1、 1概念概念 利用利用 方法将酶或细胞固定在一定方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术。空间内的技术。2方法方法 (1)：多适于：多适于 的固定化；的固定化；物理或化学物理或化学包埋法包埋法细胞细胞物理吸附法物理吸附法酶酶 3载体载体 包埋法固定化细胞常用的是不溶于水的多孔性包埋法固定化细胞常用的是不溶于水的多孔性载体材料，如明胶、琼脂糖、载体材料，如明胶、琼脂糖、醋酸纤维、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。素和聚丙烯酰胺等。4优点优点 (1)固定化酶既能与反应物接触，又能与产物分离，固定化酶既能与反应物接触，又能与产物分离，可以可以 。(2)固定化细胞技术制备的固定化细胞技术制备的 低，操作容易。低，
2、操作容易。5实例实例 用固定化用固定化 酶生产高果糖浆。酶生产高果糖浆。海藻酸钠海藻酸钠反复利用反复利用成本成本葡萄糖异构葡萄糖异构 1酶能加快化学反应速率，但溶液中的酶难以回酶能加快化学反应速率，但溶液中的酶难以回收，不能利用。要想既降低生产成本，又不影响产品收，不能利用。要想既降低生产成本，又不影响产品质量，该如何解决这一问题？质量，该如何解决这一问题？提示：将酶固定于不溶于水的载体上，使酶既能提示：将酶固定于不溶于水的载体上，使酶既能与反应物接触，又能与反应物分离，还可重复利用。与反应物接触，又能与反应物分离，还可重复利用。2一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践一种酶只能催化一种化学
3、反应，而在生产实践中很多产物的形成都是通过一系列酶促反应才获得的。中很多产物的形成都是通过一系列酶促反应才获得的。如何解决这一问题？如何解决这一问题？提示：将合成酶的细胞直接固定。提示：将合成酶的细胞直接固定。3固定化酶和固定化细胞一般采用什固定化酶和固定化细胞一般采用什么方法？为什么？么方法？为什么？提示：固定化酶常用化学结合法或物理提示：固定化酶常用化学结合法或物理吸附法。因酶分子小，易从包埋材料中漏出，吸附法。因酶分子小，易从包埋材料中漏出，故一般不用包埋法进行固定。固定化细胞常故一般不用包埋法进行固定。固定化细胞常用包埋法，因个大的细胞难以被吸附或结合。用包埋法，因个大的细胞难以被吸附
4、或结合。直接使用酶、固定化酶和固定化细胞的比较直接使用酶、固定化酶和固定化细胞的比较直接直接使用酶使用酶固定化酶固定化酶固定化细胞固定化细胞酶的种类酶的种类一种或一种或几种几种一种一种一系列酶一系列酶常用载体常用载体无无高岭土、皂土、高岭土、皂土、硅胶、凝胶硅胶、凝胶明胶、琼脂糖、海藻酸明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺烯酰胺制作方法制作方法无无化学结合固定化、化学结合固定化、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要是否需要营养物质营养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反应催化反应单一或多种单一或多种
5、单一单一一系列一系列反应底物反应底物各种物质各种物质(大分子、大分子、小分子小分子)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优点优点催化效率高，低耗催化效率高，低耗能、低污染等能、低污染等被固定的酶可重被固定的酶可重复使用复使用成本低，操作成本低，操作更容易更容易缺点缺点对环境条件非常对环境条件非常敏感，易失活；敏感，易失活；难回收，成本高，难回收，成本高，影响产品质量影响产品质量不利于催化一系不利于催化一系列的酶促反应列的酶促反应反应物不易与反应物不易与酶接近，尤其酶接近，尤其是大分子物质，是大分子物质，反应效率下降反应效率下降【巩固【巩固1】固固定化酶和固定化细
6、胞的主要区别是定化酶和固定化细胞的主要区别是()。A前者只能固定胞外酶，后者只能固定胞内酶前者只能固定胞外酶，后者只能固定胞内酶B前者只能固定胞内酶，后者只能固定胞外酶前者只能固定胞内酶，后者只能固定胞外酶C前者可以固定胞内酶和胞外酶，后者只可以固定前者可以固定胞内酶和胞外酶，后者只可以固定胞内酶胞内酶D前者只可以固定胞外酶，后者可以固定胞外酶和前者只可以固定胞外酶，后者可以固定胞外酶和胞内酶胞内酶答案答案C解析微生物产生的酶的种类很多，有的存在于细解析微生物产生的酶的种类很多，有的存在于细胞内，有的分泌到细胞外。因此，固定化酶可以固胞内，有的分泌到细胞外。因此，固定化酶可以固定胞内酶和胞外酶
7、，固定化细胞只能固定胞内酶。定胞内酶和胞外酶，固定化细胞只能固定胞内酶。特别提醒特别提醒固定化细胞使用的都是活细胞，在反应时固定化细胞使用的都是活细胞，在反应时需要适宜的生存条件。需要适宜的生存条件。由于被固定的细胞保证了完整性，酶的环由于被固定的细胞保证了完整性，酶的环境改变较小，所以对酶活性影响不大。境改变较小，所以对酶活性影响不大。1制备固定化酵母细胞制备固定化酵母细胞蒸馏水蒸馏水正常生活正常生活小火小火间断加热间断加热已活化已活化CaCl2溶液溶液 2用固定化酵母细胞发酵用固定化酵母细胞发酵 (1)操作步骤：将用蒸馏水冲洗过的固定好的酵操作步骤：将用蒸馏水冲洗过的固定好的酵母细胞母细胞
8、()用于发酵的用于发酵的 溶液中。溶液中。葡萄糖葡萄糖凝胶珠凝胶珠气泡气泡酒精味酒精味1固定化酵母细胞的制备固定化酵母细胞的制备酵酵母细胞的活化：母细胞的活化：1 g干酵母干酵母10 mL蒸馏水蒸馏水50 mL烧杯中，搅拌均匀，放置烧杯中，搅拌均匀，放置1 h配制配制0.05 mol/L的的CaCl2溶液：无水溶液：无水CaCl20.83 g150 mL蒸馏水蒸馏水200 mL烧杯烧杯配制海藻酸钠溶液：配制海藻酸钠溶液：0.7 g海藻酸钠海藻酸钠10 mL水水放入放入50 mL小烧杯小烧杯小火加热，完全溶化加蒸小火加热，完全溶化加蒸馏水定容至馏水定容至10 mL海藻酸钠溶液与酵母细胞混合：将海
9、藻酸钠溶液冷却海藻酸钠溶液与酵母细胞混合：将海藻酸钠溶液冷却至室温后加入活化的酵母细胞，充分搅拌使其混合均至室温后加入活化的酵母细胞，充分搅拌使其混合均匀，转移至注射器中匀，转移至注射器中固定化酵母细胞：以恒定的速度缓慢地将注射器中的固定化酵母细胞：以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加至配制好的溶液滴加至配制好的CaCl2溶液中，形成凝胶珠，使其溶液中，形成凝胶珠，使其在溶液中浸泡在溶液中浸泡30 min冲洗：将固定好的酵母细胞冲洗：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次次发酵：将发酵：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20
10、0 mL的锥形瓶中，加入固定好的酵母细胞，的锥形瓶中，加入固定好的酵母细胞，25 下下发酵发酵24 h实验结果分析与评价实验结果分析与评价 (1)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；如果形成的凝胶珠的浓度偏低，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高，制作失败，不是圆形或椭圆形，则说明海藻酸钠的浓度偏高，制作失败，需要再做尝试。需要再做尝试。(2)利用固定的酵母细胞发酵产生酒精利用固定的酵母细胞发酵产生酒精C6H12O6 2C2H5OH(酒精酒精)2CO2能量能
11、量，可以看到产生了很多气泡，可以看到产生了很多气泡，同时会闻到酒味，而不含酵母菌的凝胶珠所做的对照实验则同时会闻到酒味，而不含酵母菌的凝胶珠所做的对照实验则无此现象。无此现象。2固定化实验中的有关问题固定化实验中的有关问题【巩固巩固2】酵酵母细胞固定化的实验中，下列实验母细胞固定化的实验中，下列实验操作与目的不相符的是操作与目的不相符的是A干酵母加入蒸馏水搅拌均匀后，放置一段干酵母加入蒸馏水搅拌均匀后，放置一段时间，使酵母细胞活化时间，使酵母细胞活化B采用小火间断加热的方法，防止海藻酸钠采用小火间断加热的方法，防止海藻酸钠发生焦糊发生焦糊C将活化的酵母细胞加入海藻酸钠溶液，轻将活化的酵母细胞加
12、入海藻酸钠溶液，轻轻搅拌，以免产生气泡轻搅拌，以免产生气泡D用注射器滴加溶液时要接近用注射器滴加溶液时要接近CaCl2溶液的溶液的液面，防止凝胶珠出现液面，防止凝胶珠出现“尾巴尾巴”D 例例1(2009江苏高考江苏高考)下列关于固定化酶和固定化细胞的下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是叙述，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在固定化酶的应用中，要控制好在固定化酶的应用中，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
13、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(2)影响实验成败的关键步骤是影响实验成败的关键步骤是_(3)如果海藻酸钠浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵如果海藻酸钠浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目母细胞数目_。(4)观察形成的凝胶珠的颜色和形状：如果颜色过浅，观察形成的凝胶珠的颜色和形状：如果颜色过浅，说明说明_；如果形成的凝胶；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明珠不是圆形或椭圆形，说明_。(5)制备固定化酶不宜用包埋法，为什么？制备固定化酶不宜用包埋法，为什么？配制海藻酸钠溶液配制海藻酸钠溶液减少减少固定
14、的酵母细胞数目较少固定的酵母细胞数目较少海藻酸钠浓度偏高，制作失败海藻酸钠浓度偏高，制作失败因为酶分子很小，容易从包埋材料中漏出。因为酶分子很小，容易从包埋材料中漏出。例例2 根据下面制备固定化酵母细胞实验的流程回答问题：根据下面制备固定化酵母细胞实验的流程回答问题：酵母细胞活化酵母细胞活化配制配制CaCl2溶液溶液配制海藻酸钠溶液配制海藻酸钠溶液海藻海藻酸钠溶液与酵母细胞混合酸钠溶液与酵母细胞混合固定化酵母细胞固定化酵母细胞 (1)在在_状态下，微生物处于休眠状态。活化就是让状态下，微生物处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物恢复处于休眠状态的微生物恢复_ 状态。活化前应选择足状态。活化前应选择足够大的容器，因为酵母细胞活化时够大的容器，因为酵母细胞活化时_。缺水缺水正常的生活正常的生活体积增大体积增大
