1、课题课题3 3 酵母细胞的固定化酵母细胞的固定化生物选修生物选修1 1专题专题4 4 酶的研究与应用酶的研究与应用课题目标课题目标 1简述固定化酶的概念简述固定化酶的概念2说出酶固定化的方法说出酶固定化的方法3尝试用包埋法制备固定化酵母细胞尝试用包埋法制备固定化酵母细胞4探讨固定化酶的应用价值探讨固定化酶的应用价值阅读教材阅读教材P49课题背景部分，回答酶存在哪些课题背景部分，回答酶存在哪些缺陷？缺陷？1、酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条、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；件非常敏感，容易失活；2、溶液中的酶很难回收，提高了生产成本；、溶液中的酶很难回收，提高了
2、生产成本；3、反应后会混在产物中，可能影响产品质量。、反应后会混在产物中，可能影响产品质量。课题背景课题背景人们解决这些缺陷的设想和措施是什么？人们解决这些缺陷的设想和措施是什么？固定化酶技术和固定化细胞技术固定化酶技术和固定化细胞技术一、基础知识一、基础知识 （一）固定化酶的应用实例（一）固定化酶的应用实例1.1.利用固定化酶技术生产高果糖浆的实例利用固定化酶技术生产高果糖浆的实例（1）高果糖浆的生产需要酶）高果糖浆的生产需要酶葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶（2）葡萄糖异构酶的优点）葡萄糖异构酶的优点稳定性好、可以持续发挥作用稳定性好、可以持续发挥作用（3）在生产中直接使用酶有什么缺点？）在生产中
3、直接使用酶有什么缺点？酶溶解于葡萄糖溶液后，无法回收，造成浪费酶溶解于葡萄糖溶液后，无法回收，造成浪费2.2.固定化酶的反应柱示意图固定化酶的反应柱示意图3.3.固定化酶在生产实践中的优点：固定化酶在生产实践中的优点：酶既能与反应物接触，又容易与产物分酶既能与反应物接触，又容易与产物分离，提高产品质量；同时固定在载体上离，提高产品质量；同时固定在载体上的酶还可以反复利用，节约成本。的酶还可以反复利用，节约成本。（1 1）概念）概念：固定化酶和固定化细胞是利用：固定化酶和固定化细胞是利用物理或物理或化学化学方法将酶或细胞固定在方法将酶或细胞固定在一定空间一定空间内的技术。内的技术。（二）固定化细
4、胞技术（二）固定化细胞技术（2 2）常用方法）常用方法：包括：包括包埋法包埋法、化学结合法化学结合法和和物理物理吸附法吸附法。酶适合采用酶适合采用化学结合法化学结合法和和物理吸附法物理吸附法固定化，固定化，而细胞多采用而细胞多采用包埋法包埋法固定化。这是因为固定化。这是因为细胞个大，细胞个大，而酶分子很小；个大的细胞难以被吸附或结合，而酶分子很小；个大的细胞难以被吸附或结合，而个小的酶容易从包埋材料中漏出而个小的酶容易从包埋材料中漏出。（3 3）酶的几种固定方式）酶的几种固定方式将酶包埋在细微网格里将酶包埋在细微网格里将酶相互连接起来将酶相互连接起来将酶吸附在载体表面上将酶吸附在载体表面上包埋
5、法包埋法化学结合法化学结合法物理吸附法物理吸附法方法方法原理原理适用对象适用对象包埋法包埋法是将聚合物的单体与酶溶液混是将聚合物的单体与酶溶液混合，再借助于聚合助进剂合，再借助于聚合助进剂(包括包括交联剂交联剂)的作用进行聚合，酶被的作用进行聚合，酶被包埋在聚合物中以达到固定化包埋在聚合物中以达到固定化酶或细胞酶或细胞化学化学结合法结合法酶蛋白的侧链基团和载体表面酶蛋白的侧链基团和载体表面上的功能基团之间形成共价键上的功能基团之间形成共价键而固定的方法而固定的方法酶酶物理物理吸附法吸附法通过氢键、疏水作用和通过氢键、疏水作用和电子电子亲和力等物理作用，将酶固定亲和力等物理作用，将酶固定于水不溶
6、载体上从而制成固于水不溶载体上从而制成固定化酶定化酶酶酶P50课堂讨论课堂讨论 1 1从操作角度来考虑，你认为固定化酶技术与固定化从操作角度来考虑，你认为固定化酶技术与固定化细胞技术哪一种方法更容易？哪一种方法对酶活性的细胞技术哪一种方法更容易？哪一种方法对酶活性的影响更小？影响更小？2 2固定化细胞固定的是一种酶还是一系列酶？固定化细胞固定的是一种酶还是一系列酶？3 3如果想将微生物的发酵过程变成连续的酶反应，应如果想将微生物的发酵过程变成连续的酶反应，应该选择哪种方法？该选择哪种方法？4 4如果反应物是大分子物质，又应该选择哪种方法？如果反应物是大分子物质，又应该选择哪种方法？固定化细胞技
7、术固定化细胞技术固定化细胞固定的是一系列酶固定化细胞固定的是一系列酶固定化细胞技术固定化细胞技术固定化酶技术固定化酶技术固定化细胞技术固定化细胞技术1 1、酵母细胞的活化：、酵母细胞的活化：1g干酵母干酵母10mL蒸馏水蒸馏水50mL烧杯烧杯搅拌均匀搅拌均匀放置放置1h，使之活化。，使之活化。活化是指让处于休眠状态的微生物重新恢复正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。常生活状态的过程。二、实验设计二、实验设计（一）制备固定化酵母细胞（一）制备固定化酵母细胞2 2、配制、配制CaClCaCl2 2溶液：溶液：0.83gCaCl2150mL蒸馏水蒸馏水200mL烧杯烧杯溶溶解
8、备用。解备用。3 3、配制海藻酸钠溶液、配制海藻酸钠溶液：0.7g海藻酸海藻酸10mL水水50mL烧杯烧杯酒精灯微酒精灯微火（或间断）加热，并不断搅拌，使之溶化火（或间断）加热，并不断搅拌，使之溶化蒸馏水定容到蒸馏水定容到10mL。防止海藻酸钠焦糊。防止海藻酸钠焦糊。4 4、海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合：、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化酵母细胞液，搅拌后吸入到注射器中。思考：微火加热并不断搅拌的目的是什么？思考：微火加热并不断搅拌的目的是什么？思考：为什么要海藻酸钠溶液冷却后才能加入
9、思考：为什么要海藻酸钠溶液冷却后才能加入酵母细胞？酵母细胞？防止高温杀死酵母细胞。防止高温杀死酵母细胞。5 5、固定化酵母细胞：、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。溶液中，形成凝胶珠状颗粒。（二）固定化酵母细胞的发酵（二）固定化酵母细胞的发酵1 1、冲洗：、冲洗：将固定的酵母细胞凝胶珠用蒸馏水将固定的酵母细胞凝胶珠用蒸馏水冲洗冲洗23次。次。2 2、发酵：、发酵：150mL10葡萄糖固定化酵母细葡萄糖固定化酵母细胞胞200mL锤形瓶锤形瓶密封密封25发酵发酵24h。思考：发酵过程中锥形瓶为什么要密封？
10、思考：发酵过程中锥形瓶为什么要密封？思考：锥形瓶中的气泡和酒精是怎样形成的？思考：锥形瓶中的气泡和酒精是怎样形成的？思考：在利用固定化酶或固定化细胞进行生产思考：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？的过程中，需要无菌操作吗？酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。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。酵母菌进行无氧呼吸产生的。需要。需要。海藻酸钠在水中溶解的速度较慢，需要通海藻酸钠在水中溶解的速度较慢，需要通过加热促进其溶解。溶解海藻酸钠，最好采用过加热促进其溶解。溶解海藻酸钠，最好采用小火间断加热的方法。例如，加热几分钟后，小火间断加热的方法。例如，加热几分钟
11、后，从石棉网上取下烧杯冷却片刻，并不断搅拌，从石棉网上取下烧杯冷却片刻，并不断搅拌，再将烧杯放回石棉网继续加热，如此重复数次，再将烧杯放回石棉网继续加热，如此重复数次，直至海藻酸钠完全溶化。如果加热太快，海藻直至海藻酸钠完全溶化。如果加热太快，海藻酸钠会发生焦糊。酸钠会发生焦糊。三、操作提示三、操作提示（一）观察凝胶珠的颜色和形状（一）观察凝胶珠的颜色和形状 如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明海藻酸钠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凝胶珠不
12、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。高，制作失败，需要再作尝试。（二）观察发酵的葡萄糖溶液（二）观察发酵的葡萄糖溶液 利用固定的酵母细胞发酵产生酒精，可以看到产生了利用固定的酵母细胞发酵产生酒精，可以看到产生了很多气泡，同时会闻到酒味。很多气泡，同时会闻到酒味。1 1观察并描述形成的凝胶珠的颜色和形状。观察并描述形成的凝胶珠的颜色和形状。2 2观察利用固定化酵母细胞发酵的葡萄糖溶液，看看观察利用固定化酵母细胞发酵的葡萄糖溶液，看看是否有气泡产生，闻闻是否有酒味。是否有气泡产生，闻闻是否有酒味。四、结果分析与评价四、结果分析与评价1 1、下列有关固定化技术的叙述，正
13、确的是、下列有关固定化技术的叙述，正确的是（）A A固定化酶只是在细胞内才能发挥作用固定化酶只是在细胞内才能发挥作用B B固定化酶能提高酶的利用率固定化酶能提高酶的利用率C C酶的固定是酶分离纯化的常用方法酶的固定是酶分离纯化的常用方法D D固定化酶的固定化方式就是吸附在固体固定化酶的固定化方式就是吸附在固体表面上。表面上。B2 2、关于固定化细胞的叙述，正确的是（、关于固定化细胞的叙述，正确的是（）A A催化效率高，低耗能、低污染催化效率高，低耗能、低污染B B对环境的条件非常敏感，容易失活对环境的条件非常敏感，容易失活C C既能与反应物充分接触，又能与产物分离既能与反应物充分接触，又能与产
14、物分离D D成本低、操作简单，但反应效果可能很低成本低、操作简单，但反应效果可能很低C课堂练习课堂练习3 3、关于酵母菌的叙述，正确的是（、关于酵母菌的叙述，正确的是（)A A酵母菌在营养物质充足时、环境适宜时，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依靠有性生殖进行繁殖B B酵母菌的代谢类型时异养厌氧型酵母菌的代谢类型时异养厌氧型C C酵母菌的生物膜系统包括细胞膜、核膜、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各种的细胞器膜等膜D D用酵母菌酿酒时，应先密封后通气用酵母菌酿酒时，应先密封后通气C课堂练习课堂练习4 4、某一实验小组的同学，欲通过制备固定化酵、某一
15、实验小组的同学，欲通过制备固定化酵母细胞进行葡萄糖溶液发酵实验，实验材料及母细胞进行葡萄糖溶液发酵实验，实验材料及用具齐全。用具齐全。(1)(1)酵母细胞的固定采用的方法是酵母细胞的固定采用的方法是_。(2)(2)请完善该实验小组的同学在制备固定化酵母请完善该实验小组的同学在制备固定化酵母细胞过程的步骤：细胞过程的步骤：配制氯化钙溶液时应用蒸馏水。配制氯化钙溶液时应用蒸馏水。海藻酸钠溶液应用海藻酸钠溶液应用_加热。加热。海藻酸钠溶液必须海藻酸钠溶液必须_才才能加入酵母细胞。能加入酵母细胞。注射器中的海藻酸钠和酵母细胞的混合物应注射器中的海藻酸钠和酵母细胞的混合物应滴入滴入_ _ 中形成中形成_
16、。包埋法包埋法小火或间断小火或间断冷却至室温冷却至室温氯化钙溶液氯化钙溶液凝胶珠凝胶珠(3)(3)该实验小组用如图所示的装置来进行葡萄糖该实验小组用如图所示的装置来进行葡萄糖发酵。发酵。为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复运用，实验过程中，一定要在反复运用，实验过程中，一定要在_条条件下进行。件下进行。加入反应液后的操作是关闭加入反应液后的操作是关闭_。装置的长导管起到什么作用？装置的长导管起到什么作用？_。实验过程中，可能会出现的现象：_ 无菌无菌活塞活塞1 1和活塞和活塞2 2释放释放CO2 CO2，减小反应柱内压力并可，减小反应柱内压力并可防止其他微生物污染防止其他微生物污染有气泡产生、有酒味散发有气泡产生、有酒味散发直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的优缺点直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的优缺点P52P52
