生物同步优化指导(人教选修1)课件：专题4-课题3-酵母细胞的固定化-.ppt

1、专题四酶的研究与应用专题四酶的研究与应用课题三酵母细胞的固定化课题三酵母细胞的固定化1说出固定化酶和固定化细胞的作用和原理；说出固定化酶和固定化细胞的作用和原理；2说出利用固定化酵母细胞进行酒精发酵。说出利用固定化酵母细胞进行酒精发酵。一、固定化酶的应用实例一、固定化酶的应用实例生产高果糖浆生产高果糖浆1高果糖浆的生产需要使用高果糖浆的生产需要使用_，它能将葡，它能将葡萄糖转化成果糖。这种酶的萄糖转化成果糖。这种酶的_好，可以持续发挥作好，可以持续发挥作用。但是，酶溶解于葡萄糖溶液后，就无法从糖浆中回收，用。但是，酶溶解于葡萄糖溶液后，就无法从糖浆中回收，造成很大的浪费。造成很大的浪费。葡萄糖

2、异构酶葡萄糖异构酶稳定性稳定性2葡萄糖异构酶固定：将酶固定在一种葡萄糖异构酶固定：将酶固定在一种_上，再将这些酶颗粒装到一个上，再将这些酶颗粒装到一个_内，柱子底端装上分内，柱子底端装上分布着许多小孔的布着许多小孔的_。酶颗粒无法通过上面的小孔，而。酶颗粒无法通过上面的小孔，而反应溶液却可以自由出入。反应溶液却可以自由出入。3高果糖浆的生产操作：生产过程中，将高果糖浆的生产操作：生产过程中，将_从从反应柱的上端注入，使其流过反应柱，与反应柱的上端注入，使其流过反应柱，与_接接触，转化成果糖，从反应柱的下端流出。触，转化成果糖，从反应柱的下端流出。颗粒状的载体颗粒状的载体反应柱反应柱筛板筛板葡萄

3、糖溶液葡萄糖溶液葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶物理物理 酶酶细胞细胞物理吸附物理吸附酶酶多孔性载体多孔性载体 明胶明胶海藻酸钠海藻酸钠产物产物反复利用反复利用成本低成本低葡萄糖异构葡萄糖异构1从操作角度考虑，固定化酶和固定化细胞哪一种方法从操作角度考虑，固定化酶和固定化细胞哪一种方法对酶活性的影响更小？固定化细胞固定的是一种酶还是一系列对酶活性的影响更小？固定化细胞固定的是一种酶还是一系列酶？酶？提示：提示：固定化细胞操作更容易，对酶活性影响更小。固定固定化细胞操作更容易，对酶活性影响更小。固定化细胞可以催化系列反应，故固定的是一系列酶。比如固定化化细胞可以催化系列反应，故固定的是一系列酶。比如固定

4、化酵母细胞将葡萄糖转化形成酒精的过程就是一系列酶催化反应酵母细胞将葡萄糖转化形成酒精的过程就是一系列酶催化反应的结果。的结果。三、实验操作程序三、实验操作程序1酵母细胞的活化：向干酵母中加入酵母细胞的活化：向干酵母中加入_，使其，使其_。2配制配制CaCl2溶液。溶液。3配制海藻酸钠溶液。在加热时要用配制海藻酸钠溶液。在加热时要用_或或_。蒸馏水蒸馏水活化活化小火小火间断加热间断加热4_溶液与溶液与_混合。混合。5固定化酵母细胞。固定化酵母细胞。6用固定化酵母细胞发酵：将凝胶珠加入用于发酵的用固定化酵母细胞发酵：将凝胶珠加入用于发酵的_溶液后，发现有溶液后，发现有_产生，同时有产生，同时有_味

5、散味散发。发。海藻酸钠海藻酸钠酵母细胞酵母细胞葡萄糖葡萄糖气泡气泡酒酒2如何检验凝胶珠的质量是否合格？如何检验凝胶珠的质量是否合格？提示：提示：一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，如果凝胶珠不破裂，没有液体流出，就表明凝胶珠的制作压，如果凝胶珠不破裂，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，也表明制备的凝胶珠是成功的。起，也表明制备的凝胶珠是成功的。一、固定化酶和固定化细胞的应用及特点一、固定化酶和固定化细胞的应用及特点1固定化酶的应用固定

6、化酶的应用(1)酶的应用：酶已经大规模地应用于食品、化工、轻酶的应用：酶已经大规模地应用于食品、化工、轻纺、医药等各领域。纺、医药等各领域。(2)普通酶应用时的缺点普通酶应用时的缺点容易失活，通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂非常容易失活，通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂非常敏感。敏感。很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本。很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本。会影响产物的纯度，降低产品质量。会影响产物的纯度，降低产品质量。2固定化酶和细胞技术固定化酶和细胞技术(1)固定化酶和固定化细胞是利用物理或化学的方法将酶固定化酶和固定化细胞是利用物理或化学的方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术。

7、或细胞固定在一定空间内的技术。(2)方法方法包埋法：将细胞包埋在不溶于水的多孔性载体中。包埋法：将细胞包埋在不溶于水的多孔性载体中。化学结合法：将酶分子或细胞相互结合，或将其结合化学结合法：将酶分子或细胞相互结合，或将其结合到载体上。到载体上。物理吸附法：将酶吸附到载体表面上。物理吸附法：将酶吸附到载体表面上。(3)酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化，因为酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化，因为酶分子体积小，容易从包埋材料中漏出；细胞多采用包埋法酶分子体积小，容易从包埋材料中漏出；细胞多采用包埋法固定化，因为细胞体积大，难以被吸附或结合。固定化，因为细胞体积大，难以被吸附或结合。(

8、4)常用的包埋细胞的多孔载体有明胶、琼脂糖、海藻酸常用的包埋细胞的多孔载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。(5)固定化细胞优点：与固定化酶相比，制备成本降低，固定化细胞优点：与固定化酶相比，制备成本降低，操作简单。操作简单。直接使用酶直接使用酶固定化酶固定化酶固定化细胞固定化细胞酶的酶的种数种数一种或几种一种或几种一种一种一系列酶一系列酶常用常用载体载体无无高岭土、皂土、硅高岭土、皂土、硅胶、凝胶胶、凝胶明胶、琼脂糖、海明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺素、聚丙烯酰胺制作制作方法方法无无化学结合固定化、化学结合固定化

9、、物理吸附固定化物理吸附固定化包埋法固定化包埋法固定化是否需是否需要营养要营养物质物质否否否否是是直接使用酶直接使用酶固定化酶固定化酶固定化细胞固定化细胞催化催化反应反应单一或多种单一或多种单一单一一系列一系列反应反应底物底物各种物质各种物质(大大分子、小分子分子、小分子)各种物质各种物质(大分大分子、小分子子、小分子)小分子物质小分子物质缺点缺点对环境条件非对环境条件非常敏感，易失活常敏感，易失活难回收，成本难回收，成本高，影响产品质高，影响产品质量量不利于催化一不利于催化一系列的酶促反系列的酶促反应应反应物不易与反应物不易与酶接近，尤其酶接近，尤其是大分子物是大分子物质，反应效率质，反应效

10、率下降下降1下列关于固定化酶和同定化细胞的叙述中，正确的是下列关于固定化酶和同定化细胞的叙述中，正确的是()A固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显B固定化酶的应用中，要控制好固定化酶的应用中，要控制好pH、温度和溶解氧、温度和溶解氧C利用固定化酶降解水体中有机磷农药，需提供适宜的利用固定化酶降解水体中有机磷农药，需提供适宜的营养条件营养条件D利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用只是作为利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用只是作为反应底物反应底物解析：解析：固定化酶耐受性比较好，和溶解氧没有关系；利固定化酶耐受性比较好，和溶解氧没有关系；利

11、用固定化酶降解水体中的有机磷农药，需要固定化酶发挥作用固定化酶降解水体中的有机磷农药，需要固定化酶发挥作用，不需要提供营养条件；利用固定化酵母细胞进行发酵，用，不需要提供营养条件；利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类既可以作为反应底物，也可以作为碳源来调节酵母菌的糖类既可以作为反应底物，也可以作为碳源来调节酵母菌的代谢方式。代谢方式。答案：答案：A二、固定化酵母细胞的制备与应用的关键操作二、固定化酵母细胞的制备与应用的关键操作1酵母细胞的活化酵母细胞的活化(1)在缺水状态下，微生物处于休眠状态；活化就是让处在缺水状态下，微生物处于休眠状态；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。于休

12、眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。(2)酵母细胞所需要的活化时间较短，一般需要酵母细胞所需要的活化时间较短，一般需要0.5h1h，需要提前做好准备；活化前应该选择体积足够大的容，需要提前做好准备；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。器，以避免酵母细胞的活化液溢出容器外。2配制物质的量浓度为配制物质的量浓度为0.05 mol/L的的CaCl2溶液溶液溶解物质要彻底，要用蒸馏水溶解，不要用自来水溶溶解物质要彻底，要用蒸馏水溶解，不要用自来水溶解，以防止自来水中各种离子影响实验结果。解，以防止自来水中各种离子影响实验结果。3配制海藻酸钠溶液配制海藻酸钠溶液(1)加热

13、使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环，涉及到加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环，涉及到实验的成败，要用小火，或间断加热，反复几次，直到海藻实验的成败，要用小火，或间断加热，反复几次，直到海藻酸钠溶化为止。酸钠溶化为止。(2)海藻酸钠溶液的浓度涉及固定化细胞的质量，如果海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。凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目就少，影响实验效果。4海藻酸钠溶液与酵母细胞混合海藻酸钠溶液与酵母细胞混合(1)溶化好的海藻酸钠溶液必

14、须冷却至室温，否则会因温溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温，否则会因温度过高而杀死酵母菌。度过高而杀死酵母菌。(2)搅拌要彻底、充分，使两者混合均匀。搅拌要彻底、充分，使两者混合均匀。5固定化酵母细胞固定化酵母细胞(1)用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠作为对照。用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠作为对照。(2)海藻酸钠在海藻酸钠在CaCl2溶液的作用下，发生聚沉，形成凝胶溶液的作用下，发生聚沉，形成凝胶珠，需要稳定珠，需要稳定30 min左右。左右。6用固定化酵母细胞发酵用固定化酵母细胞发酵(1)将固定好的酵母细胞将固定好的酵母细胞(凝胶珠凝胶珠)用蒸馏水冲洗用蒸馏水冲洗23次，洗次，洗去其表面

15、多余的电解质溶液，刚形成的凝胶珠应在去其表面多余的电解质溶液，刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。(2)将将150 mL质量分数为质量分数为10%的葡萄糖溶液转移至的葡萄糖溶液转移至200 mL锥形瓶中，加入固定好的酵母细胞，置于锥形瓶中，加入固定好的酵母细胞，置于25下发酵下发酵24h。2下列有关固定化酵母细胞制备步骤不恰当的是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，以利于酵母菌活化应使干酵母与水混合并搅拌，以利于酵母菌活化B配制海藻酸钠溶液时要用小火间断加热的方法配制海藻酸钠溶液时要用小

16、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活化的酵母细向刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入已活化的酵母细胞，充分搅拌并混合均匀胞，充分搅拌并混合均匀D将与酵母混匀的海藻酸钠液注入将与酵母混匀的海藻酸钠液注入CaCl2溶液中，会观溶液中，会观察到察到CaCl2溶液中有球形或椭球形的凝胶珠形成溶液中有球形或椭球形的凝胶珠形成解析：解析：由于酵母菌是一种真核微生物，温度较高时会被由于酵母菌是一种真核微生物，温度较高时会被烫死，应将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，再加入，所烫死，应将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，再加入，所以以C选项错。选项错。答案：答案：C酶或细胞固定化的方法酶或细胞固定化的方法

17、 试分析下图中，哪一种与用海藻酸钠作载体制备的固定试分析下图中，哪一种与用海藻酸钠作载体制备的固定化酵母细胞相似化酵母细胞相似解析：解析：A、B选项适合于酶的固定化，选项适合于酶的固定化，C选项既可用于酶选项既可用于酶固定，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选选项相似。项相似。答案：答案：D酶和固定化技术的应用酶和固定化技术的应用 关于固定化酶技术说法正确的是关于固定化酶技术说法正确的是A固定化酶技术就是固定反应物，将酶依附着载体

18、围绕固定化酶技术就是固定反应物，将酶依附着载体围绕反应物旋转的技术反应物旋转的技术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固定化酶是将酶固定在一定空间内的技术解析：解析：固定化酶是利用物理或化学方法将酶固定在一定固定化酶是利用物理或化学方法将酶固定在一定空间内的技术，其优点是酶被固定在一定装置内可重复利空间内的技术，其优点是酶被固定在一定装置内可重复利用，不足是无法同时催化一系列酶促反应。用，不足是无法同时催化一系列酶促反应。答案：答案：D固定化酶技术是将这种酶固定在一种颗粒状的载体上，固定化酶技术是将这种酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内，柱子底端装上分布着许再将这些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的小孔，而反应溶液却多小孔的筛板。酶颗粒无法通过筛板的小孔，而反应溶液却可以自由出入。可以自由出入。谢谢观看！谢谢观看！