酵母细胞的固定化.ppt

1、一、课题目标 2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。1说出固定化酶和固定化细胞的作用和原理。在食品、化工、轻纺、医药等领域大规模使用酶制剂，说明酶制剂使用有很多优点，你能举出一些例子吗？催化效率高、低能耗、低污染等。酶制剂的使用有缺点吗？你能举出一些例子吗？酶制剂存在的缺陷：如果你是工程技术人员，你如何解决这个问题？1、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，不能被再次利用，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。将酶固定在不溶于水的载体上。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

2、用。利用固定化酶技术生产“高果糖浆”。利用物理或化学方法将酶固定在一定空间的技术。固定化酶的应用实例1、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：作用：特点：葡萄糖异构酶酶稳定性好，可持续发挥作用将葡萄糖转化为果糖酶溶于葡萄糖溶液后，就无法从糖浆中回收，造成很大的浪费。缺点：3、改进：固定化酶技术 4、具体做法：5、

3、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。在生产实际中使用固定化酶技术有无不足?如有不足,怎么办?有。一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实际中很多产物的形成都通过一系列的酶促反应才能进行，所以操作比较麻烦。可采用固定化细胞技术。二、固定化细胞技术1、概念：利用物理或化学方法将细胞固定在一定空间的技术。细胞中含有一系列酶，在细胞正常生命活动的过程中，通过代谢产生所需要的代谢产物。固定化酶和固定化细胞：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。将酶（或细胞）包埋在细微网格里将酶（或细胞）相互连接起来将酶（或细胞）吸附在载体表面上包埋法化学结合法物理吸附法

4、（一）固定化细胞技术细胞固定化常用：酶固定化常用：包埋法化学结合法物理吸附法原因细胞体积大，而酶分子很小，体积大的细胞难以被吸附或结合；而体积小的酶容易从包埋材料中漏出包埋法化学结合法或物理吸附法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？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？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酰胺

5、等。1、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载体中。2、包埋时常用的载体包括：海藻酸钠：一种天然多糖，是由海带中提取的天然多糖碳水化合物，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、良好的生物相容性使其适于作为释放或包埋药物。取1g干酵母，放入50ml的小烧杯中，加入蒸馏水10ml，用玻璃棒搅拌，使酵母细胞混合均匀，成糊状，放置1h左右使其活化.1、酵母细胞的活化：在缺水状态下，微生物处于休眠状态。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。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体积足够大的容器，以避免酵母

6、细胞的活化液溢出容器外。1、酵母细胞的活化：2、配制物质的量浓度0.05mol/L的CaCl2溶液称取无水Cacl2 0.83g。放入200mL的烧杯中，加入150mL的蒸馏水，使其充分溶解，待用。为什么要用蒸馏水，而不用自来水？称取0.7g海藻酸钠，放入50mL小烧杯中.加人10mL水，用酒精灯加热，边加热边搅拌，将海藻酸钠调成糊状，直至完全溶化，用蒸馏水定容至10mL。注意，加热时要用小火，或者间断加热，反复几次，直到海藻酸钠溶化为止3、配制海藻酸钠溶液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。4、海藻酸钠溶液与酵母细胞混合将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入已活化的醉

7、母细胞，进行充分搅拌，使其混合均匀，再转移至注射器中。以免海藻酸钠温度过高杀死酵母菌为什么要将海藻酸钠冷却至室温？5、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配制好的Cacl2溶液中，观察液滴在Cacl2溶液中形成凝胶珠的情形。将这些凝胶珠在Cacl2溶液中浸泡30 min左右。CaCl2溶液有什么作用？使胶体聚沉，凝胶珠形成稳定的结构。检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列方法。形成条状，不是圆形或是椭圆形。海藻酸钠浓度过 导致针头粘着，不易形成滴状下落。颜色过浅、呈白色。海藻酸钠浓度过 。凝胶珠包埋的酵母细胞的少。正常：高低圆形或椭圆形，淡黄色一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验

8、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。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。（二）用固定化细胞发酵1、将固定好的酵母细胞(凝胶珠)用蒸馏水冲洗2-3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下发酵24h。思考：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。酵母菌进行无氧呼吸产生的。需要。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？类型优点不足直接使用酶固定化酶固定化细胞练习：

9、1催化效率高，低耗能、低污染等。对环境条件非常敏感，易失活；溶液中的酶难回收，不能再次利用，生产成本高；反应后酶会混在产物中，可能影响产品质量、纯度。酶既能与反应物接触，又能与产物分离，固定在载体上的酶可以反复利用。一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物的形成都通过一系列的酶促反应才能得到的。成本更低，操作更容易。可进行系列反应固定后细胞内的酶与反应物不容易接近，可能导致反应效果下降等。3.目前，还没有一种固定化技术能普遍适用于所有的酶。在实际应用中，需要根据各种酶的特性，探索出最佳的固定化途径，你能解释为什么很难找到一种普遍适用的固定酶的方法吗？课堂小结1.1.使用固定化细胞的

10、优点是使用固定化细胞的优点是()()A.A.能催化大分子物质的水解能催化大分子物质的水解 B.B.可催化一系列化学反应可催化一系列化学反应 C.C.与反应物易接近与反应物易接近 D.D.有利于酶在细胞外发挥作用有利于酶在细胞外发挥作用B2.2.研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的。如将从大肠杆菌得到的磷酸三酯酶固定到尼途的。如将从大肠杆菌得到的磷酸三酯酶固定到尼龙膜上制成制剂，可以用来降解残留在土壤中的有龙膜上制成制剂，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，其作用不需要适机磷农药，与用微生物降解相比，其作用不需要适宜的（宜

11、的（）A.A.温度温度 B.PH C.B.PH C.水分水分 D.D.营养营养D3.3.下列固定化酶和固定化细胞叙述，正确的是（）下列固定化酶和固定化细胞叙述，正确的是（）A.A.反应产物对固定化酶的活性没有影响反应产物对固定化酶的活性没有影响 B.B.实验室常用吸附法制备固定化酵母细胞实验室常用吸附法制备固定化酵母细胞 C.C.若发酵底物是大分子，则固定化细胞优于固定化酶若发酵底物是大分子，则固定化细胞优于固定化酶 D.D.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 D4.4.有关有关“酵母细胞固定化酵母细胞固定化”实验的叙述，错误的实验的叙述

12、，错误的是（是（）A.A.配置海藻酸钠溶液时，应小火或间断加热，以配置海藻酸钠溶液时，应小火或间断加热，以免出现焦糊现象免出现焦糊现象B.B.待海藻酸钠溶液冷却至室温再与活化的酵母菌待海藻酸钠溶液冷却至室温再与活化的酵母菌溶液混合搅匀溶液混合搅匀C.C.凝胶珠在凝胶珠在NaClNaCl溶液中浸泡溶液中浸泡3030分钟，有利于凝胶分钟，有利于凝胶珠结构稳定珠结构稳定D.10%D.10%的葡萄糖溶液为固定化酵母细胞的发酵提的葡萄糖溶液为固定化酵母细胞的发酵提供营养和适宜的渗透压供营养和适宜的渗透压C C5.5.下图下图1 1表示制备固定化酵母细胞的某步操作，图表示制备固定化酵母细胞的某步操作，图2

13、 2是利用固定是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图，请据图分析回答：化酵母细胞进行酒精发酵的示意图，请据图分析回答：（1 1）图）图1 1中，将溶化好的海藻酸钠溶液中，将溶化好的海藻酸钠溶液 ，加入已，加入已活化的酵母细胞，充分搅拌，使其混合均匀，再转移至注射器中。活化的酵母细胞，充分搅拌，使其混合均匀，再转移至注射器中。（2 2）图）图1 1中中X X溶液为溶液为 ，其作用是，其作用是 。（3 3）某同学在图）某同学在图1 1步骤结束后得到下图所示的实验结果，出现此步骤结束后得到下图所示的实验结果，出现此结果的可能原因有海藻酸钠浓度过结果的可能原因有海藻酸钠浓度过 （“高高”或或“低低”

14、）或注）或注射器中的混合液推进速度过射器中的混合液推进速度过 （“快快”或或“慢慢”）。）。冷却至室温冷却至室温CaClCaCl2 2溶液溶液 使海藻酸钠形成凝胶珠使海藻酸钠形成凝胶珠 高高快快（4 4）图）图1 1中制备的凝胶珠用中制备的凝胶珠用 后再转后再转移到图移到图2 2装置中，发酵过程中搅拌的目的装置中，发酵过程中搅拌的目的是是 。（5 5）研究表明使用固定化酵母的酒精产量平均值高研究表明使用固定化酵母的酒精产量平均值高于游离酵母的对照组，可能的原因是于游离酵母的对照组，可能的原因是 。蒸馏水洗涤蒸馏水洗涤为了使培养液与酵母菌充分接触为了使培养液与酵母菌充分接触凝胶珠内部容易产生无氧凝胶珠内部容易产生无氧环境，有利于酒精发酵环境，有利于酒精发酵