酵母细胞的固定化定课件.pptx

1、阅读课题背景并思考：1、直接使用酶制剂酶制剂在应用中各有什么优、缺点？如何解决使用酶制剂时的缺陷？2、固定化酶技术固定化酶技术在应用中各有什么优、缺点？如何解决使用固定化酶技术在应用时的缺陷？3、固定化细胞固定化细胞在应用中各有什么优、缺点？1 1、直接使用酶制剂、直接使用酶制剂天然酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶天然酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶 剂等条件非常敏感，剂等条件非常敏感，容易失活容易失活溶液中酶溶液中酶很难回收很难回收，不能再次利用，不能再次利用，提高提高了生产成本了生产成本反应后，反应后，酶会混在产物中酶会混在产物中，影响产品质量，影响产品质量，难以在工业生产中广泛应用难以在

2、工业生产中广泛应用（1 1）优点优点（2 2）缺点缺点催化效率高、低耗能、低污染催化效率高、低耗能、低污染，大规模地应用于食，大规模地应用于食品、化工等各个领域品、化工等各个领域（3 3）解决方案解决方案将酶固定在不溶于水的载体上。将酶固定在不溶于水的载体上。酶既酶既能与反应物接触能与反应物接触，又，又能与产物分离能与产物分离，同时，固，同时，固定在载体上的酶还可以被定在载体上的酶还可以被反复利用反复利用。缺点缺点 一种酶只能催化一种化学反应，而在实际生产中，一种酶只能催化一种化学反应，而在实际生产中，很多产物的形成是通过很多产物的形成是通过一系列的酶促反应一系列的酶促反应才能得到。才能得到。

3、利用固定化酶技术生产利用固定化酶技术生产“高果糖浆高果糖浆”。固定化酶的应用实例：固定化酶的应用实例：生产高果糖浆生产高果糖浆1 1、什么是高果糖浆？使用它有何好处？、什么是高果糖浆？使用它有何好处？高果糖浆是果糖含量为42%左右的糖浆。作为蔗糖的替代品，高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖尿病、龋齿和心血管病，对人的健康有利。再思考：果糖属于什么糖?果糖是一种：单糖 分子式：C6H12O62、生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什么？这种酶有何特点？直接使用酶时有什么缺点？生产高果糖浆需要：生产高果糖浆需要：作用：作用：特点：特点：直接使用酶时的缺点：直接使用酶时的缺点：葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶酶

4、稳定性好，可持续发挥作用酶稳定性好，可持续发挥作用将葡萄糖转化为果糖将葡萄糖转化为果糖酶溶于葡萄糖溶液后，就无法酶溶于葡萄糖溶液后，就无法从糖浆中回收，从糖浆中回收，造成很大的浪造成很大的浪费。费。3 3、改进：、改进：固定化酶技术固定化酶技术 4 4、具体做法：、具体做法：5 5、优点：、优点：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品质。提高了果糖的产量和品质。将150ml质量分数为10的葡萄糖溶液转移至200ml的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于25C下发酵24h思考 1、发酵过程中锥形瓶为什么要密封？1g干酵母10mL蒸馏水50mL烧杯搅拌均匀放置1h，使之活

5、化。1、直接使用酶制剂在应用中各有什么优、缺点？如何解决使用酶制剂时的缺陷？2、固定化酶技术在应用中各有什么优、缺点？如何解决使用固定化酶技术在应用时的缺陷？酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。2、固定化酶技术在应用中各有什么优、缺点？如何解决使用固定化酶技术在应用时的缺陷？思考为什么要用蒸馏水，而不用自来水？1g干酵母10mL蒸馏水50mL烧杯搅拌均匀放置1h，使之活化。7g海藻酸钠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。7g海藻酸钠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。1、什么是高果糖浆？使用它

6、有何好处？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。且形成的凝胶珠可能带细丝尾巴。刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。思考 2、锥形瓶中的气泡和酒精是怎么形成的？（二）观察发酵的葡萄糖溶液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。3、固定化细胞在应用中各有什么优、缺点？将细胞固定在一定空间内的技术。将细胞固定在一定空间内的技术。成本低、操作容易、成本低、操作容易、对酶活性的影响更小、可以催对酶活性的影响更小、可以催化一系列的反应、容易回收化一系列的反应、容易回收缺点缺点固定后的固

7、定后的细胞与反应物不容易接近细胞与反应物不容易接近，可能导致反应可能导致反应效果下降，效果下降，由于由于大分子物质难以自由通过细胞膜大分子物质难以自由通过细胞膜，因此固定化细胞的因此固定化细胞的应用也受到限制。应用也受到限制。二、酶和细胞固定化方法二、酶和细胞固定化方法(看课本看课本P P5050）思考：固定化酶或固定化细胞指什么？思考：固定化酶或固定化细胞指什么？可以采取哪些方法进行固定？各有什么利弊？可以采取哪些方法进行固定？各有什么利弊？物理吸附法物理吸附法包埋法包埋法化学结合法化学结合法 1 1、固定化酶或固定化细胞：、固定化酶或固定化细胞：指利用指利用物理或化学方法物理或化学方法将酶

8、或细胞固定在一定空间将酶或细胞固定在一定空间内的技术。内的技术。2 2、方法：、方法：将酶（或细胞）包埋在细微网格里将酶（或细胞）相互结合，或将其结合到载体上。将酶（或细胞）吸附在载体表面上包埋法化学结合法物理吸附法固定化酶或固定化细胞采取的方法固定化酶或固定化细胞采取的方法【比较比较】酶和细胞的固定方法和特点酶和细胞的固定方法和特点酶分子很小，酶分子很小，容易从包埋材料中漏容易从包埋材料中漏出。出。细胞体积大，细胞体积大，难以被吸附或结合。难以被吸附或结合。思考思考1对固定酶的作用影响较小的固定方对固定酶的作用影响较小的固定方法是什么？法是什么？思考思考2将谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸的发将谷氨

9、酸棒状杆菌生产谷氨酸的发酵过程变为连续的酶反应，应当固定（酶、酵过程变为连续的酶反应，应当固定（酶、细胞细胞）。）。吸附法。吸附法。三、实验操作：包埋法固定细胞三、实验操作：包埋法固定细胞明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。酰胺等。1 1、包埋法固定细胞：、包埋法固定细胞：即将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性即将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中。载体中。2 2、包埋时常用的载体包括：、包埋时常用的载体包括：海藻酸钠：海藻酸钠：一种天然一种天然多糖多糖，是由海带中提取的天然多糖碳水化合是由海带中提取的天然多糖碳水化合物，可

10、作为食用的食品添加剂，也可作为支架材料用物，可作为食用的食品添加剂，也可作为支架材料用于医学用途，其温和的溶胶凝胶过程、良好的生物相于医学用途，其温和的溶胶凝胶过程、良好的生物相容性使其适于作为释放或包埋药物。容性使其适于作为释放或包埋药物。三、实验操作三、实验操作1、酵母、酵母细胞的活化：细胞的活化：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处于休眠状态的微生物重新恢复正常生活状态的过程。程。1g1g干酵母干酵母10mL10mL蒸馏水蒸馏水50mL50mL烧杯烧杯搅拌均匀搅拌均匀放放置置1h1h，使之活

11、化。，使之活化。思考思考活化是指什么？活化是指什么？酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应该选择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体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出容器外。容器外。2 2、配制物质的量浓度为、配制物质的量浓度为0.05mol/L0.05mol/L的的CaClCaCl2 2溶液：溶液：0.83gCaCl0.83gCaCl2 2150mL150mL蒸馏水蒸馏水200mL200mL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？溶解物质要彻底。溶解物质要彻底。3、固定化

12、细胞在应用中各有什么优、缺点？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是成功的防止自来水中各种离子影响实验结果思考 1、发酵过程中锥形瓶为什么要密封？如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形：将150ml质量分数为10的葡萄糖溶液转移至200ml的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于25C下发酵24h1、包埋法固定细胞：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。（二）观察发酵的葡萄糖溶液加热时要用小火，或者间断加热，并搅拌，反复几次，直到海藻酸钠溶化为止将150ml质量分数为10的葡萄糖溶液转移至200ml的锥形瓶中，再加入固

13、定好的酵母细胞，置于25C下发酵24h83gCaCl2150mL蒸馏水200mL烧杯溶解备用。思考1对固定酶的作用影响较小的固定方法是什么？1、包埋法固定细胞：将细胞固定在一定空间内的技术。洗去凝胶珠表面多余的CaCl2溶液。将150ml质量分数为10的葡萄糖溶液转移至200ml的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于25C下发酵24h防止自来水中各种离子影响实验结果酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。指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。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。3 3、配制海藻酸钠溶液、配制海藻酸钠溶液0.7g海藻酸钠海藻

14、酸钠10mL水水50mL烧杯烧杯酒精灯酒精灯微火（或间断）加热，并不断搅拌，使之溶化微火（或间断）加热，并不断搅拌，使之溶化蒸馏水定容到蒸馏水定容到10mL。加热时要用加热时要用小火小火，或者，或者间断加热间断加热，并搅拌，反复几，并搅拌，反复几次，直到海藻酸钠溶化为止次，直到海藻酸钠溶化为止思考思考为什么要用小火或间断加热，并不断搅拌？为什么要用小火或间断加热，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。将溶化好的海藻酸钠溶液将溶化好的海藻酸钠溶液冷却冷却至室温，加入至室温，加入以活化的酵母细胞，进行充分以活化的酵母细胞，进行充分搅拌搅拌，再转移，再转移至注射器中至注射器中以免海

15、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，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。使两者混合均匀，以免影响实验结果的观察。以恒定的速度缓慢的将注射器中的溶液滴加以恒定的速度缓慢的将注射器中的溶液滴加CaClCaCl2 2溶液中，将形成的凝胶珠在溶液中，将形成的凝胶珠在CaClCaCl2 2溶液中浸泡溶液中浸泡30min30min左右。左右。思考思考 CaCl CaCl2 2溶液有什么作用？溶液有什么作用？使胶体聚沉，凝胶珠形成稳

16、定的结构。使胶体聚沉，凝胶珠形成稳定的结构。滴加注射器中的溶液时，速度一定要恒定且缓慢，滴加注射器中的溶液时，速度一定要恒定且缓慢，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。（二）用固定化酵母细胞发酵（二）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2 23 3次。次。将将150ml150ml质量分数为质量分数为1010的葡萄糖溶液转移至的葡萄糖溶液转移至200ml200ml的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于2525C C下发酵下发酵24h24h思考思考 1 1、

17、为什么要用蒸馏水冲洗凝胶珠？、为什么要用蒸馏水冲洗凝胶珠？洗去凝胶珠表面多余的洗去凝胶珠表面多余的CaClCaCl2 2溶液。溶液。以免对实验造成影响。以免对实验造成影响。思考思考 2 2、葡萄糖在这里有什么用？、葡萄糖在这里有什么用？既可以既可以作为发酵底物作为发酵底物，也作为酵母菌细胞的，也作为酵母菌细胞的营养物质营养物质。1 1、海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质量。、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如果海藻酸钠浓度过高高：四、特别注意：四、特别注意：将很难形成凝胶珠。将很难形成凝胶珠。高浓度海藻酸钠只能用粗针头注高浓度海藻酸钠只能用粗针头注射，针头粗也会粘着，难

18、促使形成液滴。且高浓度海射，针头粗也会粘着，难促使形成液滴。且高浓度海藻酸钠不易形成滴状下落，形成条状，不是圆形或是藻酸钠不易形成滴状下落，形成条状，不是圆形或是椭圆形，品相极差，并且凝胶珠容易破裂。椭圆形，品相极差，并且凝胶珠容易破裂。形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少。形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少。因为包埋因为包埋不紧密，细胞容易从包埋材料中漏出。且形成的凝胶不紧密，细胞容易从包埋材料中漏出。且形成的凝胶珠珠可能带细丝尾巴。可能带细丝尾巴。如果浓度过如果浓度过低低：将150ml质量分数为10的葡萄糖溶液转移至200ml的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于25C下发酵24h二是

19、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是成功的检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列方法。提高了果糖的产量和品质。以免海藻酸钠温度过高杀死酵母菌分子式：C6H12O6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（二）观察发酵的葡萄糖溶液既可以作为发酵底物，也作为酵母菌细胞的营养物质。思考 2、葡萄糖在这里有什么用？（二）观察发酵的葡萄糖溶液将细胞固定在一定空间内的技术。7g海藻酸钠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。说明海藻酸钠的浓度偏低，固定的酵母细胞数目较少；将细胞固定在一定空间内的技术。

20、使胶体聚沉，凝胶珠形成稳定的结构。二、酶和细胞固定化方法(看课本P50）利用固定化酶技术生产“高果糖浆”。（二）用固定化酵母细胞发酵2、生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什么？这种酶有何特点？直接使用酶时有什么缺点？思考1对固定酶的作用影响较小的固定方法是什么？（一）制备固定化酵母细胞酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列方法。高浓度海藻酸钠只能用粗针头注射，针头粗也会粘着，难促使形成液滴。利用固定化酶技术生产“高果糖浆”。将酶固定在不溶于水的载体上。明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构

21、。明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。2、固定化酶技术在应用中各有什么优、缺点？如何解决使用固定化酶技术在应用时的缺陷？且形成的凝胶珠可能带细丝尾巴。（二）观察发酵的葡萄糖溶液3、固定化细胞在应用中各有什么优、缺点？2、固定化酶技术在应用中各有什么优、缺点？如何解决使用固定化酶技术在应用时的缺陷？酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。且形成的凝胶珠可能带细丝尾巴。思考 1、发酵过程中锥形瓶为什么要密封？（二）观察发酵的葡萄糖溶液（二）观察发酵的葡萄糖溶液（一）制备固定化酵母细胞（二）观察发酵的葡萄糖溶液刚形成的凝胶珠应在刚形成的凝胶珠应在CaClCaCl2 2溶液中浸泡一段时溶液中浸泡一

22、段时间，以便形成稳定的结构。检验凝胶珠的质量间，以便形成稳定的结构。检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列方法。一是是否合格，可以使用下列方法。一是用镊子夹用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，如果凝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，就表明凝胶胶珠不容易破裂，没有液体流出，就表明凝胶珠的制作成功。珠的制作成功。二是二是在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠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是成功的很容易弹起，也能表明制备的凝胶珠是成功的2 2、酵母细胞的固定化、酵母细胞的固定化（一）观察凝胶珠的颜色和形状（一）观察凝胶珠的

23、颜色和形状五、结果分析与评价五、结果分析与评价（二）观察发酵的葡萄糖溶液（二）观察发酵的葡萄糖溶液如果制作的如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色：凝胶珠颜色过浅、呈白色：说明海藻酸钠的浓度偏说明海藻酸钠的浓度偏低低，固定的酵母，固定的酵母细胞数目较少细胞数目较少；如果如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形：形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形：说明海藻酸钠的浓度偏高。说明海藻酸钠的浓度偏高。二者都说明制作失败，需要再作尝试。二者都说明制作失败，需要再作尝试。利用固定的酵母细胞发酵产生酒精，可以看到产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，同时会闻到酒味生了很多气泡，同时会闻到酒味思考思考 1 1

24、、发酵过程中锥形瓶为什么要密封？、发酵过程中锥形瓶为什么要密封？酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。思考思考 2 2、锥形瓶中的气泡和酒精是怎么形成的？、锥形瓶中的气泡和酒精是怎么形成的？酵母菌进行无氧呼吸产生的酵母菌进行无氧呼吸产生的本本节节结结束束并做好复习！并做好复习！请完成习题请完成习题阅读课题背景并思考：1、直接使用酶制剂酶制剂在应用中各有什么优、缺点？如何解决使用酶制剂时的缺陷？2、固定化酶技术固定化酶技术在应用中各有什么优、缺点？如何解决使用固定化酶技术在应用时的缺陷？3、固定化细胞固定化细胞在应用中各有什么优、缺点？（3 3）解决方案解决方案三、实验操作

25、：包埋法固定细胞三、实验操作：包埋法固定细胞明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。酰胺等。1 1、包埋法固定细胞：、包埋法固定细胞：即将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性即将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中。载体中。2 2、包埋时常用的载体包括：、包埋时常用的载体包括：05mol/L的CaCl2溶液：将150ml质量分数为10的葡萄糖溶液转移至200ml的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于25C下发酵24h酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。将150ml质量分数为10的葡萄糖溶液转移至200ml的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细

26、胞，置于25C下发酵24h（二）观察发酵的葡萄糖溶液说明海藻酸钠的浓度偏低，固定的酵母细胞数目较少；二者都说明制作失败，需要再作尝试。利用固定化酶技术生产“高果糖浆”。防止自来水中各种离子影响实验结果（二）观察发酵的葡萄糖溶液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。洗去凝胶珠表面多余的CaCl2溶液。将酶（或细胞）吸附在载体表面上酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。洗去凝胶珠表面多余的CaCl2溶液。4、海藻酸钠溶液和酵母细胞混合刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。（二）观察发酵的葡萄糖溶液提高了果糖的产量和品质

27、。指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。【比较】酶和细胞的固定方法和特点思考1对固定酶的作用影响较小的固定方法是什么？酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。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。将150ml质量分数为10的葡萄糖溶液转移至200ml的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于25C下发酵24h7g海藻酸钠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。固定后的细胞与反应物不容易接近，可能导致反应效果下降，由于大分子物质难以自由通过细胞膜，因此固定化细胞的应用也受到限制。3、固定化细胞在应

28、用中各有什么优、缺点？防止自来水中各种离子影响实验结果说明海藻酸钠的浓度偏低，固定的酵母细胞数目较少；2、生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什么？这种酶有何特点？直接使用酶时有什么缺点？且高浓度海藻酸钠不易形成滴状下落，形成条状，不是圆形或是椭圆形，品相极差，并且凝胶珠容易破裂。溶液中酶很难回收，不能再次利用，提高了生产成本且形成的凝胶珠可能带细丝尾巴。（二）用固定化酵母细胞发酵作为蔗糖的替代品，高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖尿病、龋齿和心血管病，对人的健康有利。7g海藻酸钠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。防止自来水中各种离子影响实验结果检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列方法。酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。且形成的凝胶珠可能带细丝尾巴。明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。思考 2、葡萄糖在这里有什么用？