1、生物生物43酵母细胞的固定化新人教版选修酵母细胞的固定化新人教版选修第1页/共19页思考：通过课题背景分析，你有何体会？思考：通过课题背景分析，你有何体会？酶：酶：优点：摧化效率高，低耗能，低污染优点：摧化效率高，低耗能，低污染 实际问题：对环境条件敏感，易失活；溶液中的酶实际问题：对环境条件敏感，易失活；溶液中的酶 很难收回，不能被再次利用，提高了生产成本；很难收回，不能被再次利用，提高了生产成本；反应后酶混在产物中，如不去除，会影响产品的品质反应后酶混在产物中，如不去除，会影响产品的品质 设想：将酶固定在不容于水的载体上设想：将酶固定在不容于水的载体上固定化酶：固定化酶：优点：酶即能与反应
2、物接触，又容易与反优点：酶即能与反应物接触，又容易与反应物分离，同时，还可以反复利用应物分离，同时，还可以反复利用 实际问题：一种酶只能催化一种化学反应，实际问题：一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物的形成都是通过一系列的酶促反而在生产实践中，很多产物的形成都是通过一系列的酶促反应才能完成的应才能完成的 设想：酶是细胞合成的，能否将合成酶的设想：酶是细胞合成的，能否将合成酶的细胞直接固定？细胞直接固定？固定化固定化细胞：细胞：成成本低，操作本低，操作更容易更容易第2页/共19页一、课题目标一、课题目标 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
3、。2尝试制备固定化酵母细胞，并利用固定化酵母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。细胞进行酒精发酵。思考：思考：1、如何利用固定、如何利用固定化酶生产高果糖浆的？化酶生产高果糖浆的？2、有哪些优点？、有哪些优点？第3页/共19页3、固定化酶的、固定化酶的方式有哪些？方式有哪些？第4页/共19页阅读教材阅读教材P50，解决以下问题：，解决以下问题：（1）参照固定化酶，给细胞固定化下个定义）参照固定化酶，给细胞固定化下个定义（2）细胞固定化的常用方法）细胞固定化的常用方法（3）固定化细胞技术有哪些优势？）固定化细胞技术有哪些优势？（4）如果想把微生物的发酵过程变成连续的酶反应，
4、应）如果想把微生物的发酵过程变成连续的酶反应，应该选择哪种技术？如果反应物是大分子物质，又应该采用该选择哪种技术？如果反应物是大分子物质，又应该采用哪种方法？哪种方法？（5）一般来说，酶更适合用吸附法和交联法固定，而细）一般来说，酶更适合用吸附法和交联法固定，而细胞多采用包埋法固定，想想看为什么？胞多采用包埋法固定，想想看为什么？第5页/共19页思考：直接使用酶、固定化酶与固定化细胞各有什么优缺点？思考：直接使用酶、固定化酶与固定化细胞各有什么优缺点？类型类型优点优点不足不足直接使用酶直接使用酶催化效率高，低耗能、催化效率高，低耗能、低污染等。低污染等。对环境条件非常敏感，对环境条件非常敏感，
5、容易失活；溶液中的容易失活；溶液中的酶很难回收，不能被酶很难回收，不能被再次利用，提高了生再次利用，提高了生产成本；反应后酶会产成本；反应后酶会混在产物中，可能影混在产物中，可能影响产品质量。响产品质量。固定化酶固定化酶酶既能与反应物接触，酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同又能与产物分离，同时，固定在载体上的时，固定在载体上的酶还可以被反复利用。酶还可以被反复利用。一种酶只能催化一种一种酶只能催化一种化学反应，而在生产化学反应，而在生产实践中，很多产物的实践中，很多产物的形成都通过一系列的形成都通过一系列的酶促反应才能得到的。酶促反应才能得到的。固定化细胞固定化细胞成本低，操作更容易。成本
6、低，操作更容易。固定后的酶或细胞与固定后的酶或细胞与反应物不容易接近，反应物不容易接近，可能导致反应效果下可能导致反应效果下降等。降等。第6页/共19页课堂讨论课堂讨论：1从操作角度来考虑，你认为固定化酶技术与固定化细从操作角度来考虑，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影响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？更小？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如果想将微生物的发酵过程变成连续的酶反应，应该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？选择哪种方法？4如果反应物是大分子物质，又
7、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第7页/共19页在缺水的状态下，微生物会处于休眠状态。活化就是让处于在缺水的状态下，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。酵母细胞所需休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。酵母细胞所需要的活化时间较短，一般需要要的活化时间较短，一般需要1 h，教师需要提前做好准备。，教师需要提前做好准备。此外，酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应该选择体此外，酵母细胞活化时体积
8、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。积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出容器外。三实验操作三实验操作（一）制备固定化酵母细胞（一）制备固定化酵母细胞1酵母细胞的活化思考：思考：1、什么叫酵母细胞的活化？、什么叫酵母细胞的活化？2配制物质的量浓度为的CaCl2溶液思考：思考：2、配制物质的量浓度为的、配制物质的量浓度为的CaCl2溶液有什么作溶液有什么作用？用？第8页/共19页3配制海藻酸钠溶液配制海藻酸钠溶液思考：配制的海藻酸钠溶液具体作用是什么？思考：配制的海藻酸钠溶液具体作用是什么？在加热的过程中，为什么要用小火，或者间断加热？在加热的过程中
9、，为什么要用小火，或者间断加热？包埋酶或细胞包埋酶或细胞防止焦糊防止焦糊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5固定化酵母细胞固定化酵母细胞思考：为什么刚形成的凝胶珠要在思考：为什么刚形成的凝胶珠要在CaCl2溶液中溶液中浸泡浸泡30min左右？左右？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？形成稳定的凝胶珠形成稳定的凝胶珠第9页/共19页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。A 让酵母细胞恢复运动状态固定化酶：优点：酶即能与反应物接触，又容易与反应物分离，同时，还可以反复利用固定化酶分子小更适合采用化学结合法和物理
10、吸附法，用包埋法却容易从包埋材料中漏出。四实验操作结果分析与评价D 成本更低、操作更难、能连续性生产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。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；A 让酵母细胞恢复运动状态D 让处于休眠状态的酵母细胞重新恢复正常的生活状态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。D 成本更低、操作更难、能连续性生产固定化酶分子小更适合采用化学结合法和物理吸附法，用包埋法却容易从包埋材料中漏出。阅读教材P50，解决以
11、下问题：检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列方法。B 细胞固定化技术是酶固定化技术的基础说明：刚形成的凝胶珠应在说明：刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，以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，如果凝胶珠的制作成功。二是在实验桌上用力摔打凝胶珠，如
12、果凝胶珠很容易弹起，也能表明制备的凝胶珠是成功的。很容易弹起，也能表明制备的凝胶珠是成功的。（二）用固定化酵母细胞发酵问题思考：发酵时为什么要将温度控制在25？四实验操作结果分析与评价四实验操作结果分析与评价1观察凝胶珠的颜色和形状观察凝胶珠的颜色和形状问题思考：如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，问题思考：如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，则说明什么？则说明什么？如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明什么？如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明什么？第10页/共19页如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明海藻酸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
13、；如果形钠的浓度偏低，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，则说明海藻酸钠的成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明海藻酸钠的浓度偏高，制作失败，需要再作尝试。浓度偏高，制作失败，需要再作尝试。2观察发酵的葡萄糖溶液观察发酵的葡萄糖溶液问题思考：当观察到哪些现象时，可说明实验获得问题思考：当观察到哪些现象时，可说明实验获得成功？为什么？成功？为什么？利用固定的酵母细胞发酵产生酒精，可以看到产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。生了很多气泡，同时会闻到酒味。第11页/共19页3、固定化酶和固定化细胞技术有哪些？各有什么、固定化酶和固定化细胞技术有
14、哪些？各有什么优缺点？固定化细胞常用的载体有哪些？优缺点？固定化细胞常用的载体有哪些？有包埋法、化学结合法和物理吸附法。有包埋法、化学结合法和物理吸附法。固定化酶分子小更适合采用化学结合法和物理吸附固定化酶分子小更适合采用化学结合法和物理吸附法，用包埋法却容易从包埋材料中漏出。固定化细法，用包埋法却容易从包埋材料中漏出。固定化细胞因细胞大不易被吸附或结合适宜采用包埋法。胞因细胞大不易被吸附或结合适宜采用包埋法。常用载体：明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素常用载体：明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。和聚丙烯酰胺等。第12页/共19页4、固定化酶和固定化细胞的原理是什么？、固定化酶
15、和固定化细胞的原理是什么？就是将酶固定在不溶于水的载体上，或就是将酶固定在不溶于水的载体上，或者将微生物细胞均匀地包埋于不溶于水者将微生物细胞均匀地包埋于不溶于水的多孔性载体上，使酶既能与反应物接的多孔性载体上，使酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时，固定在载触，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的技术。体上的酶还可以被反复利用的技术。第13页/共19页巩固练习巩固练习1、酶固定化技术与细胞固定化技术的关系是、酶固定化技术与细胞固定化技术的关系是A 酶固定化技术是细胞固定化技术的基础酶固定化技术是细胞固定化技术的基础B 细胞固定化技术是酶固定化技术的基础细胞固定化技术是
16、酶固定化技术的基础C 酶固定化技术与细胞固定化技术是同时发展酶固定化技术与细胞固定化技术是同时发展起来的起来的D 固定化细胞技术先于酶固定化技术固定化细胞技术先于酶固定化技术第14页/共19页C 活化法 D 微囊化法检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列方法。反应后酶会混在产物中，可能影响产品质量。3、固定化酶的方式有哪些？C 活化法 D 微囊化法在加热的过程中，为什么要用小火，或者间断加热？3、固定化酶的方式有哪些？思考：为什么刚形成的凝胶珠要在CaCl2溶液中浸泡30min左右？B 细胞固定化技术是酶固定化技术的基础2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。2、固定化酶技
17、术常采用、固定化酶技术常采用A 包埋法包埋法 B 化学结合和物理吸附法化学结合和物理吸附法C 活化法活化法 D 微囊化法微囊化法3、海藻酸钠在水中溶解的速度较慢，需要、海藻酸钠在水中溶解的速度较慢，需要经过加热促进其溶解，采用的最好加热方经过加热促进其溶解，采用的最好加热方法是法是A 快速加热快速加热 B 持续高温加热持续高温加热C 小火间断加热小火间断加热 D 灼烧加热灼烧加热第15页/共19页4、酵母菌的活化是指、酵母菌的活化是指A 让酵母细胞恢复运动状态让酵母细胞恢复运动状态B 让酵母细胞在缺水状态下更容易休眠让酵母细胞在缺水状态下更容易休眠C 让酵母细胞内酶活性加倍让酵母细胞内酶活性加
18、倍D 让处于休眠状态的酵母细胞重新恢复正让处于休眠状态的酵母细胞重新恢复正常的生活状态常的生活状态第16页/共19页5、细胞固定化技术与酶固定化技术相比，所、细胞固定化技术与酶固定化技术相比，所具备的特点是具备的特点是A 成本更低、操作更容易、不能连续性生产成本更低、操作更容易、不能连续性生产B 成本更高、操作更难、不能连续性生产成本更高、操作更难、不能连续性生产C 成本更低、操作更容易、能连续性生产成本更低、操作更容易、能连续性生产D 成本更低、操作更难、能连续性生产成本更低、操作更难、能连续性生产第17页/共19页3、固定化酶的、固定化酶的方式有哪些？方式有哪些？第18页/共19页说明：刚
19、形成的凝胶珠应在说明：刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，以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。很容易弹起，也能表明制备的凝胶珠是成功的。（二）用固定化酵母细胞发酵问题思考：发酵时为什么要将温度控制在25？四实验操作结果分析与评价四实验操作结果分析与评价1观察凝胶珠的颜色和形状观察凝胶珠的颜色和形状问题思考：如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，问题思考：如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，则说明什么？则说明什么？如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明什么？如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明什么？第19页/共19页
