1、酵母细胞的固定化 缺点：缺点：天然酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常敏感，容易失活天然酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常敏感，容易失活溶液中酶很难回收，不能再次利用，提高了生产成本溶液中酶很难回收，不能再次利用，提高了生产成本反应后，酶会混在产物中，影响产品质量，难以在工业生产中广泛应用反应后，酶会混在产物中，影响产品质量，难以在工业生产中广泛应用问题问题2：在应用酶的过程中，直接使用酶制剂存在哪些实际问题？：在应用酶的过程中，直接使用酶制剂存在哪些实际问题？问题问题3：针对上述实际问题，如何解决？：针对上述实际问题，如何解决？设想：将酶固定在不溶于水的载体上。设想：将酶固
2、定在不溶于水的载体上。使酶既能与反应物接触，又能与产物使酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时固定在载体上的酶还可以反复利用。分离，同时固定在载体上的酶还可以反复利用。问题问题1：直接使用酶制剂有哪些优点？：直接使用酶制剂有哪些优点？催化效率高、低耗能、低污染。催化效率高、低耗能、低污染。1、高果糖浆的含义与益处、高果糖浆的含义与益处含义：含义：果糖含量为果糖含量为42%左右的糖左右的糖浆。浆。益处：益处：作为蔗糖的替代品，高果作为蔗糖的替代品，高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖尿病、龋齿和心血管病，对人糖尿病、龋齿和心血管病，对人的健康有利。的健康有利。固定化酶
3、的应用实例固定化酶的应用实例生产高果糖浆生产高果糖浆一、固定化酶和固定化细胞技术一、固定化酶和固定化细胞技术葡萄糖葡萄糖 果糖果糖葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶2、反应原理、反应原理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。1、固定化酶技术：、固定化酶技术：（1）含义：将酶固定在不溶于水的颗粒状载体上，）含义：将酶固定在不溶于水的颗粒状载体上，再将这些酶颗粒装到反应柱内。再将这些酶颗粒装到反应柱内。（2）生产过程：）生产过程：（3）优点：）优点：1)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；又能与产物分离；2)固定在载体上的酶还可固定
4、在载体上的酶还可以被反复利用。以被反复利用。固定化酶技术缺点固定化酶技术缺点一种酶只能催一种酶只能催化某一种或一类的化学反应，而生产化某一种或一类的化学反应，而生产实际中很多产物的形成都通过一系列实际中很多产物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。另外固定化另外固定化酶时在细胞破碎、酶的提取、分离纯酶时在细胞破碎、酶的提取、分离纯化过程比较复杂，酶的活性和稳定性化过程比较复杂，酶的活性和稳定性也容易受影响也容易受影响固定化酶技术用于工业化生产取得巨大经固定化酶技术用于工业化生产取得巨大经济效益。济效益。一一种酶只能催化一种或一类化学反应，而种酶只能催化一种或一类化学反应，而
5、在生产实际中很多产物的形成都需要通过在生产实际中很多产物的形成都需要通过一系列的酶促反应才能进行，怎样解决这一系列的酶促反应才能进行，怎样解决这一问题一问题？设想：设想：固定化细胞技术。固定化细胞技术。因为固定的是因为固定的是活细胞，而细胞中有多种酶，因此可以活细胞，而细胞中有多种酶，因此可以催化一系列反应。催化一系列反应。2、固定化固定化细胞技术细胞技术(1)定义：定义：利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术。利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术。(2)方法：方法：包埋法包埋法将酶或细胞包埋在细微多孔性载体中将酶或细胞包埋在细微多孔性载体中化学结合法化学结合法将酶或
6、细胞相互结合，或将其结合到载体上将酶或细胞相互结合，或将其结合到载体上物理吸附法物理吸附法将酶或细胞将酶或细胞吸附在载体表面上吸附在载体表面上包埋法包埋法物理吸附法物理吸附法化学结合法化学结合法明胶明胶琼脂糖琼脂糖醋酸纤维素多孔结构醋酸纤维素多孔结构聚丙烯酰胺结构聚丙烯酰胺结构常用的载体常用的载体海藻酸钠：海藻酸钠：天然多糖天然多糖问题问题1：固定化酶和固定化细胞技术，从操作角度来考虑，哪一种方法更：固定化酶和固定化细胞技术，从操作角度来考虑，哪一种方法更容易？哪一种方法对酶活性的影响更小？容易？哪一种方法对酶活性的影响更小？问题问题2：如果反应物是大分子物质，应该采用哪种方法？：如果反应物是
7、大分子物质，应该采用哪种方法？问题问题3：固定化方法中，酶和细胞常常分别采用什么方法固定，原因有哪：固定化方法中，酶和细胞常常分别采用什么方法固定，原因有哪些？些？固定化细胞技术更容易，对酶活性的影响更小。固定化细胞技术更容易，对酶活性的影响更小。固定化酶技术，因为大分子物质难以自由通过细胞膜。固定化酶技术，因为大分子物质难以自由通过细胞膜。酶酶适合适合化学结合和物理吸附法固定化学结合和物理吸附法固定 细胞细胞适合适合包埋法固定。包埋法固定。原因：原因：细胞个大，酶分子很小，个体大的细胞难以被吸附或结合，细胞个大，酶分子很小，个体大的细胞难以被吸附或结合，而个小的酶容易从包埋的材料中漏出。而个
8、小的酶容易从包埋的材料中漏出。固定化固定化酵母细胞的制备及发酵酵母细胞的制备及发酵(1)实验操作流程：实验操作流程：酵母细胞的活化：酵母细胞的活化：称取干酵母放入小烧杯中，加入蒸馏水使其活化。称取干酵母放入小烧杯中，加入蒸馏水使其活化。配制配制CaCl2溶液：溶液：称取无水称取无水CaCl2放入烧杯中，加入蒸馏水，使其充分溶解。放入烧杯中，加入蒸馏水，使其充分溶解。配制海藻酸钠溶液：配制海藻酸钠溶液：要用小火间断加热的方法。要用小火间断加热的方法。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：先将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，先将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，再加入已活化的酵母细
9、胞。再加入已活化的酵母细胞。固定化酵母细胞：固定化酵母细胞：用注射器将混合物滴在用注射器将混合物滴在CaCl2溶液中形成凝胶珠。溶液中形成凝胶珠。发酵：发酵：先用蒸馏水冲洗先用蒸馏水冲洗23次，然后加入葡萄糖溶液中，再置于次，然后加入葡萄糖溶液中，再置于25 下发酵下发酵24 h。二、实验操作二、实验操作在缺水状态下，微生物处于休眠状态。在缺水状态下，微生物处于休眠状态。活化是指让处于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。（教休眠状态的微生物重新恢复正常生活状态的过程。（教材材P50旁栏）旁栏）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
10、，使之活化。，使之活化。思考思考活化是指什么？活化是指什么？酵母细胞的活化：酵母细胞的活化：称取干酵母放入小烧杯中，加入蒸馏水使其活化。称取干酵母放入小烧杯中，加入蒸馏水使其活化。酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应该选择体积酵母细胞活化时体积会变大，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化液溢出容器外。足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出容器外。活化的干酵母活化的干酵母袋装干酵母袋装干酵母0.83gCaCl2150mL蒸馏水蒸馏水200mL烧杯烧杯溶解备用。溶解备用。思考思考为什么要用蒸馏水，而不用自来水？为什么要用蒸馏水，而不用自来水？防止自来水中各种离子影响实验结果
11、。防止自来水中各种离子影响实验结果。溶解物质要彻底。溶解物质要彻底。配制配制CaCl2溶液：溶液：称取无水称取无水CaCl2放入烧杯中，加入蒸馏水，放入烧杯中，加入蒸馏水，使其充分溶解。使其充分溶解。加热时要用小火间断加热的方法，并搅拌，反复几次，直到海藻酸加热时要用小火间断加热的方法，并搅拌，反复几次，直到海藻酸钠溶化为止。钠溶化为止。（教材（教材P51“操作提示操作提示”）思考思考为什么要用小火间断加热，并不断搅拌？为什么要用小火间断加热，并不断搅拌？防止海藻酸钠发生焦糊。防止海藻酸钠发生焦糊。配制海藻酸钠溶液：配制海藻酸钠溶液：要用小火间断加热的方法。要用小火间断加热的方法。称取称取0.
12、7g海藻酸钠海藻酸钠粉末放入含有粉末放入含有10mL蒸馏水的小烧杯中蒸馏水的小烧杯中小火间断加热并不小火间断加热并不断搅拌，反复几次断搅拌，反复几次,使其充分溶解。使其充分溶解。得到透明的海藻得到透明的海藻酸钠溶液（溶液酸钠溶液（溶液中没有剩余粉末）中没有剩余粉末）以免海藻酸钠温度过高杀死酵母菌。以免海藻酸钠温度过高杀死酵母菌。思考思考为什么要将海藻酸钠冷却至室温？为什么要将海藻酸钠冷却至室温？海藻酸钠溶液必须冷却至室温，搅拌要彻底充分，使两者混合均匀，海藻酸钠溶液必须冷却至室温，搅拌要彻底充分，使两者混合均匀，以免影响实验结果的观察。以免影响实验结果的观察。海藻酸钠溶液与酵母细胞混合：海藻酸
13、钠溶液与酵母细胞混合：先将溶化好的海藻酸钠溶液冷却先将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，再加入已活化的酵母细胞。至室温，再加入已活化的酵母细胞。滴加注射器中的溶液时，速度要恒定且缓慢。滴加注射器中的溶液时，速度要恒定且缓慢。固定化酵母细胞：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到以恒定的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。溶液中形成凝胶珠。思考思考为什么滴加速度要恒定且缓慢？为什么滴加速度要恒定且缓慢？以便形成的凝胶珠呈均匀的圆形或椭圆形。以便形成的凝胶珠呈均匀的圆形或椭圆形。刚形成的凝胶珠应刚形成的凝胶珠应在在CaCl2溶液中浸溶液中浸泡泡30min左右
14、，以左右，以便形成稳定的结构。便形成稳定的结构。（2）用固定化酵母细胞发酵）用固定化酵母细胞发酵将固定化酵母细胞（凝胶珠）用蒸馏水冲洗将固定化酵母细胞（凝胶珠）用蒸馏水冲洗23次。次。将将150mL质量分数为质量分数为10的葡萄糖溶的葡萄糖溶液转移至液转移至200mL的锥形瓶中，再加入固的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于定好的酵母细胞，置于25C下发酵下发酵24h。思考思考用蒸馏水冲洗凝胶珠的目的是什么？用蒸馏水冲洗凝胶珠的目的是什么？去除凝胶珠表面多余的去除凝胶珠表面多余的CaCl2溶液。溶液。结果结果分析与评价分析与评价(1)观察并描述凝胶珠的颜色和形状观察并描述凝胶珠的颜色和形状如
15、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，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。固定的酵母细胞数目较少。思考思考如果制作的凝胶珠如果制作的凝胶珠颜色颜色过浅、呈白色，则说明什么？过浅、呈白色，则说明什么？思考思考 如果形成的凝胶珠如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形不是圆形或椭圆形，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，则说明海藻酸钠的浓度偏高，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，需要再作尝试。制作失败，需要再作尝试。影响凝胶珠质量好坏的因素很多，如海藻酸钠浓度、推进注射器的影响凝胶珠
16、质量好坏的因素很多，如海藻酸钠浓度、推进注射器的速度过快、速度过快、CaCl2浓度过低、注射器离液面太近浓度过低、注射器离液面太近0.01g/mL0.02g/mL0.03g/mL0.04g/mL海藻酸钠溶液浓度对凝胶珠的影响海藻酸钠溶液浓度对凝胶珠的影响(2)观察观察发酵的葡萄糖溶液发酵的葡萄糖溶液利用固定的酵母细胞发酵产生酒精，可以看到产生了很多气泡，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，同时会闻到酒味同时会闻到酒味。思考思考当观察到哪些现象时，可说明实验获得成功？为什么当观察到哪些现象时，可说明实验获得成功？为什么？固定化酵母发酵的葡萄酒固定化酵母发酵的葡萄酒传统发酵的葡
17、萄酒传统发酵的葡萄酒课堂课堂小结小结1.下列关于固定化酶技术的说法，正确下列关于固定化酶技术的说法，正确的是的是()A固定化酶技术就是固定反应物，将酶依附着载体围绕反应物旋转的技术固定化酶技术就是固定反应物，将酶依附着载体围绕反应物旋转的技术B固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反应固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反应C固定化酶中的酶无法重复利用固定化酶中的酶无法重复利用D固定化酶是将酶固定在一定空间内的技术固定化酶是将酶固定在一定空间内的技术课堂课堂反馈反馈D2.下列有关固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是下列有关固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是（）A固定化酶的应用中，要控制好固定化
18、酶的应用中，要控制好pH、温度和溶解氧、温度和溶解氧B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C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D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C3.下列下列关于酵母细胞固定化实验的叙述，正确的是（）关于酵母细胞固定化实验的叙述，正确的是（）A.用温水使海藻酸钠迅速溶解，待其冷却到室温后用于包埋细胞用温水使海藻酸钠迅速溶解，待其冷却到室温后用于包埋细胞B.进行包埋时，用于悬浮细胞的进行包埋时，用于悬浮细胞的CaCl2溶液浓度要适宜溶液浓度要适宜C.注射器（或滴管）出口应尽量贴近液面以保证凝胶珠成为球状注射器（或滴管）出口应尽量贴近液面以保证凝胶珠成为球状D.包埋酵母细胞的凝胶珠为淡黄色半透明状，并具有一定的弹性包埋酵母细胞的凝胶珠为淡黄色半透明状，并具有一定的弹性D
