高中人教版生物选修1课件专题4课题3酵母细胞的固定化

课题3酵母细胞的固定化课标阐释思维脉络1.结合具体实例,分析固定化酶和固定化细胞的作用和原理。2.列举固定化技术的常用方法,认识到技术对科学的促进作用。3.归纳概括固定化细胞的制备流程。4.制订实验方案,尝试制备固定化酵母细胞,并利用固定化酵母细胞进行酒精发酵。

一二三一、固定化酶的应用实例——高果糖浆的生产

一二三一二三一二三二、固定化酶和固定化细胞技术

一二三一二三三、实验操作

一二三一二三一二三探究点当堂检测本课必记制备固定化酵母细胞问题导引制备固定化酵母细胞的关键是什么?刚形成的凝胶珠应该怎么处理?据教材P50~51制备固定化酵母细胞的实验步骤,思考下列问题。(1)本实验固定酵母细胞采用的是什么方法?海藻酸钠起什么作用?(2)在用海藻酸钠包埋酵母细胞形成凝胶珠的过程中,加热溶解海藻酸钠时需注意用

加热,然后将溶化好的海藻酸钠溶液

后,加入已活化的酵母细胞充分搅拌混合均匀。

探究点当堂检测本课必记(3)下图为某同学利用海藻酸钠固定化酵母细胞的实验结果,出现此结果的可能原因包括

。

①海藻酸钠浓度过高②酵母细胞已经死亡③注射器中的溶液推进速度过快④注射器距离CaCl2溶液液面太近探究点当堂检测本课必记(4)下图1表示制备固定化酵母细胞的有关操作,图2是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图。请回答下列问题。探究点当堂检测本课必记①图1中X溶液为

,其作用是

。

②图1中刚制备的凝胶珠应在

中浸泡一段时间,然后用

洗涤后再转移到图2装置中。图2发酵过程中搅拌的目的是

。

答案:(1)包埋法。海藻酸钠作为载体(或包埋材料)包埋酵母细胞。(2)小火或间断冷却至室温(3)①③④

(4)①CaCl2溶液使海藻酸钠形成凝胶珠②CaCl2溶液蒸馏水使葡萄糖溶液与固定化酵母细胞充分接触探究点当堂检测本课必记名师精讲1.制备固定化酵母细胞的注意事项(1)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。(2)加热海藻酸钠使其溶化的过程中,需使用小火,或者间断加热,防止加热过快,使海藻酸钠焦糊。(3)定容和最后冲洗凝胶珠时,不用自来水,防止自来水中的离子对固定好的酵母细胞产生影响。(4)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。探究点当堂检测本课必记特别提醒(1)海藻酸钠溶液必须冷却至室温,才能加入活化的酵母细胞,以免温度过高杀死酵母细胞。(2)制作符合要求的凝胶珠应选择合适浓度的海藻酸钠溶液;若浓度偏低,则制作的凝胶珠颜色过浅,呈白色,固定的酵母细胞数目较少;若海藻酸钠溶液浓度过高,则形成的凝胶珠不为圆形或椭圆形,制作失败。(3)细胞的固定化要在严格无菌条件下进行;反复使用固定化酵母细胞时,需要避免其他微生物的污染。(4)CaCl2要称量准确,不能用自来水配制溶液,防止自来水中的离子影响实验效果,应用蒸馏水。探究点当堂检测本课必记2.检验凝胶珠的质量是否合格,可以使用下列方法(1)机械法: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;也可以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。(2)目测法:合格的凝胶珠应是淡黄色、圆形或椭圆形。探究点当堂检测本课必记典例剖析类型一

固定化酶和固定化细胞的比较例1下列有关固定化酶和固定化细胞的说法,正确的是(

)A.某种固定化酶的优势在于能催化一系列生化反应B.固定化细胞技术一次只能固定一种酶C.固定化酶和固定化细胞的共同点是都可以反复使用D.固定化酶和固定化细胞都能反复使用,但酶的活性迅速下降答案:C解析:酶具有专一性,一种酶固定后不能催化一系列生化反应;固定化细胞技术实际上固定的是一系列酶;固定化酶和固定化细胞都能反复使用,若条件适宜,一般不会出现酶的活性迅速下降的问题。探究点当堂检测本课必记反思总结

直接使用酶、固定化酶和固定化细胞的比较

方式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常用载体—高岭土、皂土、硅胶、凝胶明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺制作方法—化学结合法、物理吸附法包埋法催化反应单一或多种单一一系列探究点当堂检测本课必记方式直接使用酶固定化酶固定化细胞缺点①对环境条件非常敏感,易失活②难回收,成本高,影响产品质量不利于催化一系列的酶促反应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、耗能低、污染低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、操作容易探究点当堂检测本课必记关于固定化酶技术与固定化细胞技术的关系,下列选项正确的是(

)A.固定化酶技术是固定化细胞技术的基础B.固定化细胞技术是固定化酶技术的基础C.固定化酶技术与固定化细胞技术是同时发展起来的D.固定化细胞技术先于固定化酶技术答案:A解析:固定化细胞技术是在固定化酶技术的基础上发展起来的。探究点当堂检测本课必记类型二

制备固定化酵母细胞例2为了探究啤酒酵母固定化的最佳条件,科研人员研究了CaCl2溶液浓度对固定化酵母发酵性能的影响,结果如下图。请回答下列问题。探究点当堂检测本课必记(1)与利用游离酵母生产啤酒相比,利用固定化酵母的优点有

。(2)实验结果表明,随CaCl2溶液浓度的增大,凝胶珠机械强度增大,完整率

。

(3)结合发酵性能分析,制备凝胶珠适宜的CaCl2溶液浓度为

。当CaCl2溶液浓度过高时,发酵液中的糖度升高,酒精度下降,发酵受到影响,原因是

。

(4)用海藻酸钠作为载体包埋酵母细胞,溶化海藻酸钠时最好采用

的方法,以防发生焦糊。溶化好的海藻酸钠溶液应

后,再与已活化的酵母细胞充分混合。若海藻酸钠浓度过低,会导致

,大大降低固定效果。

探究点当堂检测本课必记答案:(1)可重复使用、便于产物分离、提高产品质量等(2)增加(3)2.0mol/L凝胶珠机械强度过大,通透性降低,影响糖进入其内部(4)小火或间断加热冷却至室温酵母细胞从颗粒中漏出解析:(2)由题图可知,随着CaCl2溶液浓度的增大,凝胶珠的完整率增加。(3)由题图可知,当CaCl2溶液浓度为

mol/L时,发酵产生的酒精度最高。CaCl2溶液浓度过高会使凝胶珠机械强度过大,影响凝胶珠的通透性,从而影响糖进入其内部。(4)为防止发生焦糊,溶化海藻酸钠时最好采用小火或间断加热的方法。为保护活化的酵母细胞的活性,溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却到室温后再与酵母细胞混合。若海藻酸钠浓度过低,会导致酵母细胞从颗粒中漏出。探究点当堂检测本课必记某实验小组的同学制备固定化酵母细胞的过程如下。①活化酵母细胞:称取定量干酵母与定量蒸馏水混合并搅拌,使酵母细胞活化。②配制CaCl2溶液:将无水CaCl2溶解在定量蒸馏水中,配制成一定浓度的CaCl2溶液。③配制海藻酸钠溶液:将定量的海藻酸钠直接溶解在定量的蒸馏水中,配制成溶液。④海藻酸钠溶液和酵母细胞混合:将活化的酵母细胞迅速加入刚配制成的海藻酸钠溶液中,充分搅拌混合均匀。⑤固定化酵母细胞:用注射器以恒定的速度缓慢将海藻酸钠和酵母细胞混合液滴加到配制好的CaCl2溶液中,观察凝胶珠的形成。探究点当堂检测本课必记(1)请你改正其中两处错误的操作。第一处:

;

第二处:

。

(2)刚形成的凝胶珠要在CaCl2溶液中浸泡30min左右,目的是

。

(3)如果制作的凝胶珠颜色过浅,呈白色,则说明海藻酸钠溶液浓度

(填“过低”或“过高”)。

探究点当堂检测本课必记(4)研究发现,固定化强度高的酵母颗粒发酵效果好,且稳定性高、使用寿命长。某科研机构利用上述装置,将质量分数为2%、2.5%、3%的已配制好的海藻酸钠溶液分别与等量的已活化的酵母细胞混合均匀后,分别用质量分数为2%、3%、4%的X溶液进行凝胶处理,所得到的固定化酵母颗粒的强度及在28℃下发酵48h后的酒精产量如下表所示。探究点当堂检测本课必记由表中数据可以看出,随着X溶液浓度的增加,

逐渐增加;凝胶固定化效果较好的海藻酸钠溶液与X溶液的质量分数分别是

、

。

探究点当堂检测本课必记答案:(1)③海藻酸钠的溶解应用小火或间断加热至完全溶化④海藻酸钠溶液应冷却至室温再加入酵母细胞(2)让凝胶珠形成稳定的结构(3)过低(4)酵母颗粒的固定化强度2%

4%解析:(1)海藻酸钠的溶化应用小火或间断加热至完全溶化,溶化后冷却至室温再加入酵母细胞,否则高温会杀死酵母细胞。(2)刚形成的凝胶珠要在CaCl2溶液中浸泡30

min左右,目的是让凝胶珠形成稳定的结构。(3)凝胶珠颜色过浅,呈白色,说明海藻酸钠溶液浓度过低。(4)从表中可以看出,随X溶液浓度的增加,酵母颗粒的固定化强度增加,且固定化效果较好的海藻酸钠溶液的质量分数是2%,X溶液的质量分数是4%。探究点当堂检测本课必记1.下列关于固定化酶和一般酶制剂在应用效果上的说法,错误的是(

)A.固定化酶生物活性高,可长久使用B.一般酶制剂应用后和产物混在一起,产物纯度不高C.一般酶制剂参加反应后不能重复使用D.固定化酶可以反复利用,降低生产成本答案:A解析:一般酶制剂使用后,混在溶液中的酶不能回收利用,增加了生产成本;同时反应后酶会混在产物中,可能影响产品质量。固定化酶可重复使用,降低了生产成本,但是固定化酶使用多次后,催化效果也会下降,并不能长久使用。探究点当堂检测本课必记2.下面是制备固定化酵母细胞的步骤,正确的是(

)①配制CaC12溶液②配制海藻酸钠溶液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.④⑤②①③

D.④①②③⑤答案:D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

mol/L的CaCl2溶液→配制海藻酸钠溶液→海藻酸钠溶液与酵母细胞混合→固定化酵母细胞。探究点当堂检测本课必记3.在使用包埋法固定细胞时,下列哪一项不是常用的载体?(

)A.明胶

B.琼脂糖C.海藻酸钠

D.纤维素答案:D解析:包埋法固定细胞常用的载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。探究点当堂检测本课必记4.固定化酶通常不采用包埋法,原因是(

)A.包埋法固定化酶操作最复杂B.包埋法对酶的活性影响较大C.酶分子较小,容易从包埋材料中漏出D.包埋法使用的包埋材料少且价格昂贵答案:C解析:固定化酶通常不采用包埋法,原因是酶分子较小,容易从包埋材料中漏出。探究点当堂检测本课必记5.在20世纪50年代,酶已经大规模地应用于各个生产领域,到了70年代又出现了固定化酶与固定化细胞的技术。(1)在实际生产中,固定化酶技术的优点是

。与固定化酶技术相比,固定化细胞固定的是

。

探究点当堂检测本课必记(2)制备固定化酵母细胞,最常用的载体是

,使用了下图中的[

]

(填出标号与名称)。

(3)制作固定化酵母细胞时,配制好的海藻酸钠溶液与活化的酵母细胞混合后,可在物质的量浓度为0.05mol/L的

溶液中形成凝胶珠。

探