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1、大家好大家好选修修1:1:生物技生物技术实践践 专题4 酶的研究与应用课题3 酵母细胞的固定化2知知识回回顾：1 1、洗衣粉中添加、洗衣粉中添加_，可以更有效地清除，可以更有效地清除顽渍。常用的。常用的酶制制剂有有_四四类。2 2、影响、影响酶活性的因素有活性的因素有_、_和和_。3 3、影响洗衣粉洗、影响洗衣粉洗涤效果的因素有效果的因素有 _ 。3在食品、化工、在食品、化工、轻纺、医、医药等等领域大域大规模使用模使用酶制制剂，说明明酶制制剂使用有很多使用有很多优点，你能点，你能举出一些例子出一些例子吗？催化效率高、低能耗、低催化效率高、低能耗、低污染等。染等。酶制制剂的使用有缺点的使用有缺点
2、吗？你能你能举出一些例子出一些例子吗？4酶制制剂存在的缺陷：存在的缺陷： 1 1、通常、通常对强酸、酸、强碱、高温和有机溶碱、高温和有机溶剂等条件非常敏感，容易失活；等条件非常敏感，容易失活； 2 2、溶液中的、溶液中的酶很很难回收，不能被再次利用，提高了生回收，不能被再次利用，提高了生产成本；成本； 3 3、反、反应后会混在后会混在产物中，可能影响物中，可能影响产品品质量。量。5 如果你是工程技如果你是工程技术人人员，你如何解决，你如何解决这个个问题？6 阅读P49-50P49-50，并思考：，并思考：1 1、解决、解决酶应用中存在用中存在问题的方法是？的方法是？2 2、这种方法的种方法的优
3、点是什么？点是什么？3 3、什么是高果糖、什么是高果糖浆？使用它有何好？使用它有何好处？4 4、生、生产高果糖高果糖浆需要什么需要什么酶？其作用是什么？其作用是什么？这种种酶有何特点？有何特点？5 5、了解高果糖、了解高果糖浆生生产过程。程。一、固定化一、固定化酶的的应用用实例例71 1、固定化、固定化酶技技术。即将。即将酶固定在一定空固定在一定空间内的技内的技术（如固定在不溶于水的（如固定在不溶于水的载体上）。体上）。2 2、固定化、固定化酶技技术的的优点：点：（1 1）使）使酶既能与反既能与反应物接触，又能与物接触，又能与产物分离；物分离；（2 2）固定在）固定在载体上的体上的酶可以被反复
4、利用。可以被反复利用。83 3、高果糖、高果糖浆是果糖含量是果糖含量为42%42%左右的糖左右的糖浆。作。作为蔗糖的替代品，高果糖蔗糖的替代品，高果糖浆不会像蔗糖那不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖尿病、肥胖、糖尿病、龋齿和心和心血管病，血管病，对人的健康有利。人的健康有利。你能写出果糖的分子式你能写出果糖的分子式吗? ?它属于什么糖它属于什么糖? ?94 4、生、生产高果糖高果糖浆需要葡萄糖异构需要葡萄糖异构酶；其作用是将葡萄糖；其作用是将葡萄糖转化化为果糖；果糖；这种种酶稳定性好，可持定性好，可持续发挥作用。作用。105 5、固定化、固定化酶技技术生生产高果糖高果糖浆的的图示：示：注意反注意反应柱
5、的各部分名称。柱的各部分名称。你能你能说出反出反应柱的柱的优点点吗？11生生生生产产流程流程流程流程含淀粉的含淀粉的含淀粉的含淀粉的浆浆液液液液-淀粉淀粉淀粉淀粉酶酶糊精糊精糊精糊精糖化糖化糖化糖化酶酶葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖异构葡萄糖异构葡萄糖异构葡萄糖异构酶酶葡萄糖的异构化葡萄糖的异构化葡萄糖的异构化葡萄糖的异构化42%42%45%45%转转化成果糖化成果糖化成果糖化成果糖果葡糖果葡糖果葡糖果葡糖浆浆果糖和葡萄糖分离果糖和葡萄糖分离果糖和葡萄糖分离果糖和葡萄糖分离葡萄糖再次异构化葡萄糖再次异构化葡萄糖再次异构化葡萄糖再次异构化反复多次反复多次反复多次反复多次果糖含量果糖含量果糖含量果
6、糖含量70%70%90%90%高果糖高果糖高果糖高果糖浆浆12反反应柱能柱能连续使用半年，大大降低了生使用半年，大大降低了生产成本，提高果糖的成本，提高果糖的产量和量和质量。量。优点：点：13练习：1 1、下列、下列说法不正确的是（法不正确的是（ ）A A、葡萄糖与固定化葡萄糖异构、葡萄糖与固定化葡萄糖异构酶接触，接触，转化成的是果糖化成的是果糖B B、从固定化、从固定化酶反反应柱下端流出的是果糖柱下端流出的是果糖C C、高果糖、高果糖浆不会像蔗糖那不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖尿病、肥胖、糖尿病、龋齿和心血管病和心血管病D D、酶溶解于葡萄糖溶液，可以从糖溶解于葡萄糖溶液，可以从糖浆中回收中回收
7、142 2、研究、研究认为，用固定化，用固定化酶技技术处理理污染物是很有前途的。如将从大染物是很有前途的。如将从大肠杆菌得到的磷酸三杆菌得到的磷酸三酯酶固定到尼固定到尼龙膜上制成制膜上制成制剂，可以用来降解残留在土壤中的有机磷可以用来降解残留在土壤中的有机磷农药，与用微生物降解相比，其作用不需要适宜的（，与用微生物降解相比，其作用不需要适宜的（ ）A A、温度、温度 B B、PHPHC C、水分、水分 D D、营养养153 3、目前，日用化工厂大量生、目前，日用化工厂大量生产的的酶制制剂，其中的，其中的酶大都来自大都来自A A、化学合成、化学合成 B B、动物体内物体内 C C、植物体内、植物
8、体内 D D、微生物体内、微生物体内 16 在生在生产实际中使用固定化中使用固定化酶技技术有无不足有无不足? ?如有不足如有不足, ,怎么怎么办? ?有。一种有。一种酶只能催化一种化学反只能催化一种化学反应，而在生，而在生产实际中很多中很多产物的形成都通物的形成都通过一系列的一系列的酶促反促反应才能才能进行，所以操作行，所以操作比比较麻麻烦。可采用固定化可采用固定化细胞技胞技术。17二、固定化二、固定化细胞技胞技术1 1、概念：、概念：利用物理或化学方法将利用物理或化学方法将细胞固定在一定空胞固定在一定空间的技的技术。细胞中含有一系列胞中含有一系列酶，在，在细胞正常生命活胞正常生命活动的的过程
9、中，通程中，通过代代谢产生所需要的代生所需要的代谢产物。物。阅读P50P50：思考第二段的：思考第二段的问题182.2.将将酶或或细胞固定化的方法胞固定化的方法将将酶（或（或细胞）包埋在胞）包埋在细微网格里微网格里将将酶（或（或细胞）相互胞）相互连接起来接起来将将酶（或（或细胞）吸附在胞）吸附在载体表面上体表面上包埋法包埋法化学化学结合法合法吸附法吸附法19方法方法原原 理理适用对象适用对象包埋法包埋法将聚合物的单体与酶溶液混合，再借助于聚合助进剂将聚合物的单体与酶溶液混合，再借助于聚合助进剂( (包括交联剂包括交联剂) )的作用进行聚合，的作用进行聚合，酶被包埋在聚合物中以达到固定化酶被包埋
10、在聚合物中以达到固定化酶或细胞酶或细胞20方法方法原原 理理适用对象适用对象化学结合法化学结合法酶蛋白的侧链基团和载休表面上的功能基团之间形成共价键而固定的方法酶蛋白的侧链基团和载休表面上的功能基团之间形成共价键而固定的方法酶酶物理吸附法物理吸附法通过氢键、疏水作用和通过氢键、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。从而制成固定化酶制成固定化酶酶酶21酶酶和和和和细细胞固定方法的胞固定方法的胞固定方法的胞固定方法的选择选择酶酶适合采用化学适合采用化学适合采用化学适合采用化学结结合和物理吸附法固定合和物理吸附法固定合和物理吸附法固
11、定合和物理吸附法固定细细胞适合采用包埋法固定胞适合采用包埋法固定胞适合采用包埋法固定胞适合采用包埋法固定（1 1 1 1）、方法）、方法）、方法）、方法（2 2 2 2）、原因）、原因）、原因）、原因细细胞个大，胞个大，胞个大，胞个大，酶酶分子很小分子很小分子很小分子很小个体大的个体大的个体大的个体大的细细胞胞胞胞难难以被吸附或以被吸附或以被吸附或以被吸附或结结合而个小的合而个小的合而个小的合而个小的酶酶容易从包埋的材料中漏出容易从包埋的材料中漏出容易从包埋的材料中漏出容易从包埋的材料中漏出223 3、固定化、固定化细胞常用的胞常用的载体体常用的不溶于水的多孔性常用的不溶于水的多孔性载体有哪些
12、？体有哪些？明胶、明胶、琼脂糖、海藻酸脂糖、海藻酸钠、醋酸、醋酸纤维素、聚丙素、聚丙烯酰胺等胺等 23 如果反如果反应底物是大分子物底物是大分子物质，能否用固定化，能否用固定化细胞技胞技术? ? 为什么？什么？ 那那应该采用何种技采用何种技术? ?24练习：1.1.使用固定化使用固定化细胞的胞的优点是点是( )( )。A.A.能催化大分子物能催化大分子物质的水解的水解 B.B.可催化一系列化学反可催化一系列化学反应C.C.与反与反应物易接近物易接近 D.D.有利于有利于酶在在细胞外胞外发挥作用作用252.2.酶的固定方法不包括的固定方法不包括( )( )。A.A.将将酶吸附在固体表面上吸附在固
13、体表面上 B B将将酶相互相互连接起来接起来C C将将酶包埋在包埋在细微网格里微网格里 D D将将酶制成固体制成固体酶制制剂，如加，如加酶洗衣粉中的洗衣粉中的酶263 3、如果反、如果反应物是大分子物物是大分子物质，采用那种方法催化受限制，采用那种方法催化受限制( )( )。A A直接使用直接使用酶 B B使用化学方法使用化学方法结合的合的酶C C使用固定化使用固定化细胞胞 D D使用物理吸附法固定的使用物理吸附法固定的酶274 4、下列关于、下列关于酶和和细胞的固定叙述不正确的是胞的固定叙述不正确的是( )( )。A A 酶分子很小，易采用包埋法分子很小，易采用包埋法 B B酶分子很小，易采
14、用化学分子很小，易采用化学结合或物理吸附法固定的合或物理吸附法固定的酶C C细胞个大，胞个大，难被吸附或被吸附或结合合 D D细胞易采用包埋法固定胞易采用包埋法固定285. 5. 关于固定化关于固定化酶的叙述不正确的是的叙述不正确的是 ( )( )。A A 既能与反既能与反应物接触，又能与反物接触，又能与反应物分离物分离 B B固定在固定在载体上的体上的酶可被反复利用可被反复利用C C可催化一系列反可催化一系列反应 D D酶的活性和的活性和稳定性受到限制定性受到限制296 6、固定化、固定化细胞胞对酶的活性影响最小，根本原因是的活性影响最小，根本原因是( )( )。A A避免了避免了细胞破碎、
15、胞破碎、酶的提取的提取纯化化过程程 B B固定化固定化细胞在多种胞在多种酶促反促反应中中连续发挥作用作用C C促化反促化反应结束后，能被吸收和重复利用束后，能被吸收和重复利用D D细胞胞结构保构保证了各种了各种酶在在细胞内化学反胞内化学反应中有效的中有效的发挥作用作用30三、三、实验操作操作（一）制（一）制备固定化酵母固定化酵母细胞胞阅读P50P50 5151思考下列思考下列问题：（1 1）制）制备过程包括哪几个步程包括哪几个步骤？（2 2）你）你认为哪个步哪个步骤的操作是最重要的一的操作是最重要的一环？（3 3）各步）各步骤应当分当分别注意什么注意什么问题？311 1、酵母、酵母细胞的活化胞
16、的活化思考：思考： 关于酵母菌你有哪些知关于酵母菌你有哪些知识？ 什么是活化？什么是活化？ 怎怎样活化？活化？ 应注意什么？注意什么？3233活化：活化： 让处于休眠状于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状的微生物重新恢复正常的生活状态；本本质： 加快新加快新陈代代谢；方法：方法： 加入适量的水。加入适量的水。 你能你能说出理由出理由吗？34取取1g1g干酵母，放入干酵母，放入50ml50ml的小的小烧杯中，加入蒸杯中，加入蒸馏水水10ml10ml，用玻璃棒，用玻璃棒搅拌，使酵母拌，使酵母细胞混合均匀，成糊状，放置胞混合均匀，成糊状，放置1h1h左右使其活化左右使其活化35思考：思考： 你你认
17、为酵母的活化操作有哪些注意事酵母的活化操作有哪些注意事项？1 1、所用容器要大一些；、所用容器要大一些；2 2、要保、要保证酵母菌的活性；酵母菌的活性；3 3、物种要、物种要单一；一；4 4、注意水的用量。、注意水的用量。362 2、配制物、配制物质的量的量浓度度为0.05mol/L0.05mol/L的的CaClCaCl2 2溶液溶液称取无水称取无水CaclCacl2 2 0.83g 0.83g。放入。放入200mL200mL的的烧杯中，加入杯中，加入150mL150mL的蒸的蒸馏水，使其充分溶解，待用。水，使其充分溶解，待用。373 3、配制海藻酸、配制海藻酸钠溶液溶液38操作：操作： 称取
18、称取0.7g0.7g海藻酸海藻酸钠，放入，放入50mL50mL小小烧杯中杯中. .加人加人10mL10mL水，用酒精灯加水，用酒精灯加热，边加加热边搅拌，将海藻酸拌，将海藻酸钠调成糊状，直至成糊状，直至完全溶化，用蒸完全溶化，用蒸馏水定容至水定容至10mL10mL。注意，加。注意，加热时要用小火，或者要用小火，或者间断加断加热，反复几次，直到海藻酸，反复几次，直到海藻酸钠溶化溶化为止止39 加加热使海藻酸使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一溶化是操作中最重要的一环，涉及到，涉及到实验的成的成败，一定要按照教材的提示，一定要按照教材的提示进行操作。海藻酸行操作。海藻酸钠的的浓度涉及到固定化度涉及到固
19、定化细胞的胞的质量。如果海藻酸量。如果海藻酸钠浓度度过高，将很高，将很难形成凝胶珠；如果形成凝胶珠；如果浓度度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少，影响胞的数目少，影响实验效果。效果。应当注意什么当注意什么问题？404 4、海藻酸、海藻酸钠溶液与酵母溶液与酵母细胞混合胞混合 将溶化好的海藻酸将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入已活化的醉母溶液冷却至室温，加入已活化的醉母细胞，胞，进行充分行充分搅拌，使其混合均匀，再拌，使其混合均匀，再转移至注射移至注射器中。器中。为什么海藻酸什么海藻酸钠溶液要冷却？溶液要冷却？41425 5、固定化酵母、固定化酵母细胞胞 以
20、恒定的速度以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到配制好的慢地将注射器中的溶液滴加到配制好的Cacl2Cacl2溶液中，溶液中，观察液滴在察液滴在Cacl2Cacl2溶液中形成凝胶溶液中形成凝胶珠的情形。将珠的情形。将这些凝胶珠在些凝胶珠在Cacl2Cacl2溶液中浸泡溶液中浸泡30 min30 min左右。左右。 你知道你知道还有什么地方可以用到有什么地方可以用到氯化化钙？4344 刚形成的凝胶珠形成的凝胶珠应在在CaCl2CaCl2溶液中浸泡一段溶液中浸泡一段时间，以便形成，以便形成稳定的定的结构。构。 检验凝胶珠的凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列方法：量是否合格，可以使用下列方法： 一
21、是用一是用镊子子夹起一个凝胶珠放在起一个凝胶珠放在实验桌上用手桌上用手挤压，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，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。成功。 二是在二是在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很容易桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很容易弹起，也能表明制起，也能表明制备的凝胶珠是成功的。的凝胶珠是成功的。45这一一阶段成功与否呢？怎段成功与否呢？怎样评价？价？观察凝胶珠的察凝胶珠的颜色和形状色和形状:如果制作的凝胶珠如果制作的凝胶珠颜色色过浅、呈白色，浅、呈白色，说明海藻酸明海藻酸钠的的浓度偏低，固定的酵母度偏低，固定的酵母细胞数目胞数目较少；
22、如果形成的凝胶珠不是少；如果形成的凝胶珠不是圆形或形或椭圆形，形，则说明海藻酸明海藻酸钠的的浓度偏高，制作失度偏高，制作失败，需要再作，需要再作尝试。46（二）用固定化（二）用固定化细胞胞发酵酵1 1、将固定好的酵母、将固定好的酵母细胞胞( (凝胶珠凝胶珠) )用蒸用蒸馏水冲洗水冲洗2-32-3次。次。 2 2、 将将150mL150mL质量分数量分数为10%10%的葡萄糖溶液的葡萄糖溶液转移到移到200mL200mL的的锥形瓶中，再加入固定好的酵母形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于胞，置于2525下下发酵酵24h24h。4748这一一阶段成功与否呢？怎段成功与否呢？怎样评价？价？观察察发酵
23、的葡萄糖溶液；酵的葡萄糖溶液；利用固定的酵母利用固定的酵母细胞胞发酵酵产生酒精，可以看到生酒精，可以看到产生了很多气泡，同生了很多气泡，同时会会闻到酒味。到酒味。还有其他方法有其他方法吗？49请思考思考课后后练习 P5250类型类型优点优点不足不足直接使用直接使用酶酶催化效率高，低耗能、低污染等。催化效率高，低耗能、低污染等。对环境条件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很难回收，不能对环境条件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本；反应后酶会混在产物中，可能被再次利用，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。影响产品质量。固定化酶固定化酶酶既能与反应
24、物接触，又能与产物分离，同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被反复利用。时，固定在载体上的酶还可以被反复利用。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，很多产物的形成都通过一系列的酶促反应才能得到的。形成都通过一系列的酶促反应才能得到的。51固定化固定化细胞细胞成本低，操作更容易。成本低，操作更容易。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。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。类型类型优点优点不足不足52练习:1、制、制备固定化酵母固定化酵母细胞的胞的过程中程中错误的
25、是（的是（ ）A、取干酵母，加入蒸、取干酵母，加入蒸馏水，使其活化水，使其活化B、配制海藻酸、配制海藻酸钠时，加，加热用大火，直到海藻酸用大火，直到海藻酸钠溶化溶化为止止C、将溶化好的海藻酸、将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入已活化的酵母溶液冷却至室温，加入已活化的酵母细胞胞D、将凝胶珠在、将凝胶珠在Cacl2溶液中浸泡溶液中浸泡30 min左右左右532、下列叙述不正确的是（、下列叙述不正确的是（ ）A、从操作角度来考、从操作角度来考虑，固定化，固定化细胞比固定化胞比固定化酶容易容易B、固定化、固定化细胞比固定化胞比固定化酶对酶的活性影响更小的活性影响更小C、固定化、固定化细胞固定的是一种胞固定的是一种酶D、将微生物的、将微生物的发酵酵过程程变成成连续的的酶反反应应选择固定化固定化细胞技胞技术54
