酵母细胞的固定化(3)教学内容

1、酵母细胞的固定化(3)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。酶制剂存在的缺陷：酶制剂存在的缺陷： 1 1、通常对、通常对强酸、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。 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

2、决这个问题如何解决这个问题？固定化酶技术和固定固定化酶技术和固定化细胞技术化细胞技术课题课题3 3 酵母细胞的固定酵母细胞的固定化化1、举例说明固定化酶和固定化细胞的应用。2、初步学会制备固定化酵母细胞。 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、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？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： 固定化酶技术。即将酶固定在一

3、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）。1、生产高果糖浆的方法是？、生产高果糖浆的方法是？ 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？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部分名称。各部分名称。你能说出这种你能说

4、出这种方法的优点吗？方法的优点吗？ 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？ 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： 一种酶只能催化某一种或某一一种酶只能催化某一种或某一类的化学反应，而在生产实际中很类的化学反应，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

5、。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。（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。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）包将酶（或细胞）包埋在细微网格里埋在细微网格里将酶（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）吸将酶（或细胞）吸附在载体表面上附在载体表面

6、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个大，酶分子很小细胞个大，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 从操作角度来考虑，从

7、操作角度来考虑，你认为哪种方法更容易？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 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 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

8、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D2 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

9、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？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

10、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。2. 实验设计实验设计（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。（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。（3）配制海藻酸钠溶液：）配制海藻酸

11、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？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微火加热并不断搅拌的目微火加热并不断搅拌的目的是什么？的是什么？(4)海藻酸钠溶

12、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。(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？(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

13、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。（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CaCl2溶液中，溶液中，形成凝胶珠状颗粒。形成凝胶珠状颗粒。 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

14、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，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。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

15、、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。（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（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）

16、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。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？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

17、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。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。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

18、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。需要。需要。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

19、法吗？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，可以从糖浆中回收中回收D2 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