1、专题四专题四 酶的研究与应用酶的研究与应用课题课题3 3 酵母细胞的固定化酵母细胞的固定化酶的优点：催化效率高、低耗能、低污染果汁的制作直接使用酶的实际问题：直接使用酶的实际问题：1 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 2、溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提、溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提 高了生产成本；高了生产成本；3 3、反应后的酶会混合在产物中，可能影响产品、反应后的酶会混合在产物中，可能影响产品 质量。质量。设想设想 能否将酶固定在不溶于水的载体上，使能否将酶固定在不溶于水的载体
2、上，使酶即能与反应物接触，又能与产物分离，同酶即能与反应物接触，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？时，固定在载体上的酶还可以被反复利用？固定化酶技术固定化酶技术一、固定化酶1 1、概念、概念2 2、固定方法、固定方法酶的固定方法大致可以分为三类：酶的固定方法大致可以分为三类：将酶分子结合在特定支持物上且不影响酶的功能。将酶分子结合在特定支持物上且不影响酶的功能。包埋法化学结合法物理吸附法3 3、固定化酶的应用实例、固定化酶的应用实例-高果糖浆的生产高果糖浆的生产（1 1）反应原理）反应原理葡萄糖果糖葡萄糖异化酶（2 2）反应柱示意图）反应柱示意图（3 3）生产过程）生产过
3、程将葡萄糖异构酶固定在一种颗粒状的载体上放入底部有许多小孔的反应柱内（酶颗粒不能通过，反应溶液能通过）将葡萄糖溶液从反应柱上端注入流经反应柱，与固定化葡萄糖异构酶接触进行反应果糖溶液从反应柱下端流出【例一例一 】研究认为，用固定化酶技术处理污染物很有前途。研究认为，用固定化酶技术处理污染物很有前途。如将从大肠杆菌中得到的磷酸二酯酶固定到尼龙布上制成制如将从大肠杆菌中得到的磷酸二酯酶固定到尼龙布上制成制剂，可用于降解残留在土壤中的有机磷农药。与微生物降解剂，可用于降解残留在土壤中的有机磷农药。与微生物降解相比，其作用不需要适宜的（相比，其作用不需要适宜的（）A.A.温度温度 B.pH C.B.p
4、H C.水分水分 D.D.营养物质营养物质D练习使用固定化酶存在的实际问题：使用固定化酶存在的实际问题：固定化酶一般只能固定一种酶，催化一种化学固定化酶一般只能固定一种酶，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应才能得到。一系列的酶促反应才能得到。设想：设想：酶是由细胞合成的，能否将合成酶的细胞直接固定？固定化细胞技术固定化细胞技术1 1、概念、概念二、固定化细胞技术 是利用物理或化学方法将细胞固定在一定空间内的技术。是利用物理或化学方法将细胞固定在一定空间内的技术。2 2、方法、方法 固定化细胞常采用固定化细胞常采用
5、包埋法包埋法。主要原因是细胞体积较大，。主要原因是细胞体积较大，难以被吸附或结合，包埋法更容易固定细胞。使用包埋法固难以被吸附或结合，包埋法更容易固定细胞。使用包埋法固定细胞，即将微生物细胞均匀地包埋在定细胞，即将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载不溶于水的多孔性载体体中，常用的载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素中，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。和聚丙烯酰胺等。3 3、固定化酵母细胞的制备及发酵、固定化酵母细胞的制备及发酵（1 1）实验操作流程）实验操作流程酵母细胞的活化 称取称取1g1g干酵母，放入干酵母，放入50mL50mL的小烧杯中，加入蒸馏水
6、的小烧杯中，加入蒸馏水10mL10mL，用玻璃棒搅拌，使酵母细胞混合均匀成糊状，放，用玻璃棒搅拌，使酵母细胞混合均匀成糊状，放置置1h1h左右，使其活化。左右，使其活化。配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液 称取无水称取无水CaClCaCl2 2 0.83g0.83g，放入，放入200mL200mL的烧杯中，加入的烧杯中，加入150mL150mL蒸馏水，使其充分溶解，待用。蒸馏水，使其充分溶解，待用。配制海藻酸钠溶液 称取称取0.7g海藻酸钠，放入海藻酸钠，放入50mL小烧杯中，加入小烧杯中，加入10mL水。用酒精灯加热，边加热边搅拌，直至完全溶水。用酒精灯加热，边加热边搅拌，
7、直至完全溶化，用蒸馏水定容至化，用蒸馏水定容至10mL。注意：加热时，用小火间断加热，反复几次，防止焦糊。成败的关键步骤海藻酸钠溶液和酵母细胞混合 将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入已活将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入已活化的酵母细胞，充分搅拌，使其混合均匀，再转移到化的酵母细胞，充分搅拌，使其混合均匀，再转移到注射器内。注射器内。固定化酵母细胞 以以恒定恒定的速度的速度缓慢地缓慢地将注射器中的溶液滴加到配制将注射器中的溶液滴加到配制好的好的CaClCaCl2 2溶液中，观察液滴在溶液中，观察液滴在CaClCaCl2 2溶液中形成凝胶珠溶液中形成凝胶珠的情形。将这些凝胶珠在的情形。将
8、这些凝胶珠在CaClCaCl2 2溶液中浸泡溶液中浸泡30min30min左右。左右。凝胶珠的检验方法凝胶珠的检验方法：挤压法挤压法摔打法摔打法 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，表明制作成功。在实验桌上用力摔打凝胶珠，若凝胶珠很容易弹起，制备的凝胶珠是成功的。冲洗凝胶珠将固定好的酵母细胞（凝胶珠）用蒸馏水冲洗将固定好的酵母细胞（凝胶珠）用蒸馏水冲洗23次。次。发酵 将150mL质量分数为10%的葡萄糖溶液转移到200mL的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于25下发酵24h。（2 2）结果分析与评价）结果分析与评价观察凝胶珠的颜色和形状观察凝胶珠
9、的颜色和形状 如果实验成功，应该有CO2气泡产生，并具有酒味；而不用酵母菌的凝胶珠所做的对照实验，则无此现象。如果制作的凝胶珠颜色过浅，呈白色，说明海藻酸钠溶液的浓度偏低，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，说明海藻酸钠溶液的浓度偏高，制作失败，需要再做尝试。观察发酵液观察发酵液（3 3）课题延伸）课题延伸 如果希望反复利用固定化细胞，就需要避免其他微生物的污染。在工业生产中，细胞的固定化是在 的条件下进行的。严格无菌严格无菌固定化细胞技术有不足之处吗？有，大分子物质难以自由通过细胞膜，固定后的有，大分子物质难以自由通过细胞膜，固定后的细胞与反应物不容易接近，可能导致反应
10、效果下降，细胞与反应物不容易接近，可能导致反应效果下降，因此应用受到限制。因此应用受到限制。思考 【例二例二】某一实验小组的同学，欲通过制备固定化酵母细胞进行葡某一实验小组的同学，欲通过制备固定化酵母细胞进行葡萄糖溶液发酵实验，实验材料及用具齐全。萄糖溶液发酵实验，实验材料及用具齐全。（1）制备固定化酵母细胞常用法。）制备固定化酵母细胞常用法。（2）制备固定化酵母细胞的过程为：）制备固定化酵母细胞的过程为：使干酵母与混合并搅拌，使酵母菌活化；使干酵母与混合并搅拌，使酵母菌活化；将无水将无水CaCl2溶解在蒸馏水中，配成溶解在蒸馏水中，配成 CaCl2溶液；溶液；海藻酸钠溶液海藻酸钠溶液应应 加
11、热加热；海藻酸钠溶液海藻酸钠溶液 再加入已活化的酵母再加入已活化的酵母细胞，充分搅拌并混合均匀；细胞，充分搅拌并混合均匀；用注射器将用注射器将 的混合物的混合物缓慢滴入缓慢滴入CaCl2溶液中溶液中形成形成 。包埋法蒸馏水小火间断冷却至室温海藻酸钠溶液和酵母细胞凝胶珠（3）该实验小组用如图所示的装置来进行葡萄糖发酵。）该实验小组用如图所示的装置来进行葡萄糖发酵。从上端漏斗中加入反应液的浓度不能过高的原因是：从上端漏斗中加入反应液的浓度不能过高的原因是：。要想得到较多的酒精，加入反应液后的操作是要想得到较多的酒精，加入反应液后的操作是活塞活塞 1 和活塞和活塞 2。为使该实验中所用到的固定化酵母
12、细胞可以反复利为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复利用，实验过程一定要在用，实验过程一定要在 条件下进行。条件下进行。装置中的长导管起的作用装置中的长导管起的作用是是 。葡萄糖溶液的浓度过高会使酵母细胞因失水过多而死亡关闭关闭严格无菌释放CO2，并防止空气中的杂菌进入反应柱比较直接使用酶、固定化酶和固定化细胞的优缺点项目项目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种数制作方法是否需要营养物质反应物缺点优点一种或几种一种一系列酶-多采用化学结合法和物理吸附法否否是各种物质各种物质适于小分子物质敏感，易失活；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，催化效率较低催化效率高、耗能低、污染小即能与反应物接触，又能与反应物分离；可以反复利用成本低，操作容易多采用包埋法思维导图思维导图酵母细胞的固定化固定化酶的应用实例固定化酶的应用实例固定化酶和固定固定化酶和固定化细胞的方法化细胞的方法固定化酵母细胞固定化酵母细胞的制备及发酵的制备及发酵优势优势概念和方法概念和方法实例：高果糖浆的生产实例：高果糖浆的生产包埋法包埋法化学结合法化学结合法物理吸附法物理吸附法实验流程及注意事项实验流程及注意事项结果分析与评价结果分析与评价课题延申课题延申
