酵母细胞的固定化课件-高二下学期生物人教版选修1

1、1、直接使用酶制剂在应用中各有什么优、缺点？如何解决使用酶制剂时的缺陷？2、固定化酶技术在应用中各有什么优、缺点？如何解决使用固定化酶技术在应用时的缺陷？3、固定化细胞在应用中各有什么优、缺点？1.1酶制剂的优点：催化效率高、低能耗、低污染等。大规模地应用于食品、化工等各个领域1.2酶制剂的缺点（1）对_ 和 等条件非常敏感，易失活。（2）酶很难回收，不能被_,提高了生产成本。（3）反应后酶会混在产物中，可能影响产品的质量强酸、强碱、高温有机溶剂再次利用如何解决这些问题？固定化酶技术1.直接使用酶制剂思考：1、什么是高果糖浆？使用它有何好处？2、生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什么？这种酶有何

2、特点？3、了解高果糖浆生产过程。 固定化酶的应用实例2.1含义：将酶固定在一定空间内的技术，如固定在不溶于水的载体上。2.2实例利用固定化酶技术生产“高果糖浆”。2.固定化酶2.3生产机理:葡萄糖 果糖葡萄糖异构酶生产流程含淀粉的浆液-淀粉酶糊精糖化酶葡萄糖葡萄糖异构酶葡萄糖的异构化42%45%转化成果糖果葡糖浆果糖和葡萄糖分离葡萄糖再次异构化反复多次果糖含量70%90%高果糖浆高果糖浆是果糖含量为42%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、龋齿和心血管病，对人的健康有利。直接使用酶的缺点：酶溶于葡萄糖溶液后，就无法从糖浆中回收，造成很大的浪费。果糖反应柱固定化

3、酶分布着小孔的筛板葡萄糖特点：反应柱连续 使用半年，大大 降低生产成本。将固定好的酶颗粒装到一个反应柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的筛板。酶颗粒无法通过筛板上的小孔，而反应溶液却可以自由出入。反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本。提高了果糖的产量和品质。2.4优点：酶既能与反应物接触，又能与产物分离，固定在载体上的酶还可以被反复利用。2.5缺点： 一种酶只能催化一种化学反应，而在实际生产中，很多产物的形成是通过一系列的酶促反应才能得到。2.6解决方案：固定化细胞技术3.固定化细胞3.1含义：将细胞固定在一定空间内的技术。3.2优点：成本低、操作容易、对酶活性的影响更小、可以催化一系列的反

4、应、容易回收3.3缺点：固定后的细胞与反应物不容易接近，可能导致反应效果下降，由于大分子物质难以自由通过细胞膜，因此固定化细胞的应用也受到限制。但相对较为完善。物理吸附法包埋法化学结合法 4.1 固定化酶或固定化细胞：指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。 4. 2方法：4.固定化技术将酶（或细胞）相互结合，或将其结合到载体上。将酶（或细胞）吸附在载体表面上化学结合法物理吸附法将酶（或细胞）包埋在细微网格里包埋法明胶聚丙烯酰胺常用包埋载体有：明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。【比较】酶和细胞的固定方法和特点固定对象酶细胞适宜固定法特点化学结合法物理吸附法包埋法酶

5、分子很小，容易从包埋材料中漏出。细胞体积大，难以被吸附或结合。葡萄糖酒精+二氧化碳一系列酶？酵母菌固定化细胞技术（1）含义：将细胞固定在一定空间内的技术。（2）优点： 成本更低、操作更容易、对酶活性的影响更小、可以催化一系列的反应、容易回收。（主要用包埋法)（3）缺点：固定后的细胞与反应物不容易接近，可能导致反应效果下降，由于大分子物质难以自由通过细胞膜，因此固定化细胞的应用也受到限制。酶的种类：所需条件：固定化细胞酶的种类：所需条件：固定化酶包埋法固定细胞，即将微生物细胞均匀包埋在不溶于水的多孔性载体中。一种适宜的温度，PH值多种（一系列）适宜的温度，PH值，营养物质直接使用酶固定化酶固定化

6、细胞酶的种类一种或几种一种一系列酶制作方法物理吸附法、化学结合法、包埋法物理吸附法、包埋法、化学结合法、是否需营养否否是缺点对环境条件非常敏感，易失活难回收，成本高，影响产品质量不利于催化一系列的酶促反应反应物不宜与酶接近，尤其是大分子物质，反应效率下降优点催化效率高，耗能低、低污染既能与反应物接触，又能与产物分离可以反复利用成本低，操作容易1.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？固定化细胞是一系列酶固定化细胞3.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？4.如果反应物是

7、大分子物质，又应该选择哪种方法？固定化细胞技术大分子物质难以自由通过细胞膜，因此固定化细胞技术一般作用于小分子物质。固定化酶技术下图表示科研人员利用固定化葡萄糖异构酶来生产高果糖浆的过程,相关叙述正确的是( )A. 固定葡萄糖异构酶时,采用方法2比方法3对酶的活性影响要小B. 在生产过程中,需严格控制好pH、温度、溶解氧等环境因素C. 在生产过程中,通过控制阀调节果糖流出的速率以保证反应充分进行D. 由于固定化葡萄糖异构酶活性不会降低,此反应柱可持续用于生产C（一）制备固定化酵母细胞（二）用固定化酵母细胞发酵 酵母细胞的固定化5.实验操作5.1.1.酵母细胞的活化 加蒸馏水搅拌干酵母 活化酵母

8、在缺水状态下，让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态 5.1制备固定化酵母细胞操作提示 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容器外。5.1.2.配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液：0.83gCaCl2150mL蒸馏水200mL烧杯充分溶解备用。防止自来水中各种离子影响实验结果CaCl2溶液浓度过大，凝胶珠硬度大，易开裂；浓度过小，不易形成凝胶珠。注意：CaCl2溶液的作用： 使胶体聚沉，形成结构稳定的凝胶珠。5.1.3. 配制海藻酸钠溶液0.7g海藻酸钠10mL水50mL烧杯酒精灯小火间断加热，并不断搅拌，使之溶化（调

9、制糊状）蒸馏水定容到10mL。（实验成败关键）防止海藻酸钠发生焦糊并溢出烧杯溶液浓度过高，将很难形成圆形或椭圆形凝胶珠；浓度过低，凝胶珠包埋的酵母细胞数量较少，凝胶珠颜色过浅，呈白色。加热时要用小火，或者间断加热，并搅拌，反复几次，直到海藻酸钠溶化为止5.1.4.海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 将海藻酸钠溶液冷却至室温加入已活化酵母细胞充分搅拌转移至注射器中。 防止高温杀死酵母菌细胞 5.1.5.固定化酵母细胞以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到配制好的 CaCl2 溶液中，液滴在CaCl2 溶液中形成凝胶珠，凝胶珠在 CaCl2 溶液中浸泡30分钟。 让凝胶珠形成稳定的结构 1.速度一定要恒

10、定且缓慢，以便形成均匀的圆形或椭圆形的凝胶珠。2.距离液面1530cm。过近：凝胶珠会带尾巴；过高：CaCl2溶液溅出。操作提示课题：探究海藻酸钠溶液浓度高低对凝胶珠质量的影响海藻酸钠的量1.0克0.7克0.4克凝胶珠形状凝胶珠颜色滴加高度对凝胶珠质量有影响吗？圆形或椭球形大部分呈圆形或椭球形不呈圆形或椭球形色浅，呈白色浅黄色浅黄色滴加速度呢？此结果的可能原因1.海藻酸钠浓度过高2.注射器滴加速度过快3.注射器距离CaCl2溶液液面太近？一、观察凝聚珠的颜色和形状颜色过浅，说明海藻酸钠浓度偏低，固定的细胞少不是圆形或椭圆形，说明海藻酸钠浓度偏高，失败二、挤压法：如果凝胶珠不容易破裂，没有液体流

11、出，就表明凝胶珠的制作成功。三、摔打法：如果凝胶珠很容易弹起，也能表明制备的凝胶珠是成功的。评价凝胶珠的质量是否合格5.2.1.将固定化酵母细胞（凝胶珠）用蒸馏水冲洗23次。5.2.2.将150ml质量分数为10的葡萄糖溶液转移200ml的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于25C下发酵24h。洗去凝胶珠表面多余的CaCl2溶液；洗去杂菌既作为发酵底物，也作为营养物质。过高，酵母菌会失水过多而死亡。5.2用固定化酵母细胞发酵【思考】当观察到哪些现象时，可说明实验获得成功？发酵瓶中产生了很多气泡，并可闻到酒味。说明包埋的酵母菌已将葡萄糖发酵，产生酒精和二氧化碳。【思考】除了固定酵母细胞，还能固

12、定其他细胞吗？固定化小球藻固定化植物细胞及时巩固：1、生产高果糖浆需要_ _酶，该酶的固定不适合用_法，原因：_而固定酵母菌，则不宜采用_ 法，原因： _葡萄糖异构包埋酶分子太小，容易从包埋材料中漏出物理吸附和化学结合细胞的体积大，难以被吸附或结合2、制备固定化酵母细胞的过程中错误的是（ ）A、取干酵母，加入蒸馏水，使其活化B、配制海藻酸钠时，加热用大火，直到海藻酸钠溶化为 止C、将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入已活化的酵母细胞D、将凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30min左右B3、下列叙述不正确的是（ ）A、从操作角度来考虑，固定化细胞比固定化酶容易B、固定化细胞比固定化酶对酶的活性影响更小C、固定化细胞固定的是一种酶D、将微生物的发酵过程变成连续的酶反应应选择固定化细胞技术C酶优点：催化效率高，低耗能、低污染，大规模地应用于 食品、化工、轻纺、医药等领域。实际问题：1、对环境条件敏感，容易失活； 2、难回收，不能再次利用