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1、课题3 酵母细胞的固定化课题目标 1简述固定化酶的概念 2说出酶固定化的方法 3尝试用包埋法制备固定化酵母细胞 4探讨固定化酶的应用价值阅读教材P49课题背景部分，回答酶制剂存在 哪些缺陷？1、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； 2、溶液中的酶很难回收，提高了生产成本； 3、反应后会混在产物中，可能影响产品质量。课题背景人们解决这些缺陷的设想和措施是什么？固定化酶技术和固定化细胞技术一、基础知识 （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（1）高果糖浆的生产需要酶葡萄糖异构酶（2）葡萄糖异构酶的优点稳定性好、可以持续发挥作用（3）在生产中直接使用
2、酶有什么缺点？酶溶解于葡萄糖溶液后，无法回收，造成浪费含淀粉含淀粉 的浆液的浆液-淀粉酶淀粉酶糊精糊精糖化酶糖化酶葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖 异构酶异构酶葡萄糖的葡萄糖的 异构化异构化42%42%45%45% 转化成果糖转化成果糖果葡糖浆果葡糖浆果糖和葡果糖和葡 萄糖分离萄糖分离葡萄糖再葡萄糖再 次异构化次异构化反复多次反复多次果糖含量果糖含量 70%70%90%90%高果糖浆高果糖浆固定化酶技术生产高果糖浆固定化酶技术生产高果糖浆生产流程生产流程2.固定化酶的反应柱示意图使用固定化酶技术，使用固定化酶技术， 将葡萄糖异构酶固定将葡萄糖异构酶固定 在一种颗粒状的载体在一种颗粒状的载体 上，再将这
3、种酶颗粒上，再将这种酶颗粒 装在一个反应柱内，装在一个反应柱内， 柱子底端装有分布着柱子底端装有分布着 许多小孔的筛板。酶许多小孔的筛板。酶 颗粒无法通过筛板上颗粒无法通过筛板上 的小孔，而反应溶液的小孔，而反应溶液 却可以自由出入。却可以自由出入。3.固定化酶在生产实践中的优点：反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本 ，提高了果糖的产量和质量。，提高了果糖的产量和质量。酶既能与反应物接触，又容易与产物分 离，提高产品质量；同时固定在载体上 的酶还可以反复利用，节约成本。（1）概念：固定化酶和固定化细胞是利用物理或 化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的
4、技术。（二）固定化细胞技术（2）常用方法：包括包埋法、化学结合法和物理 吸附法。酶适合采用化学结合法和物理吸附法固定化 ，而细胞多采用包埋法固定化。这是因为细胞个 大，而酶分子很小；个大的细胞难以被吸附或结 合，而个小的酶容易从包埋材料中漏出 。（3）酶的几种固定方式将酶包埋在细微网格里将酶相互连接起来将酶吸附在载体表面上包埋法化学结合法物理吸附法方法原理适用对对象包埋法是将聚合物的单体与酶溶液混 合，再借助于聚合助进剂(包括 交联剂)的作用进行聚合，酶被 包埋在聚合物中以达到固定化酶或细胞化学 结结合法酶蛋白的侧链基团和载体表面 上的功能基团之间形成共价键 而固定的方法酶物理 吸附法通过氢键
5、、疏水作用和电子 亲和力等物理作用，将酶固定 于水不溶载体上从而制成固 定化酶酶P50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？2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 该选择哪种方法？4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固定的是一系列酶固定化细胞技术固定化酶技术固定化细胞技术1、酵母细胞的活化： 1g干酵母10mL蒸馏水50mL烧杯搅拌均匀 放置1h，使之活化。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。二、实验设计 （一）
6、制备固定化酵母细胞2、配制CaCl2溶液： 0.83gCaCl2150mL蒸馏水200mL烧杯溶 解备用。3、配制海藻酸钠溶液： 0.7g海藻酸10mL水50mL烧杯酒精灯 微火（或间断）加热，并不断搅拌，使之溶化 蒸馏水定容到10mL。防止海藻酸钠焦糊。4、海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合： 将溶化的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入活 化酵母细胞液，搅拌后吸入到注射器中。思考：微火加热并不断搅拌的目的是什么？思考：为什么要海藻酸钠溶液冷却后才能加入 酵母细胞？防止高温杀死酵母细胞 。 5、固定化酵母细胞： 以恒定速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到 CaCl2溶液中，形成凝胶珠状颗粒。（二）固定化酵母细
7、胞的发酵1、冲洗：将固定的酵母细胞凝胶珠用蒸馏水 冲洗23次。 2、发酵：150mL10葡萄糖固定化酵母细 胞200mL锤形瓶密封25发酵24h。 思考：发酵过程中锥形瓶为什么要密封？ 思考：锥形瓶中的气泡和酒精是怎样形成的？ 思考：在利用固定化酶或固定化细胞进行生产 的过程中，需要无菌操作吗？酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。酵母菌进行无氧呼吸产生的。需要。海藻酸钠在水中溶解的速度较慢，需要通 过加热促进其溶解。溶解海藻酸钠，最好采用 小火间断加热的方法。例如，加热几分钟后， 从石棉网上取下烧杯冷却片刻，并不断搅拌， 再将烧杯放回石棉网继续加热，如此重复数次 ，直至海藻酸钠完全溶化。如果加热太快
8、，海 藻酸钠会发生焦糊。 三、操作提示（一）观察凝胶珠的颜色和形状 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。（二）观察发酵的葡萄糖溶液 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，同时会闻到酒味。1观察并描述形成的凝胶珠的颜色和形状。 2观察利用固定化酵母细胞发酵的葡萄糖溶液，看看 是否有气泡产生，闻闻是否有酒味。四、结果分析与评价1、下列有关固定化技术的叙述，正确的是 （ ） A固定化酶只是在细胞内才能发挥作用 B固定化酶能提高酶的利用率 C酶的固
9、定是酶分离纯化的常用方法 D固定化酶的固定化方式就是吸附在固体 表面上。B2、关于固定化细胞的叙述，正确的是（ ） A催化效率高，低耗能、低污染 B对环境的条件非常敏感，容易失活 C既能与反应物充分接触，又能与产物分离 D成本低、操作简单，但反应效果可能很低C课堂练习3、关于酵母菌的叙述，正确的是（ ) A酵母菌在营养物质充足时、环境适宜时， 依靠有性生殖进行繁殖 B酵母菌的代谢类型时异养厌氧型 C酵母菌的生物膜系统包括细胞膜、核膜、 各种的细胞器膜等膜 D用酵母菌酿酒时，应先密封后通气C课堂练习4、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。
10、(1)酵母细胞的固定采用的方法是_。 (2)请完善该实验小组的同学在制备固定化酵母 细胞过程的步骤： 配制氯化钙溶液时应用蒸馏水。 海藻酸钠溶液应用_加热。 海藻酸钠溶液必须_才 能加入酵母细胞。 注射器中的海藻酸钠和酵母细胞的混合物应 滴入_ 中形成_。包埋法小火或间断 冷却至室温氯化钙溶液凝胶珠(3)该实验小组用如图所示的装置来进行葡萄糖 发酵。 为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以 反复运用，实验过程中，一定要在_条 件下进行。 加入反应液后的操作是关闭 _。 装置的长导管起到什么作用？ _。实验过程中，可能会出现的现象： _ 无菌活塞1和活塞2释放CO2 ，减小反应柱内压力并可 防止
11、其他微生物污染有气泡产生、有酒味散发 【解析】 由于细胞过大，难以被吸附或 结合，因此多采用包埋法进行固定化。操作 过程中，必须等海藻酸钠溶液冷却后才能将 其与酵母细胞混合，否则酵母细胞会在高温 下死亡。酵母菌利用葡萄糖的发酵过程中会 产生CO2，为减小装置中的压力，应及时将其 排出。 【答案】 (1)包埋法 (2)小火或间断 冷却至室温 氯化钠溶液 凝胶珠 (3)无 菌 活塞1和活塞2 释放CO2 ，减小反 应柱内压力并可防止其他微生物污染 类型类型优点优点不足不足直接直接 使用使用 酶酶催化效率高，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，容易失活；对环境条件非常敏
12、感，容易失活； 溶液中的酶很难回收，不能被再次溶液中的酶很难回收，不能被再次 利用，提高了生产成本；反应后酶利用，提高了生产成本；反应后酶 会混在产物中，可能影响产品质量会混在产物中，可能影响产品质量固定固定 化酶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，又能与产物分离， 同时，固定在载体上同时，固定在载体上 的酶还可以被反复利的酶还可以被反复利 用用一种酶只能催化一种化学反应，而一种酶只能催化一种化学反应，而 在生产实践中，很多产物的形成都在生产实践中，很多产物的形成都 通过一系列的酶促反应才能得到的通过一系列的酶促反应才能得到的固定固定 化细化细 胞胞成本低、操作容易。成本低、操作容易。 对对对对酶酶活性的影响更小活性的影响更小 、可以催化一系列的、可以催化一系列的 反反应应应应、容易回收、容易回收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。 由于大分子物由于大分子物质难质难质难质难 以自由通以自由通过细过细过细过细 胞胞 膜，因此固定化膜，因此固定化细细细细胞的胞的应应应应用也受到用也受到 限制限制直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的优缺点
