固定化细胞创新

1、1.1.什么是高果糖浆？使用它有何好处？什么是高果糖浆？使用它有何好处？2.2.生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什么？生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什么？ 这种酶有何特点？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 阅读阅读P49-50，并思考：，并思考：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。作为蔗糖的替左右的糖浆。作为蔗糖的替代品，高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖尿病、代品，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，对人的健康有利。

2、龋齿和心血管病，对人的健康有利。1.1.什么是高果糖浆？使用它有何好处？什么是高果糖浆？使用它有何好处？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? ?生产高果糖浆需要葡萄糖异构酶；其作用是将葡萄糖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糖；这种酶稳定性好，可持续发挥作用。转化为果糖；这种酶稳定性好，可持续发挥作用。2.2.生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什么？这种生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什么？这种酶有何特点？酶有何特点？酶溶于葡萄糖溶液后，就无法回收，造成很大的浪费。酶溶于葡萄糖溶液后，就无法回收，造成很大的浪费。3.3.固定化酶技术生

3、产高果糖浆的过程：固定化酶技术生产高果糖浆的过程：注意反应柱的各部分名称。注意反应柱的各部分名称。（1 1）使酶既能与反应物接触，又能与产物分离）使酶既能与反应物接触，又能与产物分离（2 2）固定在载体上的酶可以被反复利用）固定在载体上的酶可以被反复利用你能说出反应柱的优点吗？你能说出反应柱的优点吗？4.4.固定化酶技术的优点：固定化酶技术的优点：反应柱能连续使用半年，大反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本大降低了生产成本. .提高了果糖的产量和质量。提高了果糖的产量和质量。 在生产实际中使用固定化酶技术的不足：在生产实际中使用固定化酶技术的不足：一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实际中

4、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的酶促反应才能进很多产物的形成都通过一系列的酶促反应才能进行，所以操作比较麻烦。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怎么办？怎么办？设想：酶是细胞合成的，能否将合设想：酶是细胞合成的，能否将合成酶的细胞直接固定？成酶的细胞直接固定？二、固定化细胞技术二、固定化细胞技术 利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间的技术。可用包埋法、化学结合法和物理吸附法的技术。可用包埋法、化学结合法和物理吸附法1.1.什么是固定化酶或固定化细胞技术，可以采用什什么是固定化酶或固

5、定化细胞技术，可以采用什么方法固定？么方法固定？化学结合法化学结合法 物理吸附法物理吸附法 包埋法包埋法 半透膜微囊半透膜微囊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，使酶的多孔性载体上，使酶既能与反应物接既能与反应物接触，又能与产物分离，触，又能与产物分离，同时，固定在载同时，固定在载体上的酶还可以被体上的酶还可以被反复利用反复利用的技术。的技术。2.2.固定化酶或固定化细胞技术分别适合使用哪种方固定化酶或固定化细胞

6、技术分别适合使用哪种方法？为什么？法？为什么？固定对象固定对象 酶酶 细胞细胞 适宜固适宜固定法定法 特特 点点 化学结合法化学结合法物理吸附法物理吸附法 包埋法包埋法体积小，固定一种酶体积小，固定一种酶包埋法容易丢失包埋法容易丢失体积大，固定一系列酶体积大，固定一系列酶难以化学结合和吸附难以化学结合和吸附 3.3.固定化酶和固定化细胞的联系与区别固定化酶和固定化细胞的联系与区别联系：联系：应用相同，都能催化某些反应应用相同，都能催化某些反应区别：区别：（1 1）固定化细胞技术操作容易，成本低，容易回收；）固定化细胞技术操作容易，成本低，容易回收； （2 2）固定化细胞技术对酶活性影响更小；）

7、固定化细胞技术对酶活性影响更小；（3 3）固定化细胞固定的一系列酶；）固定化细胞固定的一系列酶；（4 4）由于大分子难以通过细胞膜，因此固定化细胞的）由于大分子难以通过细胞膜，因此固定化细胞的应用有一定的限制；应用有一定的限制；明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺其共同的特点是不溶于水的多孔性载体其共同的特点是不溶于水的多孔性载体海藻酸钠海藻酸钠聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺4.4.本课题采用包埋法固定细胞，常用的载体材料有本课题采用包埋法固定细胞，常用的载体材料有哪些？哪些？ 1.制备固定化酵母细胞的过程制备固定化酵母细胞的过程配制配制CaCl2

8、溶液溶液配制海藻酸钠溶液配制海藻酸钠溶液将海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合将海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合固定化酵母细胞固定化酵母细胞酵母细胞的活化酵母细胞的活化实验操作实验操作思考：什么叫酵母细胞的活化？思考：什么叫酵母细胞的活化？ 思考：配制物质的量浓度为思考：配制物质的量浓度为0.05mol/L0.05mol/L的的CaClCaCl2 2溶液有什么作用？溶液有什么作用？思考：配制的海藻酸钠溶液具体作用是什思考：配制的海藻酸钠溶液具体作用是什么？么？在加热的过程中，为什么要用小火，或者在加热的过程中，为什么要用小火，或者间断加热？间断加热？包埋酶或细胞包埋酶或细胞防止焦糊防止焦糊CaCl2溶液的

9、作用是使海藻酸钠胶体发生聚沉，形成凝胶珠。溶液的作用是使海藻酸钠胶体发生聚沉，形成凝胶珠。 让休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。让休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。思考：思考：海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质量。海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质量。过高或过低会有什么影响？过高或过低会有什么影响？如果海藻酸钠浓度过高，将很难形成凝胶珠；如果海藻酸钠浓度过高，将很难形成凝胶珠；如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少，影响实验效果。胞的数目少，影响实验效果。 图为某同学利用海藻酸钠固定化酵母细胞的图为某同学利用海藻酸钠固定化酵母细胞

10、的实验结果，出现此结果的可能原因有实验结果，出现此结果的可能原因有A A海藻酸钠浓度过高海藻酸钠浓度过高B B酵母细胞已经死亡酵母细胞已经死亡C C注射器中的溶液推进速度过快注射器中的溶液推进速度过快D D注射器距离注射器距离CaClCaCl2 2溶液液面太近溶液液面太近ACD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CaCl2CaCl2溶液中浸泡溶液中浸泡30min30min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一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，如一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，如果

11、凝胶珠不容易破裂，没有液体流出，就表明凝胶珠的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。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。起，也能表明制备的凝胶珠是成功的。2 2、用固定化酵母细胞发酵、用固定化酵母细胞发酵固定化酵母细胞的发酵条件是什么？固定化酵母细胞的发酵条件是什么？实验操作结果分析与评价实验操作结果分析与评价1 1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、呈白色，则说明什么？如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，则说明什么？如果形成的凝胶珠不是圆

12、形或椭圆形，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？如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明海藻酸钠的浓度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；如果形成的凝胶珠不是圆偏低，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，则说明海藻酸钠的浓度偏高，制作失败，需要形或椭圆形，则说明海藻酸钠的浓度偏高，制作失败，需要再作尝试。再作尝试。2 2观察发酵的葡萄糖溶液观察发酵的葡萄糖溶液当观察到哪些现象时，可说明实验获得成功？为什么？当观察到哪些现象时，可说明实验获得成功？为什么？利用固定的酵母细胞发酵产生酒精，可以看到产生了很多利用固

13、定的酵母细胞发酵产生酒精，可以看到产生了很多气泡，同时会闻到酒味。气泡，同时会闻到酒味。类型类型优点优点不足不足直接使直接使用酶用酶催化效率高；低催化效率高；低能耗；低污染等。能耗；低污染等。易失活；难回收，成本易失活；难回收，成本高；酶混合在产物中可高；酶混合在产物中可能影响产品质量。能影响产品质量。固定化固定化酶酶既能与反应物接既能与反应物接触，又能与反应触，又能与反应物分离；可重复物分离；可重复利用利用一种酶只能催化一种或一种酶只能催化一种或一类反应，而生产中很一类反应，而生产中很多产物需一系列酶促反多产物需一系列酶促反应才能得到。应才能得到。固定化固定化细胞细胞成本低；操作更成本低；操

14、作更容易容易大分子物质难以自由通大分子物质难以自由通过细胞膜使应用受到某过细胞膜使应用受到某些限制。些限制。（2014上海）如果脂肪酶的产业化需要其活性在固定化处理时不受损失，且在多次重复使用后仍能维持稳定的酶活，则应选择图17中的_ 固定化工艺。C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

15、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

16、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、能连续性生产下图为固定化酶的反应柱示意图，下图为固定化酶的反应柱示意图，请据图回答：

17、请据图回答： (1)(1)请请在横线上填出各标号名称请请在横线上填出各标号名称_ _ _。(2) (2) 与一般酶制剂相比，固定化与一般酶制剂相比，固定化酶的突出优点是酶的突出优点是_和和_固定化细胞的优点是固定化细胞的优点是_。 (3)(3)的作用是的作用是_。（4 4）制作固定葡萄糖异构酶所用）制作固定葡萄糖异构酶所用的方式有的方式有_或或_。 （5 5）据图说出反应柱的作用原理）据图说出反应柱的作用原理 。下图是制备固定化酵母细胞实验步骤图解，请据图回答：下图是制备固定化酵母细胞实验步骤图解，请据图回答：酵母细胞活化酵母细胞活化配制配制CaClCaCl2 2溶液溶液配置海藻酸钠溶液配置海

18、藻酸钠溶液海海藻酸钠溶液与酵母细胞混合藻酸钠溶液与酵母细胞混合固定化酵母细胞固定化酵母细胞(1) (1) 在在_状态下，微生物处于休眠状态。活化状态下，微生物处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物恢复就是让处于休眠状态的微生物恢复_状态。活化状态。活化前应选择足够大的容器，因为酵母细胞活化时前应选择足够大的容器，因为酵母细胞活化时_。(2) (2) 影响实验成败的关键步骤是影响实验成败的关键步骤是_ _ 。(3) (3) 如果海藻酸钠浓度过低，形成凝胶珠包埋酵母细胞如果海藻酸钠浓度过低，形成凝胶珠包埋酵母细胞数目数目_。（4 4）观察形成凝胶珠的颜色和形状，如果颜色过浅，说）观察形成凝胶

19、珠的颜色和形状，如果颜色过浅，说明明_如果形成的凝胶珠不是圆形如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明或椭圆形，说明 。（5 5）制备固定化酶不宜用包埋法，为什么？）制备固定化酶不宜用包埋法，为什么？2525右图右图1 1表示制备固定化酵母细胞的有关操作，图表示制备固定化酵母细胞的有关操作，图2 2是利用固定化是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图下列叙述正确的是酵母细胞进行酒精发酵的示意图下列叙述正确的是 A A刚溶化的海藻酸钠应迅速与活化的酵母菌混合制备混合液刚溶化的海藻酸钠应迅速与活化的酵母菌混合制备混合液 B B图图1 1中中X X溶液为溶液，其作用是使海藻酸钠形成凝胶珠溶液为溶液，其作用是使海藻酸钠形成凝胶珠 C C图图2 2发酵过程中搅拌的目的是为了使培养液与酵母菌充分接触发酵过程中搅拌的目的是为了使培养液与酵母菌充分接触 D D图图1 1中制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤后再转移到图中制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤后再转移到图2 2装置中装置中BCD（20122012江