《酵母菌细胞的固定化》课件

1、1课题3 酵母细胞的固定化2知识回顾：知识回顾：1 1、洗衣粉中添加、洗衣粉中添加_，可以，可以更有效地清除顽渍。常用的酶制剂更有效地清除顽渍。常用的酶制剂有有_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_。3 3、影响洗衣粉洗涤效果的因素有、影响洗衣粉洗涤效果的因素有 _ 。3在食品、化工、轻纺、医药等在食品、化工、轻纺、医药等领域大规模使用酶制剂，说明领域大规模使用酶制剂，说明酶制剂使用有很多优点，你能酶制剂使用有很多优点，你能举出一些例子吗？举出一些例子吗？催化效率高、低能耗、低污染等。催化效率高、低能耗、低污染等。酶制剂的使用有缺点吗？酶制剂的使用有缺点吗？你

2、能举出一些例子吗？你能举出一些例子吗？4酶制剂存在的缺陷：酶制剂存在的缺陷： 1 1、通常对强酸、强碱、高温和有、通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常敏感，容易失活；机溶剂等条件非常敏感，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。5 如果你是工程如果你是工程技术人员，你如何技术人员，你如何解决这个问题？解决这个问题？61 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？、

3、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、固定化酶的应用实例71 1、固定化酶技术。即将酶固定在、固定化酶技术。即将酶固定在一定空间内的技术（如固定在不一定空间内的技术（如固定在不溶于水的载体上）。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，又）使酶既能与反应物接触，又能与产物分离；能与产物

4、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。83 3、高果糖浆是果糖含量为、高果糖浆是果糖含量为42%42%左右左右的糖浆。作为蔗糖的替代品，高果的糖浆。作为蔗糖的替代品，高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖尿病、龋齿和心血管病，对人的健尿病、龋齿和心血管病，对人的健康有利。康有利。你能写出果糖的分子式吗你能写出果糖的分子式吗? ?它属于什么糖它属于什么糖? ?94 4、生产高果糖浆需要葡萄糖异构、生产高果糖浆需要葡萄糖异构酶；其作用是将葡萄糖转化为果酶；其作用是将葡萄糖转化为果糖；这种酶稳定性好，可持续发糖；这种酶稳定性好，可

5、持续发挥作用。挥作用。你能写出方程式吗你能写出方程式吗? ?105 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。你能说出反应你能说出反应柱的优点吗？柱的优点吗？1112反应柱能连续使用半年，大大反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本，提高果糖的降低了生产成本，提高果糖的产量和质量。产量和质量。优点：优点：13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

6、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，可以从糖浆中回收中回收142 2、研究认为，用固定化酶技术处理污、研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的。如将从大肠杆菌染物是很有前途的。如将从大肠杆菌得到的磷酸三酯酶固定到尼龙膜上制得到的磷酸三酯酶固定到尼龙膜上制成制剂，可以用来降解残留在土壤中成制剂，可以用来降解残留在土壤中的有机磷农药，与用微生物降解相比，的有机磷农药，与用微生物降解相比，其作用不需要适宜的（其作用不需要适宜的（

7、 ）A A、温度、温度 B B、PHPHC C、水分、水分 D D、营养、营养15酶：酶： 优点：摧化效率高，低耗能低污染优点：摧化效率高，低耗能低污染 实际问题：对环境条件敏感，易失实际问题：对环境条件敏感，易失活；溶液中的酶活；溶液中的酶 很难收回，不能被再次很难收回，不能被再次利用，提高了生产成本；应后酶混在产利用，提高了生产成本；应后酶混在产物中，如不去除，会影响产品的品质物中，如不去除，会影响产品的品质 设想：将酶固定在不容于水的载体上设想：将酶固定在不容于水的载体上固定化酶：固定化酶：优点：酶即能与反应物接触，优点：酶即能与反应物接触，又容易与反应物分离，同时，还可以反又容易与反应

8、物分离，同时，还可以反复利用复利用设想：酶是细胞合成的，能否将合成酶设想：酶是细胞合成的，能否将合成酶的细胞直接固定？的细胞直接固定？ 固定化固定化细胞：细胞：成成本低，操作本低，操作更容易更容易162.2.将酶固定化的方法将酶固定化的方法将酶（或细胞）包埋在将酶（或细胞）包埋在细微网格里细微网格里将酶（或细胞）相将酶（或细胞）相互连接起来互连接起来将酶（或细胞）吸附在将酶（或细胞）吸附在载体表面上载体表面上包埋法包埋法化学结合法化学结合法吸附法吸附法17 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

9、种化学有。一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实际中很多产反应，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。18二、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。1920类型类型优点优点不足不足直接使用酶直接

10、使用酶催化效率高，低催化效率高，低耗能、低污染等。耗能、低污染等。对环境条件非常敏感，容易失活；溶液中对环境条件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本；反应后酶会混在产物中，可能生产成本；反应后酶会混在产物中，可能影响产品质量影响产品质量。固定化酶固定化酶酶既能与反应物酶既能与反应物接触，又能与产接触，又能与产物分离，同时，物分离，同时，固定在载体上的固定在载体上的酶还可以被反复酶还可以被反复利用。利用。一种酶只能催化一种化学反应，而在生产一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物的形成都通过一系列的实践中，很多产物

11、的形成都通过一系列的酶促反应才能得到的。酶促反应才能得到的。固定化细胞固定化细胞成本低，操作更成本低，操作更容易。容易。固定后的酶或细胞与反应固定后的酶或细胞与反应物不容易接近，可能导致物不容易接近，可能导致反应效果下降等。反应效果下降等。21课堂讨论课堂讨论： 1从操作角度来考虑，你认为固定化酶技术与固从操作角度来考虑，你认为固定化酶技术与固定化细胞技术哪一种方法更容易？哪一种方法对定化细胞技术哪一种方法更容易？哪一种方法对酶活性的影响更小？酶活性的影响更小？2固定化细胞固定的是一种酶还是一系列酶？固定化细胞固定的是一种酶还是一系列酶？3如果想将微生物的发酵过程变成连续的酶反应，如果想将微生

12、物的发酵过程变成连续的酶反应，应该选择哪种方法？应该选择哪种方法？4如果反应物是大分子物质，选择哪种方法？如果反应物是大分子物质，选择哪种方法？固定化细胞技术固定化细胞技术固定化细胞固定的是一系列酶固定化细胞固定的是一系列酶固定化细胞技术固定化细胞技术固定化酶技术固定化酶技术223 3、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 23巩固练习巩固练习1、酶固定化技术与细胞固定化技术的关系是、酶固定化技术与细胞固定化技术的关系是A 酶

13、固定化技术是细胞固定化技术的基础酶固定化技术是细胞固定化技术的基础B 细胞固定化技术是酶固定化技术的基础细胞固定化技术是酶固定化技术的基础C 酶固定化技术与细胞固定化技术是同时发展酶固定化技术与细胞固定化技术是同时发展起来的起来的D 固定化细胞技术先于酶固定化技术固定化细胞技术先于酶固定化技术242、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253 3、酶的固定方法不包括、酶的固定方法不包括(

14、 )( )。A.A.将酶吸附在固体表面上将酶吸附在固体表面上 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264 4、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275 5、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(

15、)( )。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286 6、 关于固定化酶的叙述不正确的关于固定化酶的叙述不正确的是是 ( )( )。A A 既能与反应物接触，又能与反既能与反应物接触，又能与反应物分离应物分离 B B固定在载体上的酶可被反复利固定在载体上的酶可被反复利用用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297 7、

16、固定化细胞对酶的活性影响最小，根、固定化细胞对酶的活性影响最小，根本原因是本原因是( )( )。A A避免了细胞破碎、酶的提取纯化过程避免了细胞破碎、酶的提取纯化过程 B B固定化细胞在多种酶促反应中连续发固定化细胞在多种酶促反应中连续发挥作用挥作用C C促化反应结束后，能被吸收和重复利促化反应结束后，能被吸收和重复利用用D D细胞结构保证了各种酶在细胞内化学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反应中有效的发挥作用308、固定化酶技术常采用、固定化酶技术常采用A 包埋法包埋法 B 化学结合和物理吸附法化学结合和物理吸附法C 活化法活化法 D 微囊化法微囊化法319、细胞固定化技

17、术与酶固定化技术相比，所、细胞固定化技术与酶固定化技术相比，所具备的特点是具备的特点是A 成本更低、操作更容易、不能连续性生产成本更低、操作更容易、不能连续性生产B 成本更高、操作更难、不能连续性生产成本更高、操作更难、不能连续性生产C 成本更低、操作更容易、能连续性生产成本更低、操作更容易、能连续性生产D 成本更低、操作更难、能连续性生产成本更低、操作更难、能连续性生产32三、实验操作三、实验操作（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）你认为哪个步骤的操作是最

18、）你认为哪个步骤的操作是最重要的一环？重要的一环？（3 3）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？331 1、酵母细胞的活化、酵母细胞的活化思考：思考： 关于酵母菌你有哪些知识？关于酵母菌你有哪些知识？ 什么是活化？什么是活化？ 怎样活化？怎样活化？ 应注意什么？应注意什么？3435活化：活化： 让处于休眠状态的微生物重新让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态；恢复正常的生活状态；本质：本质： 加快新陈代谢；加快新陈代谢；方法：方法： 加入适量的水。加入适量的水。 你能说出理由吗？你能说出理由吗？36取取1g1g干酵母，放干酵母，放入入50ml50ml的小烧杯的小烧杯

19、中，加入蒸馏水中，加入蒸馏水10ml10ml，用玻璃棒，用玻璃棒搅拌，使酵母细搅拌，使酵母细胞混合均匀，成胞混合均匀，成糊状，放置糊状，放置1h1h左左右使其活化右使其活化37思考：思考： 你认为酵母的活化操作有你认为酵母的活化操作有哪些注意事项？哪些注意事项？1 1、所用容器要大一些；、所用容器要大一些；2 2、要保证酵母菌的活性；、要保证酵母菌的活性；3 3、物种要单一；、物种要单一；4 4、注意水的用量。、注意水的用量。382 2、配制物质的量浓度为、配制物质的量浓度为0.05mol/L0.05mol/L的的CaClCaCl2 2溶液溶液称取无水称取无水CaclCacl2 2 0.83g

20、 0.83g。放入。放入200mL200mL的烧杯中，加入的烧杯中，加入150mL150mL的蒸的蒸馏水，使其充分溶解，待用。馏水，使其充分溶解，待用。393 3、配制海藻酸钠溶液、配制海藻酸钠溶液40操作：操作： 称取称取0.7g0.7g海藻酸钠，放入海藻酸钠，放入50mL50mL小烧杯中小烧杯中. .加人加人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

21、，直到海藻酸钠溶化为止直到海藻酸钠溶化为止41 加热使海藻酸钠溶化是操作中加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环，涉及到实验的成败，最重要的一环，涉及到实验的成败，一定要按照教材的提示进行操作。一定要按照教材的提示进行操作。海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞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，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，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形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少，影响实验效果。数目少，影响实验效果。应当注意什么问题？应当注意什么问题？424 4、海藻酸钠溶液与酵母细胞混合、海藻酸钠溶液

22、与酵母细胞混合 将溶化好的海藻酸钠溶液冷将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入已活化的醉母细却至室温，加入已活化的醉母细胞，进行充分搅拌，使其混合均胞，进行充分搅拌，使其混合均匀，再转移至注射器中。匀，再转移至注射器中。为什么海藻酸钠溶液要冷却？为什么海藻酸钠溶液要冷却？43445 5、固定化酵母细胞、固定化酵母细胞 以恒定的速度缓慢地将注射以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到配制好的器中的溶液滴加到配制好的Cacl2Cacl2溶液中，观察液滴在溶液中，观察液滴在Cacl2Cacl2溶液中形成凝胶珠的情形。将这溶液中形成凝胶珠的情形。将这些凝胶珠在些凝胶珠在Cacl2Cacl2溶液中浸泡溶

23、液中浸泡30 30 minmin左右。左右。 你知道还有什么地方可以用你知道还有什么地方可以用到氯化钙？到氯化钙？4546 刚形成的凝胶珠应在刚形成的凝胶珠应在CaCl2CaCl2溶液中浸泡溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。一段时间，以便形成稳定的结构。 检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列方法：下列方法： 一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌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裂，没有上用手挤压，如果凝胶珠不容易破裂，没有液体流出，就表明凝胶珠的制作成功。液体流出，就表明凝胶珠的制作成功。 二是在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果

24、二是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凝胶珠很容易弹起，也能表明制备的凝胶珠是成功的。是成功的。47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:如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明海藻酸钠的浓度偏低，固色，说明海藻酸钠的浓度偏低，固定的酵母细胞数目较少；如果形成定的酵母细胞数目较少；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明海藻酸钠的浓度偏高，制作失败，明海藻酸钠的浓度偏高，制作失败，需要再作尝试。需要再作尝试。48（二）用固定化细胞发酵（

25、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( (凝胶凝胶珠珠) )用蒸馏水冲洗用蒸馏水冲洗2-32-3次。次。 2 2、 将将150mL150mL质量分数为质量分数为10%10%的的葡萄糖溶液转移到葡萄糖溶液转移到200mL200mL的锥形的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于胞，置于2525下发酵下发酵24h24h。4950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？51请思考课后练习请思考课后练习 P5252类型类型优点优点不足不足直直接接使使用用酶酶催化效率高，低催化效率高，低耗能、低污染等。耗能