耐受选项固定化酶不像普通酶那样对环境要求那么高，耐受 性比较好，和溶解氧没什么关

23、系；性比较好，和溶解氧没什么关系； C选项利用固定化酶降解水体中有机磷农药，纯粹的化学选项利用固定化酶降解水体中有机磷农药，纯粹的化学 反应，不需要提供营养条件，固定化细胞发挥作用需要。反应，不需要提供营养条件，固定化细胞发挥作用需要。 D选项利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用作为反选项利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用作为反 应底物也为碳源来调节酵母菌的代谢方式。应底物也为碳源来调节酵母菌的代谢方式。 第第38页页/共共55页页 1.下列不属于酶的优点的是（下列不属于酶的优点的是（ ） A. 催化效率高催化效率高 B. 低耗能低耗能 C. 低污染低污染 D.可以反复利用可以反复利用 2. 在固定化酵母细胞中，海藻酸钠溶在固定化酵母细胞中，海藻酸钠溶 液的作用是液的作用是 （ ） A. 固定化酵母细胞固定化酵母细胞 B. 悬浮酵母细胞悬浮酵母细胞 C. 回收酵母细胞回收酵母细胞 D. 催化化学反应催化化学反应 D A 第第39页页/共共55页页 知识补充知识补充 第第40页页/共共55页页 第第41页页/共共55页页 第第42页页/共共55页页 第第43页页/共共55页页 第第44页页/共共55页页 第第45页页/共共55页页 第第46页页/共共55页页 基础知识基础