酵母细胞的固定化

1、温故知新温故知新： 1 1、洗衣粉中添加洗衣粉中添加_可以更可以更 有效地清除顽渍。常用的酶制剂有有效地清除顽渍。常用的酶制剂有 _ _ 四类四类。 2 2、影响酶活性的因素有影响酶活性的因素有_、 _和和_。 酶制剂酶制剂 蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶 温度温度 酸碱度酸碱度酶的抑制剂酶的抑制剂 1 第1页/共56页 酶制剂的优点：酶制剂的优点： 催化效率高、低耗能、低污染，催化效率高、低耗能、低污染， 大规模地应用于食品、化工等各个大规模地应用于食品、化工等各个 领域。领域。 2 第2页/共56页 酶制剂存在的缺陷：酶制剂存在的缺陷： 1 1、通常对、通

2、常对强酸、强碱、高温和有强酸、强碱、高温和有 机溶剂机溶剂等条件非常敏感，容易失活等条件非常敏感，容易失活 2 2、溶液中的酶很难回收，不能被、溶液中的酶很难回收，不能被 再次利用，提高了生产成本；再次利用，提高了生产成本； 3 3、反应后会混在产物中，可能影、反应后会混在产物中，可能影 响产品质量。响产品质量。 3 第3页/共56页 如果你是工程技术人员，你如果你是工程技术人员，你 如何解决这个问题如何解决这个问题？ 固定化酶技术和固定化细胞技术固定化酶技术和固定化细胞技术 4 第4页/共56页 课题课题3 3 酵母细胞的固定化酵母细胞的固定化 1、举例说明固定化酶和固定化细胞的应用。 2、

3、初步学会制备固定化酵母细胞。 5 第5页/共56页 1 1、生产高果糖浆的方法是什么？、生产高果糖浆的方法是什么？ 2 2、生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什、生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什 么？这种酶有何特点？么？这种酶有何特点？ 3 3、了解高果糖浆生产过程。、了解高果糖浆生产过程。 4 4、这种方法的优点是什么？、这种方法的优点是什么？ （一）固定化酶的应用实例（一）固定化酶的应用实例 一、基础知识：一、基础知识： 6 第6页/共56页 固定化酶技术。即将酶固定在一固定化酶技术。即将酶固定在一 定空间内的技术（如固定在不溶于定空间内的技术（如固定在不溶于 水的载体上）。水的载体上）。

4、 1、生产高果糖浆的方法是？、生产高果糖浆的方法是？ 7 第7页/共56页 生产高果糖浆需要生产高果糖浆需要葡萄糖异构葡萄糖异构 酶酶；其作用其作用是将葡萄糖转化为果是将葡萄糖转化为果 糖；这种酶糖；这种酶稳定性好，可持续发稳定性好，可持续发 挥作用。挥作用。 2、生产高果糖浆需要什么酶？、生产高果糖浆需要什么酶？ 其作用是什么？这种酶有何特点？其作用是什么？这种酶有何特点？ 8 第8页/共56页 葡萄糖葡萄糖 果糖果糖 9 第9页/共56页 3 3、固定化酶技术生产高果糖浆的过程：、固定化酶技术生产高果糖浆的过程： 注意反应柱的注意反应柱的各各 部分名称部分名称。 你能说出这种方你能说出这种

5、方 法的法的优点优点吗？吗？ 10 第10页/共56页 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，又）使酶既能与反应物接触，又 能与产物分离；能与产物分离； （2 2）固定在载体上的酶可以被反）固定在载体上的酶可以被反 复利用。复利用。 4、这种方法的优点是什么？、这种方法的优点是什么？ 11 第11页/共56页 在生产实际中使用固定化酶技在生产实际中使用固定化酶技 术的不足：术的不足： 一种酶只能催化一种酶只能催化某一种某一种或或某一某一 类类的化学反应，而在生产实际中很的化学反应，而在生产实际中很 多产物的形成都通过多产物的形成都通过一系列的酶促一系列的酶促

6、 反应反应才能进行，所以操作比较麻烦。才能进行，所以操作比较麻烦。 怎么办怎么办? 可采用固定化细胞技术。可采用固定化细胞技术。 12 第12页/共56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固利用物理或化学方法将细胞固 定在一定空间内的技术。定在一定空间内的技术。 细胞中含有细胞中含有一系列酶一系列酶，在细胞，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。 13 第13页/共56页 2.2.将酶或细胞固定化的方法将酶或细胞固定化的方法 将酶（或细胞）包埋将酶（或细胞）

7、包埋 在细微网格里在细微网格里 将酶（或细胞）将酶（或细胞） 相互连接起来相互连接起来 将酶（或细胞）吸附将酶（或细胞）吸附 在载体表面上在载体表面上 包埋法包埋法 化学结合法化学结合法 物理吸附法物理吸附法 14 第14页/共56页 酶适合采用化学结合和物理吸酶适合采用化学结合和物理吸 附法固定附法固定 细胞适合采用包埋法固定细胞适合采用包埋法固定 细胞体积大，酶分子很小细胞体积大，酶分子很小 个体大的细胞难以被吸附或结合而个体大的细胞难以被吸附或结合而 个小的酶容易从包埋的材料中漏出个小的酶容易从包埋的材料中漏出 15 第15页/共56页 从操作角度来考虑，从操作角度来考虑， 你认为哪种方

8、法更容易？你认为哪种方法更容易？ 哪一种方法对酶活性的影响更小？哪一种方法对酶活性的影响更小？ 固定化细胞技术固定化细胞技术 固定化细胞技术固定化细胞技术 固定化酶技术和固定化细胞固定化酶技术和固定化细胞 技术这两种方法技术这两种方法 16 第16页/共56页 固定化细胞固定的是一种固定化细胞固定的是一种 酶还是一系列酶？酶还是一系列酶？ 如果想将微生物的发酵过程变成连如果想将微生物的发酵过程变成连 续的酶反应，应该选择哪种方法？续的酶反应，应该选择哪种方法？ 一系列酶一系列酶 固定化细胞技术固定化细胞技术 17 第17页/共56页 如果反应底物是大分如果反应底物是大分 子物质，能否用固定化细

9、子物质，能否用固定化细 胞技术胞技术? ? 为什么？为什么？ 那应该采用何种技术那应该采用何种技术? ? 不能不能 大分子物质难以通过细大分子物质难以通过细 胞膜胞膜 固定化酶技术固定化酶技术 18 第18页/共56页 3 3、固定化细胞常用的载体、固定化细胞常用的载体 常用的常用的不溶于水的多孔性载体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、醋酸纤明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤 维素、聚丙烯酰胺等维素、聚丙烯酰胺等 海藻酸钠海藻酸钠聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺 19 第19页/共56页 1.1.酶的固定方法不包括酶的固定方法不包括( )( )。 A.A.将酶吸附在固体表面上将酶吸

10、附在固体表面上 B B将酶相互连接起来将酶相互连接起来 C C将酶包埋在细微网格里将酶包埋在细微网格里 D D将酶制成固体酶制剂，如加将酶制成固体酶制剂，如加 酶洗衣粉中的酶酶洗衣粉中的酶 D 20 第20页/共56页 2 2、固定化细胞的优点是、固定化细胞的优点是( )( )。 A.A.能催化大分子物质的水解能催化大分子物质的水解 B.B.可催化一系列化学反应可催化一系列化学反应 C.C.与反应物易接近与反应物易接近 D.D.有利于酶在细胞外发挥作用有利于酶在细胞外发挥作用 B 21 第21页/共56页 实验的过程包括哪些步骤？人教 版生物-探究实验视频-选修-酵母 细胞的固定化.flv 你

11、认为实验最重要的步骤是 什么？ 试验中应注意的问题是什么？ 22 第22页/共56页 思考思考2活化是指什么？活化是指什么？ 1. 制备固定化酵母细胞制备固定化酵母细胞 （1）酵母细胞的活化：）酵母细胞的活化： 1g干酵母干酵母10mL蒸馏水蒸馏水50mL烧杯烧杯 搅拌均匀搅拌均匀放置放置1h，使之活化。，使之活化。 二二. 实验设计实验设计 23 第23页/共56页 活化是指让处于休眠状态的微生活化是指让处于休眠状态的微生 物重新恢复正常生活状态的过程。物重新恢复正常生活状态的过程。 思考思考2活化是指什么？活化是指什么？ 1. 制备固定化酵母细胞制备固定化酵母细胞 （1）酵母细胞的活化：）

12、酵母细胞的活化： 1g干酵母干酵母10mL蒸馏水蒸馏水50mL烧杯烧杯 搅拌均匀搅拌均匀放置放置1h，使之活化。，使之活化。 2. 实验设计实验设计 24 第24页/共56页 （2）配制）配制CaCl2溶液：溶液： 0.83gCaCl2150mL蒸馏水蒸馏水 200mL烧杯烧杯溶解备用。溶解备用。 25 第25页/共56页 （3）配制海藻酸钠溶液：）配制海藻酸钠溶液： 0.7g海藻酸海藻酸钠钠10mL水水50mL烧杯烧杯 酒精灯微火（或间断）加热，并不断酒精灯微火（或间断）加热，并不断 搅拌，使之溶化搅拌，使之溶化蒸馏水定容到蒸馏水定容到10mL。 26 第26页/共56页 （3）配制海藻酸钠

13、溶液：）配制海藻酸钠溶液： 0.7g海藻酸海藻酸10mL水水50mL烧杯烧杯酒酒 精灯微火（或间断）加热，并不断搅拌，精灯微火（或间断）加热，并不断搅拌， 使之溶化使之溶化蒸馏水定容到蒸馏水定容到10mL。 思考思考3微火加热并不断搅拌的目微火加热并不断搅拌的目 的是什么？的是什么？ 27 第27页/共56页 防止海藻酸钠焦糊。防止海藻酸钠焦糊。 （3）配制海藻酸钠溶液：）配制海藻酸钠溶液： 0.7g海藻酸海藻酸10mL水水50mL烧杯烧杯酒酒 精灯微火（或间断）加热，并不断搅拌，精灯微火（或间断）加热，并不断搅拌， 使之溶化使之溶化蒸馏水定容到蒸馏水定容到10mL。 思考思考3微火加热并不断

14、搅拌的目微火加热并不断搅拌的目 的是什么？的是什么？ 28 第28页/共56页 (4)海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合：海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合： 将溶化的海藻酸钠溶液冷却至室将溶化的海藻酸钠溶液冷却至室 温，加入活化酵母细胞液，搅拌后吸温，加入活化酵母细胞液，搅拌后吸 入到注射器中。入到注射器中。 29 第29页/共56页 (4)海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合：海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合： 将溶化的海藻酸钠溶液冷却至室将溶化的海藻酸钠溶液冷却至室 温，加入活化酵母细胞液，搅拌后吸温，加入活化酵母细胞液，搅拌后吸 入到注射器中。入到注射器中。 思考思考4为什么要海藻酸钠溶液冷为什么要海藻酸钠溶

15、液冷 却后才能加入酵母细胞？却后才能加入酵母细胞？ 30 第30页/共56页 (4)海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合：海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合： 将溶化的海藻酸钠溶液冷却至室将溶化的海藻酸钠溶液冷却至室 温，加入活化酵母细胞液，搅拌后吸温，加入活化酵母细胞液，搅拌后吸 入到注射器中。入到注射器中。 思考思考4为什么要海藻酸钠溶液冷为什么要海藻酸钠溶液冷 却后才能加入酵母细胞？却后才能加入酵母细胞？ 防止高温杀死酵母细胞。防止高温杀死酵母细胞。 31 第31页/共56页 （5）固定化酵母细胞：）固定化酵母细胞： 以恒定速度缓慢地将注射器以恒定速度缓慢地将注射器 中的溶液滴加到中的溶液滴加到CaC

16、l2溶液中，溶液中， 形成凝胶珠状颗粒。形成凝胶珠状颗粒。 32 第32页/共56页 刚形成的凝胶珠应在刚形成的凝胶珠应在CaClCaCl2 2溶液中溶液中 浸泡一段时间，浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。以便形成稳定的结构。 检验凝胶珠的质量是否合格，可以检验凝胶珠的质量是否合格，可以 使用下列方法：使用下列方法： 一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实一是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验桌上用手挤压，如果凝胶珠不容易破 裂，没有液体流出，就表明凝胶珠的制裂，没有液体流出，就表明凝胶珠的制 作成功。作成功。 二是在实验桌上用力摔打凝胶珠，二是在实验桌上用力摔打凝胶珠，

17、 如果凝胶珠很容易弹起，也能表明制备如果凝胶珠很容易弹起，也能表明制备 的凝胶珠是成功的。的凝胶珠是成功的。 33 第33页/共56页 这一阶段成功与否呢？怎样评价？这一阶段成功与否呢？怎样评价？ 观察凝胶珠的颜色和形状观察凝胶珠的颜色和形状: 如果制作的凝胶珠如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白颜色过浅、呈白 色色，说明海藻酸钠的浓度，说明海藻酸钠的浓度偏低，偏低，固固 定的酵母细胞数目定的酵母细胞数目较少较少；如果形成；如果形成 的凝胶珠的凝胶珠不是圆形或椭圆形不是圆形或椭圆形，则说，则说 明海藻酸钠的浓度明海藻酸钠的浓度偏高偏高，制作失败，制作失败， 需要再作尝试。需要再作尝试。 34 第34

18、页/共56页 （6）冲洗：将固定的酵母细胞凝）冲洗：将固定的酵母细胞凝 胶珠用蒸馏水冲洗胶珠用蒸馏水冲洗23次。次。 （二）（二）固定化酵母细胞的发酵固定化酵母细胞的发酵 35 第35页/共56页 （二）（二）固定化酵母细胞的发酵固定化酵母细胞的发酵 （6）冲洗：将固定的酵母细胞凝）冲洗：将固定的酵母细胞凝 胶珠用蒸馏水冲洗胶珠用蒸馏水冲洗23次。次。 （7）发酵：）发酵：150mL10葡萄糖葡萄糖 固定化酵母细胞固定化酵母细胞200mL锥形瓶锥形瓶 密封密封25发酵发酵24h。 36 第36页/共56页 思考思考5发酵过程中锥形瓶为什么要发酵过程中锥形瓶为什么要 密封？密封？ 思考思考6锥形

19、瓶中的气泡和酒精是怎锥形瓶中的气泡和酒精是怎 样形成的？样形成的？ 思考思考7在利用固定化酶或固定化细在利用固定化酶或固定化细 胞进行生产的过程中，需要无菌操作胞进行生产的过程中，需要无菌操作 吗？吗？ 37 第37页/共56页 思考思考5发酵过程中锥形瓶为什么要发酵过程中锥形瓶为什么要 密封？密封？ 思考思考6锥形瓶中的气泡和酒精是怎锥形瓶中的气泡和酒精是怎 样形成的？样形成的？ 思考思考7在利用固定化酶或固定化细在利用固定化酶或固定化细 胞进行生产的过程中，需要无菌操作胞进行生产的过程中，需要无菌操作 吗？吗？ 酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。 38 第38页/

20、共56页 思考思考5发酵过程中锥形瓶为什么要发酵过程中锥形瓶为什么要 密封？密封？ 思考思考6锥形瓶中的气泡和酒精是怎锥形瓶中的气泡和酒精是怎 样形成的？样形成的？ 思考思考7在利用固定化酶或固定化细在利用固定化酶或固定化细 胞进行生产的过程中，需要无菌操作胞进行生产的过程中，需要无菌操作 吗？吗？ 酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。 酵母菌进行无氧呼吸产生的。酵母菌进行无氧呼吸产生的。 39 第39页/共56页 思考思考5发酵过程中锥形瓶为什么要发酵过程中锥形瓶为什么要 密封？密封？ 思考思考6锥形瓶中的气泡和酒精是怎锥形瓶中的气泡和酒精是怎 样形成的？样形成的？

21、思考思考7在利用固定化酶或固定化细在利用固定化酶或固定化细 胞进行生产的过程中，需要无菌操作胞进行生产的过程中，需要无菌操作 吗？吗？ 酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。 酵母菌进行无氧呼吸产生的。酵母菌进行无氧呼吸产生的。 需要。需要。 40 第40页/共56页 这一阶段成功与否呢？怎这一阶段成功与否呢？怎 样评价？样评价？ 观察发酵的葡萄糖溶液；观察发酵的葡萄糖溶液； 利用固定的酵母细胞发酵产生利用固定的酵母细胞发酵产生 酒精，可以看到产生了很多气酒精，可以看到产生了很多气 泡，同时会闻到酒味。泡，同时会闻到酒味。 还有其他方法吗？还有其他方法吗？ 41 第41页

22、/共56页 课堂小结： 基础知识 固定化酶的应用技术 固定化细胞技术 实验操作 制备固定化酵母细胞 用固定化酵母细胞发酵 42 第42页/共56页 练习：练习： 1 1、下列说法不正确的是（、下列说法不正确的是（ ） A A、葡萄糖与固定化葡萄糖异构酶接触，、葡萄糖与固定化葡萄糖异构酶接触， 转化成的是果糖转化成的是果糖 B B、从固定化酶反应柱下端流出的是果、从固定化酶反应柱下端流出的是果 糖糖 C C、高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、 糖尿病、龋齿和心血管病糖尿病、龋齿和心血管病 D D、酶溶解于葡萄糖溶液，可以从糖浆、酶溶解于葡萄糖溶液，可以从糖浆 中回收

23、中回收 D 43 第43页/共56页 2 2、如果反应物是大分子物质，采、如果反应物是大分子物质，采 用那种方法催化受限制用那种方法催化受限制( )( )。 A A直接使用酶直接使用酶 B B使用化学方法结合的酶使用化学方法结合的酶 C C使用固定化细胞使用固定化细胞 D D使用物理吸附法固定的酶使用物理吸附法固定的酶 C 44 第44页/共56页 3 3、下列关于酶和细胞的固定叙述、下列关于酶和细胞的固定叙述 不正确的是不正确的是( )( )。 A A酶分子很小，易采用包埋法酶分子很小，易采用包埋法 B B酶分子很小，易采用化学结合酶分子很小，易采用化学结合 或物理吸附法固定的酶或物理吸附法

24、固定的酶 C C细胞个大，难被吸附或结合细胞个大，难被吸附或结合 D D细胞易采用包埋法固定细胞易采用包埋法固定 A 45 第45页/共56页 4. 4. 关于固定化酶的叙述不正确的是关于固定化酶的叙述不正确的是 ( )( )。 A A既能与反应物接触，又能与反应既能与反应物接触，又能与反应 物分离物分离 B B固定在载体上的酶可被反复利用固定在载体上的酶可被反复利用 C C可催化一系列反应可催化一系列反应 D D酶的活性和稳定性受到限制酶的活性和稳定性受到限制 C 46 第46页/共56页 5 5、固定化细胞对酶的活性影响最小，、固定化细胞对酶的活性影响最小， 根本原因是根本原因是( )(

25、)。 A A避免了细胞破碎、酶的提取纯化避免了细胞破碎、酶的提取纯化 过程过程 B B固定化细胞在多种酶促反应中连固定化细胞在多种酶促反应中连 续发挥作用续发挥作用 C C促化反应结束后，能被吸收和重促化反应结束后，能被吸收和重 复利用复利用 D D细胞结构保证了各种酶在细胞内细胞结构保证了各种酶在细胞内 化学反应中有效的发挥作用化学反应中有效的发挥作用 D 47 第47页/共56页 如果你是工程技术人员，你如果你是工程技术人员，你 如何解决这个问题如何解决这个问题？ 固定化酶技术和固定化细胞技术固定化酶技术和固定化细胞技术 48 第48页/共56页 生产高果糖浆需要生产高果糖浆需要葡萄糖异构

26、葡萄糖异构 酶酶；其作用其作用是将葡萄糖转化为果是将葡萄糖转化为果 糖；这种酶糖；这种酶稳定性好，可持续发稳定性好，可持续发 挥作用。挥作用。 2、生产高果糖浆需要什么酶？、生产高果糖浆需要什么酶？ 其作用是什么？这种酶有何特点？其作用是什么？这种酶有何特点？ 49 第49页/共56页 2.2.将酶或细胞固定化的方法将酶或细胞固定化的方法 将酶（或细胞）包埋将酶（或细胞）包埋 在细微网格里在细微网格里 将酶（或细胞）将酶（或细胞） 相互连接起来相互连接起来 将酶（或细胞）吸附将酶（或细胞）吸附 在载体表面上在载体表面上 包埋法包埋法 化学结合法化学结合法 物理吸附法物理吸附法 50 第50页/共56页 如果反应底物是大分如果反应底物是大分 子物质，能否用固定化细子物质，能否用固定化细 胞技术胞技术? ? 为什么？为什么？ 那应该采用何种技术那应该采用何种技术? ? 不能不能 大分子物质