酵母细胞固定化人教选修

专题4酶的研究与应用课题3酵母细胞的固定化

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栏目链接我们知道，酶是生物催化剂，能改变化学反应速度，但反应前后酶的结构、性质并未改变。我们在使用加酶洗衣粉将衣服清洗干净的同时，也将洗衣粉中的“有功之臣”连同污水一块倒掉了，多可惜啊！这也造成了一定程度上的污染和浪费。现在酵母细胞的固定化技术可使酶重复使用。

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栏目链接请思考：1．如何将酶进行固定化？2．固定化细胞的方法有几种？

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栏目链接(1)能将葡萄糖转化成果糖的酶是______________。(2)固定化酶技术使用的反应柱上的孔应满足酶颗粒______通过，反应溶液______通过，若反应物颗粒过大则不能用此法。一、固定化酶的应用实例

葡萄糖异构酶

无法

自由

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栏目链接二、固定化细胞技术(1)固定化酶和固定化细胞是利用______或______方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括________、__________和____________。其中细胞多采用________固定化。(2)包埋法固定化细胞是将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中。常用的载体有________、____________、____________、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。

物理

化学

包埋法

化学结合法

物理吸附法包埋法

明胶

琼脂糖

海藻酸钠

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栏目链接三、实验操作1．制备固定化酵母细胞(1)酵母细胞的活化：向干酵母中加入________，搅拌混匀。(2)配制CaCl2溶液：向无水________加入蒸馏水，充分溶解。(3)配制海藻酸钠溶液：酒精灯加热时要用______或__________，且边加热边______，直至完全溶化，最后用蒸馏水定容。

蒸馏水CaCl2

小火

间断加热

搅拌

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栏目链接(4)海藻酸钠溶液与__________混合。(5)固定化酵母细胞：以恒定速度缓慢将上述混合液滴加到____________中，形成凝胶珠，并在CaCl2溶液中浸泡。

酵母细胞CaCl2溶液

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栏目链接2．用固定化酵母细胞发酵将固定好的酵母细胞(凝胶珠)加入用于发酵的__________溶液后，发现有________产生，同时有________味散发。

葡萄糖

气泡

酒

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栏目链接一、固定化酶和固定化细胞的方法(1)包埋法(A、B图)：是指将酶包裹在多孔的载体中，如将酶包裹在聚丙烯酰胺凝胶等高分子凝胶中，或包裹在醋酸纤维素等半透性高分子膜中。(2)化学结合法(C图)：将酶分子相互结合，或将其结合到纤维素、琼脂糖等载体上的固定方式。(3)物理吸附法(D图)：指将酶吸附到固体吸附剂表面的方法，固体吸附剂多为活性炭、多孔玻璃等。

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栏目链接例1试分析下图中哪一种与用海藻酸钠作载体制备的固定化酵母细胞相似？(

)

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栏目链接解析：A、B选项适合于酶的固定化，C选项既用于酶固定，也可用于细胞固定。制备固定化酵母细胞用的是包埋法，即将酵母菌包埋在海藻酸钠制成的凝胶珠中，所以与D选项相似。答案：D

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栏目链接变式训练1．相对固定化酶而言，固定化细胞对酶的活性影响较小，根本原因是(

)A．避免了细胞破碎、酶的提取纯化过程B．固定化细胞在多种酶促反应中连续发挥作用C．催化反应结束后，能被吸收和重复利用D．细胞结构保证了各种酶在细胞内的化学反应中有效地发挥作用

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栏目链接变式训练解析：固定化细胞维持了细胞结构的完整性，为酶充分地发挥作用提供了稳定的内环境。答案：D

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栏目链接二、固定化酵母细胞的制备与应用1．固定化酵母细胞的制备

(1)酵母细胞的活化：在缺水的状态下，微生物会处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。

(2)配制CaCl2溶液：0.83g无水CaCl2＋150mL蒸馏水→200mL烧杯→溶解备用。

(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(或间断)加热，并不断搅拌，使之溶化→蒸馏水定容到10mL。

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栏目链接(4)海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合：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，充分搅拌后吸入到注射器中。

(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。2．用固定化酵母细胞发酵

(1)冲洗：将固定好的酵母细胞凝胶珠用蒸馏水冲洗2～3次，刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡30min左右，形成稳定结构。

(2)发酵：150mL质量分数为10%葡萄糖溶液＋固定化酵母细胞→200mL锥形瓶→密封→25℃下发酵24h。

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制备固定化酵母细胞的易错提醒①CaCl2要称量准确，不能用自来水配制溶液，防止自来水中各种离子影响实验效果，应用蒸馏水。②加入活化酵母细胞时，海藻酸钠溶液必须冷却至室温，以免温度过高而杀死酵母菌。③制备过程严格要求无菌操作，防止微生物污染。特别提醒

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栏目链接④海藻酸钠溶液的浓度涉及固定化细胞的质量，如果海藻酸钠浓度过高，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就少，影响实验效果。特别提醒

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栏目链接三、直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的比较直接使用酶固定化酶固定化细胞酶的种数一种或几种一种一系列酶制作方法无化学结合固定化、物理吸附固定化包埋法固定化是否需要营养物质否否是催化反应单一或多种单一一系列

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栏目链接(续表)反应物质各种物质(大分子、小分子)各种物质(大分子、小分子)小分子物质缺点①对环境条件非常敏感，易失活②难回收、成本高、影响产品质量催化化学反应比较单一反应物不易与酶接触，尤其是大分子物质，反应效率下降优点催化效率高、低耗能、低污染①既能与反应物接触，又能与产物分离②可以反复利用成本低、操作容易，使用时间长

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栏目链接例2下面是制备固定化酵母细胞的步骤，正确的是(

)①配制CaCl2溶液②海藻酸钠溶化③海藻酸钠与酵母细胞混合④酵母细胞活化⑤固定化酵母细胞A．①②③④⑤

B．④①③②⑤C．④⑤②①③D．④①②③⑤

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栏目链接解析：制备固定化酵母细胞的基本步骤是：酵母细胞的活化→配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液→配制海藻酸钠溶液→与酵母细胞混合→固定化酵母细胞。答案：D

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栏目链接2．下列有关固定化酵母细胞制备步骤不恰当的是(

)A．应使干酵母与水混合并搅拌，以利于酵母菌活化B．配置海藻酸钠溶液时要用小火间断加热的方法C．向刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入已