K酵母细胞的固定化新人教选修

1、1会计学K酵母细胞的固定化新人教选修酵母细胞的固定化新人教选修思考：通过课题背景分析，你有何体会？思考：通过课题背景分析，你有何体会？优点：优点：催化效率高，低耗能，低污染催化效率高，低耗能，低污染问题：问题：对环境敏感，易失活；难收回，提高了生产成对环境敏感，易失活；难收回，提高了生产成本；反应后酶混在产物中，影响产品的品质本；反应后酶混在产物中，影响产品的品质设想：设想：将酶固定在不容于水的载体上将酶固定在不容于水的载体上优点：优点：酶既能与反应物接触，又容易酶既能与反应物接触，又容易与反应物分离，可以反复利用与反应物分离，可以反复利用问题：问题：一种酶只能催化一种化学反应，一种酶只能催化

2、一种化学反应，而在生产实践中，很多产物的形成是而在生产实践中，很多产物的形成是通过一系列的酶促反应才能完成通过一系列的酶促反应才能完成设想：设想：酶是细胞合成的，能否将合成酶是细胞合成的，能否将合成酶的细胞直接固定？酶的细胞直接固定？固定化细胞：固定化细胞：成本低，操成本低，操作更容易作更容易酶：酶：固定化酶固定化酶：一、课题目标一、课题目标 1说出固定化酶和固定化细胞的作用和原理。说出固定化酶和固定化细胞的作用和原理。2尝试制备固定化酵母细胞，并利用固定化酵母尝试制备固定化酵母细胞，并利用固定化酵母细胞进行酒精发酵。细胞进行酒精发酵。思考：思考：1、如何利用固定、如何利用固定化酶生产高果糖浆

3、的？化酶生产高果糖浆的？2、有哪些优点？、有哪些优点？（一）固定化酶（一）固定化酶固定化酶的应用实例固定化酶的应用实例3、固定化酶的方、固定化酶的方式有哪些？式有哪些？固定化技术的固定化技术的定义定义固定化酶和固定化细胞是利用物理或化学方法将酶或固定化酶和固定化细胞是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，细胞固定在一定空间内的技术，方法方法：包括包括包埋包埋法、化学法、化学结合结合法法( (将酶分子或细胞相将酶分子或细胞相互结合，或将其结合到载体上互结合，或将其结合到载体上) )和物理和物理吸附吸附法。法。一般来说，一般来说，酶酶更适合采用更适合采用化学结合和物理吸附化学结合和物

4、理吸附法固定法固定化，而化，而细胞细胞多采用多采用包埋包埋法固定化。这是因为细胞个大，而法固定化。这是因为细胞个大，而酶分子很小；个大的细胞难以被吸附或结合，而个小的酶酶分子很小；个大的细胞难以被吸附或结合，而个小的酶容易从包埋材料中漏出。容易从包埋材料中漏出。 固定酶和细胞各适合采用什么方法？为什么？固定酶和细胞各适合采用什么方法？为什么？（二）固定化细胞技术（二）固定化细胞技术方法方法原理原理适用对象适用对象1包埋法包埋法 是将聚合物的单体与酶溶液混是将聚合物的单体与酶溶液混合，再借助于聚合助进剂合，再借助于聚合助进剂( (包括包括交联剂交联剂) )的作用进行聚合，酶被的作用进行聚合，酶被

5、包埋在聚合物中以达到固定化包埋在聚合物中以达到固定化酶或细胞酶或细胞2化学化学结合法结合法酶蛋白的侧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酶酶3物理物理吸附法吸附法通过氢键、疏水作用和通过氢键、疏水作用和电子电子亲和力等物理作用，将酶固定亲和力等物理作用，将酶固定于水不溶载体上从而制成固于水不溶载体上从而制成固定化酶定化酶酶酶直接使用酶、固定化酶与固定化细胞各有什么优缺点？直接使用酶、固定化酶与固定化细胞各有什么优缺点？类型类型优点优点不足不足直接使用酶直接使用酶催化效率高，低耗能、催化效率高，低耗能、低污染等。低

6、污染等。对环境条件非常敏感，对环境条件非常敏感，容易失活；溶液中的容易失活；溶液中的酶很难回收，不能被酶很难回收，不能被再次利用，提高了生再次利用，提高了生产成本；反应后酶会产成本；反应后酶会混在产物中，可能影混在产物中，可能影响产品质量。响产品质量。固定化酶固定化酶酶既能与反应物接触，酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同又能与产物分离，同时，固定在载体上的时，固定在载体上的酶还可以被反复利用。酶还可以被反复利用。一种酶只能催化一种一种酶只能催化一种化学反应，而在生产化学反应，而在生产实践中，很多产物的实践中，很多产物的形成都通过一系列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

7、的。固定化细胞固定化细胞成本低，操作更容易。成本低，操作更容易。固定后的酶或细胞与固定后的酶或细胞与反应物不容易接近，反应物不容易接近，可能导致反应效果下可能导致反应效果下降等。降等。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定化细从操作角度来考虑，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？哪一种方法对酶活性的影响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？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，应该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？选择哪

8、种方法？4如果反应物是大分子物质，又应该选择哪种方法？如果反应物是大分子物质，又应该选择哪种方法？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固定化细胞固定的是一系列酶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实验操作实验操作（一）制备固定化酵母细胞（一）制备固定化酵母细胞阅读阅读P5051P5051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重要的一环？）、你认为哪个步骤的操作是最重要的一环？（3 3）、各步骤应当分别注意什么问题？）、各步骤应当分别注意什么问题？1 1酵母细胞的酵母细胞的

9、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合 5 5固定固定化酵母细胞化酵母细胞 在缺水的状态下，微生物会处于休眠状态。活化就是让在缺水的状态下，微生物会处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。酵母细胞处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。酵母细胞所需要的活化时间较短，一般需要所需要的活化时间较短，一般需要0.51 h，教师需要提前，教师需要提前做好准备。此外，酵母细胞活化时体积会变大

10、，因此活化前做好准备。此外，酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应该选择体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出应该选择体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出容器外。容器外。思考：思考：CaCl2溶液有什么作用？溶液有什么作用？酵母细胞的酵母细胞的活化活化3配制海藻酸钠溶液配制海藻酸钠溶液思考：配制的海藻酸钠溶液具体作用是什么？思考：配制的海藻酸钠溶液具体作用是什么？在加热的过程中，为什么要用小火，或者间断加热？在加热的过程中，为什么要用小火，或者间断加热？包埋酶或细胞包埋酶或细胞防止焦糊防止焦糊4海藻酸钠溶液与酵母细胞混合海藻酸钠溶液与酵母细胞混合5固定化酵母细胞固定化酵母细胞思考

11、：为什么刚形成的凝胶珠要在思考：为什么刚形成的凝胶珠要在CaCl2溶液中溶液中浸泡浸泡30min左右？左右？ 如何检验凝胶珠的质量是否合格？如何检验凝胶珠的质量是否合格？形成稳定的凝胶珠形成稳定的凝胶珠说明：刚形成的凝胶珠应在说明：刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，以溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用便形成稳定的结构。检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列方法。一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤下列方法。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，没有液体流出，就表明凝胶珠压，如果凝胶珠不容易破裂，没有液体流

12、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，如果凝胶珠的制作成功。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是成功的。很容易弹起，也能表明制备的凝胶珠是成功的。（二）用固定化酵母细胞发酵（二）用固定化酵母细胞发酵问题思考：发酵时为什么要将温度控制在问题思考：发酵时为什么要将温度控制在25？四实验操作结果分析与评价四实验操作结果分析与评价1观察凝胶珠的颜色和形状观察凝胶珠的颜色和形状问题思考：如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，问题思考：如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，则说明什么？则说明什么？如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明什么如果形成的凝胶珠

13、不是圆形或椭圆形，则说明什么？如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明海藻酸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，固定的酵母细胞数目较少；如果形钠的浓度偏低，固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，则说明海藻酸钠的成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，需要再作尝试。浓度偏高，制作失败，需要再作尝试。2观察发酵的葡萄糖溶液观察发酵的葡萄糖溶液问题思考：当观察到哪些现象时，可说明实验获得问题思考：当观察到哪些现象时，可说明实验获得成功？为什么？成功？为什么？利用固定的酵母细胞发酵产生酒精，可以看到产利用固定的酵母细胞发酵产生酒精，可以看

14、到产生了很多气泡，同时会闻到酒味。生了很多气泡，同时会闻到酒味。3、固定化酶和固定化细胞技术有哪些？各有什么、固定化酶和固定化细胞技术有哪些？各有什么优缺点？固定化细胞常用的载体有哪些？优缺点？固定化细胞常用的载体有哪些？有包埋法、化学结合法和物理吸附法。有包埋法、化学结合法和物理吸附法。固定化酶分子小更适合采用化学结合法和物理吸附固定化酶分子小更适合采用化学结合法和物理吸附法，用包埋法却容易从包埋材料中漏出。固定化细法，用包埋法却容易从包埋材料中漏出。固定化细胞因细胞大不易被吸附或结合适宜采用包埋法。胞因细胞大不易被吸附或结合适宜采用包埋法。常用载体：明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素常用载

15、体：明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。和聚丙烯酰胺等。4、固定化酶和固定化细胞的原理是什么？、固定化酶和固定化细胞的原理是什么？就是将酶固定在不溶于水的载体上，或就是将酶固定在不溶于水的载体上，或者将微生物细胞均匀地包埋于不溶于水者将微生物细胞均匀地包埋于不溶于水的多孔性载体上，使酶既能与反应物接的多孔性载体上，使酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时，固定在载触，又能与产物分离，同时，固定在载体上的酶还可以被反复利用的技术。体上的酶还可以被反复利用的技术。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 酶固定化技术是细胞固定

16、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2、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3、海藻酸钠在水中溶解的速度较慢，需要、海藻酸钠在水中溶解的速度较慢，需要经过加热促进其溶解，采用的最好加热方经过加热促进其溶解，采用的最好加热方法是法是A 快速加热快速加热 B 持续

17、高温加热持续高温加热C 小火间断加热小火间断加热 D 灼烧加热灼烧加热4、酵母菌的活化是指、酵母菌的活化是指A 让酵母细胞恢复运动状态让酵母细胞恢复运动状态B 让酵母细胞在缺水状态下更容易休眠让酵母细胞在缺水状态下更容易休眠C 让酵母细胞内酶活性加倍让酵母细胞内酶活性加倍D 让处于休眠状态的酵母细胞重新恢复正让处于休眠状态的酵母细胞重新恢复正常的生活状态常的生活状态5、细胞固定化技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

18、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、能连续性生产人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。方法方法原理原理适用对象适用对象1包埋法包埋法 是将聚合物的单体与酶溶液混是将聚合物的单体与酶溶液混合，再借助

19、于聚合助进剂合，再借助于聚合助进剂( (包括包括交联剂交联剂) )的作用进行聚合，酶被的作用进行聚合，酶被包埋在聚合物中以达到固定化包埋在聚合物中以达到固定化酶或细胞酶或细胞2化学化学结合法结合法酶蛋白的侧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酶酶3物理物理吸附法吸附法通过氢键、疏水作用和通过氢键、疏水作用和电子电子亲和力等物理作用，将酶固定亲和力等物理作用，将酶固定于水不溶载体上从而制成固于水不溶载体上从而制成固定化酶定化酶酶酶 在缺水的状态下，微生物会处于休眠状态。活化就是让在缺水的状态下，微生物会处于休眠状态

20、。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。酵母细胞处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。酵母细胞所需要的活化时间较短，一般需要所需要的活化时间较短，一般需要0.51 h，教师需要提前，教师需要提前做好准备。此外，酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前做好准备。此外，酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应该选择体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出应该选择体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出容器外。容器外。思考：思考：CaCl2溶液有什么作用？溶液有什么作用？酵母细胞的酵母细胞的活化活化3配制海藻酸钠溶液配制海藻酸钠溶液思考：配制的海藻酸钠溶液具体作用是什么？思考

21、：配制的海藻酸钠溶液具体作用是什么？在加热的过程中，为什么要用小火，或者间断加热？在加热的过程中，为什么要用小火，或者间断加热？包埋酶或细胞包埋酶或细胞防止焦糊防止焦糊4海藻酸钠溶液与酵母细胞混合海藻酸钠溶液与酵母细胞混合5固定化酵母细胞固定化酵母细胞思考：为什么刚形成的凝胶珠要在思考：为什么刚形成的凝胶珠要在CaCl2溶液中溶液中浸泡浸泡30min左右？左右？ 如何检验凝胶珠的质量是否合格？如何检验凝胶珠的质量是否合格？形成稳定的凝胶珠形成稳定的凝胶珠说明：刚形成的凝胶珠应在说明：刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，以溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用便形成稳定的结构。检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列方法。一是用镊子