选修一：酵母细胞的固定化

课题3

酵母细胞的固定化酶①天然酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常敏感，容易失活②溶液中酶很难回收，不能再次利用，提高了生产成本③反应后，酶会混在产物中，影响产品质量，难以在工业生产中广泛应用如何解决这些问题？应用过程中的实际问题自主预习49-50页课本内容，回答下列问题1、什么是高果糖浆？有什么好处？3、生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什么?这种酶有什么特点？4、反应柱的组成部分？筛板的作用？高糖果浆如何生产？5、由此可以看出，固定化酶技术有什么优点？一、固定化酶的应用实例基础知识（一）固定化酶的应用实例

——生产高果糖浆（1）高果糖浆的生产原理：葡萄糖异构酶果糖葡萄糖自主预习49-50页课本内容，回答下列问题1、什么是高果糖浆？有什么好处？3、生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什么?这种酶有什么特点？4、反应柱的组成部分？筛板的作用？高糖果浆如何生产？5、由此可以看出，固定化酶技术有什么优点？一、固定化酶的应用实例429572439gao反应柱的优点？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质量自主预习49-50页课本内容，回答下列问题1、什么是高果糖浆？有什么好处？3、生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什么?这种酶有什么特点？4、反应柱的组成部分？筛板的作用？高糖果浆如何生产？5、由此可以看出，固定化酶技术有什么优点？一、固定化酶的应用实例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，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。怎么办？可采用固定化细胞技术（二）固定化细胞技术自主阅读50页，回答问题：1、什么是固定化细胞或酶技术？2、固定技术的方法都有什么？如何选择？3、固定时常用的载体都有什么？（二）固定化细胞技术1.将酶或细胞固定化的方法将酶（或细胞）包埋在细微网格里将酶（或细胞）相互连接起来将酶（或细胞）吸附在载体表面上包埋法化学结合法吸附法酶和细胞固定方法的选择①酶适合采用化学结合和物理吸附法固定②细胞适合采用包埋法固定1、方法2、原因①细胞个大，酶分子很小②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（二）固定化细胞技术自主阅读50页，回答问题：1、什么是固定化细胞或酶技术？2、固定技术的方法都有什么？3、固定时常用的载体都有什么？1、对于固定化酶和固定化细胞来说，哪一种方法更容易操作？哪一种方法对酶的影响小？思考：固定化细胞技术3、如果将微生物发酵过程变成一系列的酶促反应，应该用哪一种方法？2、固定化细胞技术是固定的一种酶还是一系列酶？一系列酶固定化细胞4、如果反应物是大分子物质，能否采用固定化细胞法？为什么？不能，大分子物质难以通过细胞膜，所以采用固定化酶技术〖思考〗将谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸的发酵过程变为连续的酶反应，应当固定（酶、细胞）；若将蛋白质变成氨基酸，应当固定（酶、细胞）。√√练习题酶的固定方法不包括（）A．将酶吸附在载体表面上B．将酶相互连接起来C．将酶包埋在细微网格里D．将酶制成固体酶制剂，如加酶洗衣粉中的酶

D2、使用固定化细胞的优点是（

）A.能催化大分子物质水解

B．可催化一系列化学反应

C．与反应物易接近

D．有利于酶在细胞外发挥作用B3、下列关于固定化酶技术的说法正确的是（

）

A．固定化酶技术就是固定反应物将酶依附着载体围绕反应旋转的技术

B．固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反应

C．固定化酶中的酶无法重复利用

D．固定化酶是将酶固定在一定空间内的技术D4．下列不是用于包埋法固定化细胞的载体是A．琼脂糖B．醋酸纤维素C．聚丙烯酰胺D．聚乙烯树脂√429572439gao二、实验操作（一）方法1、包埋法固定化细胞2、海藻酸钠作载体包埋酵母细胞（二）制备固定化酵母细胞

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。〖思考2〗活化是指什么？（1）酵母细胞的活化：1g干酵母＋10mL蒸馏水→50mL烧杯→搅拌均匀→放置1h，使之活化。429572439gao2、配置物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液①过程称取无水CaCl20.83g，放入200ml的烧杯中，加入150ml的蒸馏水，使其充分溶解，待用②注意事项溶解物质要彻底，勿用自来水溶解，以防自来水中各种离子影响实验结果防止海藻酸钠焦糊。（3）配制海藻酸钠溶液：0.7g海藻酸＋10mL水→50mL烧杯→酒精灯小火（或间断）加热，并不断搅拌，使之溶化→蒸馏水定容到10mL。〖思考3〗微火加热并不断搅拌的目的是什么？海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质量。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胞的数目少(4)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温，加入活化酵母细胞液，搅拌后吸入到注射器中。注意：搅拌要彻底充分，使两者混合均匀，以免影响实验结果的观察〖思考4〗为什么要海藻酸钠溶液冷却后才能加入酵母细胞？防止高温杀死酵母细胞。（5）固定化酵母细胞：

以恒定速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到CaCl2溶液中，形成凝胶珠状颗粒。CaCl2溶液作用：海藻酸钠胶体在CaCl2这种电解质的作用下，发生聚沉，形成凝胶珠。刚形成的凝胶珠应在CaCl2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从结构上判断凝胶珠是否成功429572439gao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。观察凝胶珠的颜色和形状来判断成功与否（三）固定化酵母细胞的发酵（6）冲洗：将固定的酵母细胞凝胶珠用蒸馏水冲洗2～3次，洗去凝胶珠表面多余的电解质溶液。（7）发酵：150mL10％葡萄糖＋固定化酵母细胞→200mL锥形瓶→密封→25℃发酵24h。〖思考5〗发酵过程中锥形瓶为什么要密封？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。需要。可用不含酵母的凝胶珠做相同的处理，对照实验结果〖思考6〗锥形瓶中的气泡和酒精是怎样形成的？〖思考8〗如果要设置对照试验排除无关变量的影响，如何设置对照实验？〖思考7〗在利用固定化酶或固定化细胞进行生产的过程中，需要无菌操作吗？429572439gao类型优点不足直接使用酶催化效率高，低耗能、低污染等对环境条件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本；反应后酶会混在产物中，可能影响产品质量固定化酶酶既能与反应物接触，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一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物的形成都通过一系列的酶促反应才能得到的固定化细胞成本低、操作容易、对酶活性的影响更小、可以催化一系列的反应、容易回收固定后的酶或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（四）直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的优缺点例1．下列有关固定化技术的叙述，正确的是（）A.固定化酶只是在细胞内才能发挥作用B.固定化酶能提高酶的利用率C.酶的固定是酶分离纯化的常用方法D.固定化酶的固定化方式就是吸附在

固体表面上。√例2.关于固定化细胞的叙述，正确的是A.催化效率高，低耗能、低污染B.对环境的条件非常敏感，容易失活C.既能与反应物充分接触，又能与产物

分离D.成本低、操作简单，但反应效果可能

很低√例3.溶解海藻酸钠，最好采用______加热的方法A.小火间断B.小火持续C.大火间断D.大火持续√例4.关于酵母菌的叙述，正确的是A.酵母菌在营养物质充足时、环境适宜

时，依靠有性生殖进行繁殖B.酵母菌的代谢类型时异养厌氧型C.酵母菌的生物膜系统包括细胞膜、核

膜、各种的细胞器膜等膜D.用酵母菌酿酒时，应先密封后通气√例5.将酵母菌的培养液由富氧状态变为缺氧状态，下面加快的一项是A.CO2的释放B.丙酮酸的氧化C