1、酵母细胞的固定化酵母细胞的固定化一、课题目标一、课题目标 2尝试制备固定化酵母细胞，并利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。用固定化酵母细胞进行酒精发酵。1说出固定化酶和固定化细胞的作说出固定化酶和固定化细胞的作用和原理。用和原理。一、酶的应用：一、酶的应用：优点：催化效率高、低耗能、低污染优点：催化效率高、低耗能、低污染缺点：缺点：1、对环境条件敏感、易失活；、对环境条件敏感、易失活；2、难回收、不能再次利用、成本高、难回收、不能再次利用、成本高、3、反应后，酶混在产物中，影响产品质量、反应后，酶混在产物中，影响产品质量如何解决？如何解决？基础知识（一）固定化酶的应用实
2、例（一）固定化酶的应用实例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）高果糖浆的生产需要 酶酶葡萄糖异构葡萄糖异构（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？）在生产中直接使用酶有什么缺点？酶溶解于葡萄糖溶液后，无法回收，酶溶解于葡萄糖溶液后，无法回收，造成浪费造成浪费2.固定化酶的反应柱示意图固定化酶的反应柱示意图 反应柱能反应柱能连续使用半年，连续使用半年，大大降低了生大大降低了生产成本，提高产成本，提高了果糖的产量了果糖的产量和质量。和质量。3 3
3、、固定化酶技术的优点和缺点、固定化酶技术的优点和缺点优点优点:1.既能与反应物接触，又能与产物分离；既能与反应物接触，又能与产物分离；提高产品质量提高产品质量2.可反复利用酶，降低了生产成本。可反复利用酶，降低了生产成本。缺点缺点:无法催化一系列酶促反应无法催化一系列酶促反应如何解决？如何解决？4 4、固定化细胞技术的优点和缺点、固定化细胞技术的优点和缺点优点优点:成本低，操作更容易；成本低，操作更容易；固定了一系列酶。固定了一系列酶。缺点缺点:固定后的酶或细胞与反应物不容易固定后的酶或细胞与反应物不容易接近，可能导致反应效果下降等。接近，可能导致反应效果下降等。（二）固定化细胞技术（二）固定
4、化细胞技术1.1.将酶或细胞固定化的方法将酶或细胞固定化的方法将酶（或细胞）包埋在将酶（或细胞）包埋在细微网格里细微网格里将酶（或细胞）相将酶（或细胞）相互连接起来互连接起来将酶（或细胞）吸附在将酶（或细胞）吸附在载体表面上载体表面上包埋法包埋法化学结合法化学结合法吸附法吸附法2.2.固定化酶和固定化细胞的联系与区别固定化酶和固定化细胞的联系与区别联系：联系：应用相同，都能催化某些反应应用相同，都能催化某些反应区别：区别：1 1）固定化细胞技术操作容易，成本低，）固定化细胞技术操作容易，成本低，容易回收；容易回收；2 2）固定化细胞技术对酶活性影响更小；）固定化细胞技术对酶活性影响更小；3 3
5、）固定化细胞固定的一系列酶；）固定化细胞固定的一系列酶；4 4）由于大分子难以通过细胞膜，因此固）由于大分子难以通过细胞膜，因此固定化细胞的应用有一定的限制定化细胞的应用有一定的限制3.固定化酶和固定化细胞常用的载体材料固定化酶和固定化细胞常用的载体材料 明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素明胶、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，其共同的特点是不溶于水的多孔性载体其共同的特点是不溶于水的多孔性载体（一）制备固定化酵母细胞（一）制备固定化酵母细胞实验操作 1、酵母细胞的活化 2、配制物质的量浓度为0.05mol/L 的CaCl23、配制海藻酸钠的溶液4、海藻酸钠溶液与酵母
6、细胞混合5、固定化酵母细胞1 1、酵母细胞的活化、酵母细胞的活化 在缺水的状态下，微生物会处于休眠在缺水的状态下，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0.50.51 h1 h，教师需要提前做好准备。此外，酵母细胞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活化时体积会变大，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体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出容器外。化液溢出容器外。
7、（一）制备固定化酵母细胞（一）制备固定化酵母细胞2、配制物质的量浓度为0.05mol/L 的CaCl2刚形成的凝胶珠要在刚形成的凝胶珠要在CaCl2溶液中浸泡一溶液中浸泡一段时间，以便使其形成稳定的结构。段时间，以便使其形成稳定的结构。（一）制备固定化酵母细胞（一）制备固定化酵母细胞（一）制备固定化酵母细胞（一）制备固定化酵母细胞3、配制海藻酸钠的溶液加热使海藻酸钠溶化是加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环，操作中最重要的一环，涉及到实验的成败，海涉及到实验的成败，海藻酸钠的浓度涉及到固藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质量。定化细胞的质量。如果如果海藻酸钠浓度过高，将海藻酸钠浓度过高，将很难形
8、成凝胶珠；如果很难形成凝胶珠；如果浓度过低，形成的凝胶浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的珠所包埋的酵母细胞的数目少，影响实验效果。数目少，影响实验效果。（一）制备固定化酵母细胞（一）制备固定化酵母细胞4、海藻酸钠溶液与酵母细胞混合注意：将融化注意：将融化好的海藻酸钠好的海藻酸钠溶液溶液冷却至室冷却至室温温，加入已活，加入已活化的酵母细胞。化的酵母细胞。5、固定化酵母细胞（一）制备固定化酵母细胞（一）制备固定化酵母细胞如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明海藻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酸钠的浓度偏低，固定的酵母细胞数目较少结果分析与评价
9、：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淡黄色淡黄色 如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，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。则说明海藻酸钠的浓度偏高，制作失败。检验凝胶珠的质量是否合格，可以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，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。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，二是在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很容易弹
10、起，也能表明如果凝胶珠很容易弹起，也能表明制备的凝胶珠是成功的。制备的凝胶珠是成功的。（二）用固定化酵母细胞发酵（二）用固定化酵母细胞发酵实验操作 1、将固定化的酵母细胞（凝胶珠）用蒸馏水冲洗2到3次。2、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摄氏度下发酵24h。3、观察发酵的葡萄糖溶液、观察发酵的葡萄糖溶液利用固定化酵母细胞发酵产生酒精，可以利用固定化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。看到产生了很多气泡，同时会闻到酒味。在缺水的状态下，微生物会处于休眠在缺水的状态下，微生物会处于休眠状态。活化就是让处于
11、休眠状态的微生物状态。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0.51 h，教师需要提前做好准备。此外，酵母细胞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活化时体积会变大，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体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出容器外。化液溢出容器外。（一）酵母细胞的活化（一）酵母细胞的活化实验操作过程中要注意的下列问题 （二）加热使海藻酸钠溶化是操作中（二）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
12、成败，教最重要的一环，涉及到实验的成败，教师一定要提醒学生按照教材的提示进行师一定要提醒学生按照教材的提示进行操作。海藻酸钠的浓度涉及到固定化细操作。海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质量。如果海藻酸钠浓度过高，将胞的质量。如果海藻酸钠浓度过高，将很难形成凝胶珠；如果浓度过低，形成很难形成凝胶珠；如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少，的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少，影响实验效果。影响实验效果。（三）刚形成的凝胶珠应在（三）刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。检浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列验凝胶珠的质
13、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，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。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胶珠很容易弹起，也能表明制备的凝胶珠是成功的。是成功的。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类型类型优点优点不足不足直接直接使用酶使用酶固定化酶固定化酶固定固定化细胞化细胞直接使用酶、固定化酶
14、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类型类型优点优点不足不足直接直接使用酶使用酶催化效率高、低耗催化效率高、低耗能、低污染能、低污染1、对环境条件敏感、易失活；、对环境条件敏感、易失活；2、难回收、不能再次利用、难回收、不能再次利用、成本高、可能影响产品质量成本高、可能影响产品质量固定化酶固定化酶无法催化一系列酶促反应无法催化一系列酶促反应固定固定化细胞化细胞1.成本低，操作更成本低，操作更容易；容易；2.固定了一固定了一系列酶。系列酶。固定后的酶或细胞与反应物固定后的酶或细胞与反应物不容易接近，可能导致反应不容易接近，可能导致反应效果下降等。效果下降等。1.既能与反应物既能与反应物接触，又能与产接触，又能与产物分离物分离2.可反复可反复利用利用
