酵母细胞的固定化

课题3

酵母细胞的固定化429572439gao一、基础知识1、酶制剂的概念和种类（一）酶制剂含有酶的制品①定义：多酶片、加酶洗衣粉中的蛋白酶和脂肪酶②种类：A、液体酶制剂治疗某些胃病的胃蛋白酶液B、固体酶制剂429572439gao2、酶的生产①提取法定义：采用一定的技术直接从动植物或微生物的组织、细胞中将酶提取出来优点：简单易行，在动植物或微生物资源丰富的地区具有应用价值实例：在屠宰厂，可以从家畜胰脏中提取出胰酶；在水果加工厂，可以从菠萝皮中提取出菠萝蛋白酶缺点：要有充足的原材料，广泛应用受到限制429572439gao②发酵法定义：通过微生物发酵获得所需要的酶如果是胞外酶，可以从发酵液中直接提取；如果是细胞内酶，则可将细胞弄碎再经过提取纯化而得到易培养、繁殖速度快、便于大规模生产优点：提取方式：429572439gao③化学合成法缺点：成本高、已知分子结构的酶提取出来的酶还要经过分离、纯化，再加入适量的稳定剂和填充剂，制成相应的酶制剂后才能用于催化化学反应3、酶的提取和分离纯化429572439gao①酶的提取盐溶液提取法、碱溶液提取法、有机溶剂提取法适宜的温度和pH和保护剂方法：条件：②酶的分离提纯沉淀技术（密度梯度离心法）层析技术方法：429572439gao4、酶制剂特点(看课本P49面）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（1）优点（2）实际问题催化效率高、低耗能、低污染，大规模地应用于食品、化工等各个领域如何解决这些问题？429572439gao（二）固定化酶固定化酶是指限制或固定于特定空间位置的酶，具体来说，是指经物理或化学方法处理，使酶变成不易随水流失即运动受到限制，而又能发挥催化作用的酶制剂（三）固定化细胞将细胞限制或定位于特定空间位置的方法称为细胞固定化技术被限制或定位于特定空间位置的细胞称为固定化细胞固定化技术：固定化细胞：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429572439gao（五）酶和细胞固定化方法思考：固定化酶或固定化细胞可以采取哪些方法？各有什么利弊？1、物理吸附法2、包埋法3、化学结合法429572439gao方法原理适用对象包埋法将聚合物的单体与酶溶液混合，再借助于聚合助进剂(包括交联剂)的作用进行聚合，酶被包埋在聚合物中以达到固定化酶或细胞429572439gao方法原理适用对象化学结合法酶蛋白的侧链基团和载休表面上的功能基团之间形成共价键而固定的方法酶物理吸附法通过氢键、疏水作用和π电子亲和力等物理作用，将酶固定于水不溶载体上。从而制成固定化酶酶429572439gao429572439gao429572439gao（六）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429572439gao（七）固定化酶的应用实例1、高果糖浆①生产原料葡萄糖，葡萄糖是由淀粉转化而来是以酶法糖化淀粉所得的糖化液，经葡萄糖异构酶的异构作用，将其中一部分葡萄糖异构成果糖，由葡萄糖和果糖而组成的一种混合糖糖浆②生产机理429572439gao③生产流程含淀粉的浆液α-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429572439gao④生产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429572439gao1、酵母细胞的活化①过程称取1g干酵母，放入50ml的小烧杯中，加入蒸馏水10ml。用玻璃棒搅拌，使酵母细胞混合均匀，成糊状，放置1h左右，使其活化②注意事项A、选用的干酵母要具有较强的活性，而且物种单一B、在缺水状态下，微生物处于休眠状态。活化就是让处于()的微生物重新恢复正常的生活状态休眠状态429572439gao429572439gao2、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429572439gao3、配制海藻酸钠溶液称取0.7g海藻酸钠，放入50ml小烧杯中，加入10ml水，用酒精灯加热，边加热边搅拌，将海藻酸钠调成糊状，直至完全溶化，用蒸馏水定容至10ml①过程②注意事项加热时要用()，或者()，反复几次，直到海藻酸钠溶化为止小火间断加热429572439gao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429572439gao429572439gao4、海藻酸钠溶液和酵母细胞混合将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入以活化的酵母细胞，进行充分搅拌，再转移至注射器中①过程②注意事项A、溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温，否则会因温度过高杀死酵母菌429572439gao429572439gaoB、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（5）固定化酵母细胞以恒定的速度缓慢的将注射器中的溶液滴加到配制好的CaCl2溶液中，将形成的凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30min左右①过程429572439gao429572439gao②注意事项A、可利用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠，用作对照B、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，需稳定30min左右（三）用固定化酵母细胞发酵①将固定化酵母细胞（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1、过程429572439gao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429572439gao②将150ml质量分数为10％的葡萄糖溶液转移至200ml的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于25°C下发酵24h2、注意事项①控制好发酵温度，一般是室温25°C②发酵时间可视具体情况而定，一般时间稍长一些，效果明显③可用不含酵母的凝胶珠做相同的处理，对照实验结果429572439gao4295724