固定化酵母细胞创新

1、酶的应用酶的应用-酵酵 母母 细细 胞胞 的的 固固 定定 化化常熟外国语学校常熟外国语学校 钱幸红钱幸红一、课题目标一、课题目标 （B级）级）2尝试制备固定化酵母细胞，并利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。用固定化酵母细胞进行酒精发酵。1说出固定化酶和固定化细胞的作说出固定化酶和固定化细胞的作用和原理。用和原理。酶的优点：酶的优点： 对环境敏感，易失活；对环境敏感，易失活； 溶液中的酶难收回，不能再次利用，生溶液中的酶难收回，不能再次利用，生产成本高；产成本高； 反应后酶混在产物中，如不去除，会影反应后酶混在产物中，如不去除，会影响产品的质量。响产品的质量。催催化效率

2、高，低耗能，低污染化效率高，低耗能，低污染实际问题：实际问题：解决方法：解决方法：将酶固定在不溶于水的载体上将酶固定在不溶于水的载体上固定化酶固定化酶基础知识 （一）固定化酶的应用实例（一）固定化酶的应用实例1.利用固定化酶技术生产高果糖浆的实例利用固定化酶技术生产高果糖浆的实例（1）高果糖浆的生产需要）高果糖浆的生产需要 酶酶葡萄糖异构葡萄糖异构（2）高果糖浆高果糖浆的优点的优点高果糖浆是果糖含量为高果糖浆是果糖含量为42%左右的糖浆。作为蔗糖左右的糖浆。作为蔗糖的替代品，高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖的替代品，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。尿病

3、、龋齿和心血管病，对人的健康有利。（3）果糖属于什么糖）果糖属于什么糖?分子式分子式?属于单糖，是六碳糖属于单糖，是六碳糖 ,C6H12O62.固定化酶的反应柱示意图固定化酶的反应柱示意图(1)如何利用固定化酶生如何利用固定化酶生产高果糖浆的？产高果糖浆的？(2)有哪些优点？有哪些优点？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糖、从固定化酶反应柱下端流出的是果糖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

4、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，可以从糖浆中、酶溶解于葡萄糖溶液，可以从糖浆中 回收回收D3.3.固定化酶固定化酶优点：优点：酶既能与反应物接触，又容易与反应物分离，酶既能与反应物接触，又容易与反应物分离，同时，还可以反复利用。同时，还可以反复利用。实际问题：实际问题：一种酶只能催化一种化学反应，一种酶只能催化一种化学反应，而在生产而在生产实践中，很多产物的形成都是通过实践中，很多产物的形成都是通过一系列一系列的酶促反应的酶促反应才能完成的。才能完成的。设想：设想： 酶是细胞合成的，能否将合成酶的细胞酶是细胞合成的，能否将合成酶的细胞直接固定？直接

5、固定？固定化细胞：固定化细胞：成本更低，操作更容易成本更低，操作更容易（二）固定化细胞技术（二）固定化细胞技术1.1.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2、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？ 就是将酶就是将酶固定在不溶于水的载体上，固定在不溶于水的载体上，或者将微生物细胞均匀地或者将微生物细胞均匀地包埋于不溶于包埋于不溶于水的多孔性载体

6、上，水的多孔性载体上，使酶既能与反应物使酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时，固定在接触，又能与产物分离，同时，固定在载体上的载体上的酶可以被反复利用的技术。酶可以被反复利用的技术。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：应用相同，都能催化某些反应联系：应用相同，都能催化某些反应区别：区别：固定化细胞固定化细胞对酶活性影响更小；对酶活性影响更小；固定的是一系列酶；固定的是一系列酶；由于大分子难以通过细胞膜，由于大分子难以通过细胞膜，固定化细胞应用有一定的限制。固定化细胞应用有一定的限制。技术操作容易，成本低，易回收；技术操作容易，成本低，易回收；使用注

7、意点：使用注意点：1、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，用包埋法容易从包埋材料中漏出。法，用包埋法容易从包埋材料中漏出。 2、固定化细胞因细胞大不易被吸附或结合适宜采用包埋、固定化细胞因细胞大不易被吸附或结合适宜采用包埋 法。法。4、思考：直接使用酶、固定化酶与固定化细胞各有什么优缺点？、思考：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。低污染等。对环境条件非常敏感，对环境条件非常敏感，易失活；溶液中的酶易失活；溶液中的酶难回收，不能再

8、次利难回收，不能再次利用，生产成本高；反用，生产成本高；反应后酶会混在产物中，应后酶会混在产物中，可能影响产品质量、可能影响产品质量、纯度。纯度。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，固又能与产物分离，固定在载体上的酶可以定在载体上的酶可以反复利用。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。酶促反应才能得到的。固定化细胞固定化细胞成本更低，操作更容成本更低，操作更容易。易。固定后细胞内的酶与固定后细胞内的酶与反应物不容易接近，反应

9、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。5.固定化酶和固定化细胞常用的载体材料固定化酶和固定化细胞常用的载体材料 明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等丙烯酰胺等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起来酶固定化技术与细

10、胞固定化技术是同时发展起来的的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A2 2、研究认为，用固定化酶技术处理污染物、研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的。如将从大肠杆菌得到的磷是很有前途的。如将从大肠杆菌得到的磷酸三酯酶固定到尼龙膜上制成制剂，可以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的有机磷农药，与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，其作用不需要适宜的用微生物降解相比，其作用不需要适宜的（ ）A A、温度、温度 B B、PHPHC C、水分、水分 D D、营养、营养D3 3、固定化细胞对酶的活性影响最小，根本、固定化细胞对

11、酶的活性影响最小，根本 原因是原因是( )( )。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挥固定化细胞在多种酶促反应中连续发挥 作用作用C C促化反应结束后，能被吸收和重复利用促化反应结束后，能被吸收和重复利用D D细胞结构保证了各种酶在细胞内化学反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应中有效的发挥作用D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（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）你认为哪个步骤的操作是最重要的一环？重

12、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？制备固定化酵母细胞制备固定化酵母细胞( (三三) )实验操作实验操作 1、酵母细胞的活化 活化的概念：活化的概念：在缺水的状态下，微生物会处于休眠状态。在缺水的状态下，微生物会处于休眠状态。活化就是让处于活化就是让处于休眠状态休眠状态的微生物的微生物重新恢重新恢复正常复正常的生活状态；的生活状态；活化的本质：活化的本质： 加快新陈代谢加快新陈代谢活化操作注意点：活化操作注意点：1、所用容器要大一些；防止活、所用容器要大一些；防止活 化液溢出容器外。化液溢出容器外。2、要保证酵母菌的活性；、要保证酵母菌的活性；3、物种

13、要单一；、物种要单一；4、注意水的用量。、注意水的用量。2、配制物质的量浓度为、配制物质的量浓度为0.05mol/L CaCl2溶液溶液使海藻酸钠发生聚沉，形成凝胶珠使海藻酸钠发生聚沉，形成凝胶珠思考：思考：1、配制物质的量浓度为、配制物质的量浓度为0.05mol/L的的CaCl2溶液溶液有什么作用？有什么作用？2、CaCl2在生物工程中还有什么地方用到？在生物工程中还有什么地方用到？有什么作用？有什么作用？基因工程中：处理大肠杆菌，使细胞处于能吸收环境基因工程中：处理大肠杆菌，使细胞处于能吸收环境DNA分子的生理状态分子的生理状态感受态细胞感受态细胞3配制海藻酸钠溶液配制海藻酸钠溶液思考：思

14、考：配制的海藻酸钠溶液具体作用是什么？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注意：加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环，涉及到注意：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！实验的成败！海藻酸钠的海藻酸钠的浓度涉及浓度涉及到固定化细胞的到固定化细胞的质量质量。如果海藻酸钠浓度如果海藻酸钠浓度过高过高，将，将很难形成凝胶珠很难形成凝胶珠；如果浓度如果浓度过低过低，形成的凝胶珠所，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞包埋的酵母细胞的数目少的数目少，影响实验

15、效果。，影响实验效果。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 将溶化好的海藻酸钠溶液将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温冷却至室温，加，加入已活化的醉母细胞，进行入已活化的醉母细胞，进行充分搅拌充分搅拌，使，使其其混合均匀混合均匀，再转移至注射器中。，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？5、固定化酵母细胞、固定化酵母细胞思考：思考：为什么刚形成的凝胶珠要在为什么刚形成的凝胶珠要在CaCl2溶液溶液 中浸泡中浸泡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？检验凝胶珠方法检验凝胶珠方法:1、用镊子夹起一个凝胶珠

16、放桌上、用镊子夹起一个凝胶珠放桌上用手挤压，如不用手挤压，如不 易破裂，没有液体流出，易破裂，没有液体流出，表明的制作成功。表明的制作成功。 2、用力、用力摔打凝胶珠，如凝胶珠很容易弹起摔打凝胶珠，如凝胶珠很容易弹起，表，表 明制备凝胶珠成功。明制备凝胶珠成功。用固定化酵母细胞发酵用固定化酵母细胞发酵( (三三) )实验操作实验操作 1 1、将固定化的酵母细胞（凝胶珠）、将固定化的酵母细胞（凝胶珠）用蒸馏水冲洗用蒸馏水冲洗 2 2到到3 3次。次。 2 2、将、将150ml150ml质量分数为质量分数为10%10%的葡萄糖溶液转移到的葡萄糖溶液转移到 200ml200ml的锥形瓶中，再加入固定

17、好的酵母细的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细 胞，置于胞，置于2525摄氏度摄氏度下发酵下发酵24h24h。问题思考：问题思考：1、为什么要用蒸馏水冲洗、为什么要用蒸馏水冲洗2到到3次？次？ 2、发酵时为什么要将温度控制在、发酵时为什么要将温度控制在25？3、如果要求制作反复使用的固定化酵母细、如果要求制作反复使用的固定化酵母细胞应该在实验中注意哪些问题？胞应该在实验中注意哪些问题？（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：问题思考：如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明什么？如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明什么？ 如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明什么？如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明什么？凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明海藻酸钠的浓度偏低，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