酵母细胞的固定化

四川省南部中学马彦平温故而知新：酶制剂蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶温度酸碱度表面活性剂等1、洗衣粉中添加________可以更有效地清除顽渍。常用的酶制剂有四类。2、影响酶活性的因素有_______、________和。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，你能思考后举出一些吗？催化效率高、低耗能、低污染，大规模地应用于食品、化工等各个领域。酶制剂的使用有缺点吗？你能思考后举出一些吗？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；酶制剂存在的缺陷：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。如果你是工程技术人员，你如何解决这个问题？固定化酶技术和固定化细胞技术2、初步学会制备固定化酵母细胞。1、举例说明固定化酶和固定化细胞的应用。（一）固定化酶的应用实例一、基础知识：阅读教P49，并思考：1、生产高果糖浆的方法是什么？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？3、了解高果糖浆生产过程。4、这种方法的优点是什么？固定化酶技术。即将酶固定在一定空间内的技术（如固定在不溶于水的载体上）。1、生产高果糖浆的方法是？生产高果糖浆需要葡萄糖异构酶；其作用是将葡萄糖转化为果糖；这种酶稳定性好，可持续发挥作用。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？3、固定化酶技术生产高果糖浆的过程：注意反应柱的各部分名称。你能说出这种方法的优点吗？生产流程:含淀粉的浆液α-淀粉酶糊精糖化酶葡萄糖葡萄糖异构酶葡萄糖的异构化42%～45%转化成果糖果葡糖浆果糖和葡萄糖分离葡萄糖再次异构化反复多次果糖含量70%～90%高果糖浆固定化酶技术的优点：（1）使酶既能与反应物接触，又能与产物分离；（2）固定在载体上的酶可以被反复利用。4、这种方法的优点是什么？在生产实际中使用固定化酶技术的不足：一种酶只能催化某一种或某一类的化学反应，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。怎么办?可采用固定化细胞技术。练习：1、下列说法不正确的是（）A、葡萄糖与固定化葡萄糖异构酶接触，转化成的是果糖B、从固定化酶反应柱下端流出的是果糖C、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D、酶溶解于葡萄糖溶液，可以从糖浆中回收D一、基础知识：阅读教P50：思考第二段的问题（二）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内的技术。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。2.将酶或细胞固定化的方法将酶（或细胞）包埋在细微网格里将酶（或细胞）相互连接起来或将其接合到载体上将酶（或细胞）吸附在载体表面上包埋法化学结合法物理吸附法酶和细胞固定方法的选择①酶适合采用化学结合和物理吸附法固定②细胞适合采用包埋法固定（1）、方法（2）、原因①细胞个大，酶分子很小②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3、固定化细胞常用的载体常用的不溶于水的多孔性载体有哪些？明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺等海藻酸钠聚丙烯酰胺.从操作角度来考虑，你认为哪种方法更容易？•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技术固定化酶技术和固定化细胞技术这两种方法.固定化细胞固定的是一种酶还是一系列酶？.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？一系列酶固定化细胞技术不能大分子物质难以通过细胞膜固定化酶技术.为什么？.那应该采用何种技术?.如果反应底物是大分子物质，能否用固定化细胞技术?1.酶的固定方法不包括()。A.将酶吸附在固体表面上B．将酶相互连接起来C．将酶包埋在细微网格里D．将酶制成固体酶制剂，如加酶洗衣粉中的酶D2、固定化细胞的优点是()。A.能催化大分子物质的水解B.可催化一系列化学反应C.与反应物易接近D.有利于酶在细胞外发挥作用B酵母细胞的固定化的视频酵母细胞的固定化的视频酵母细胞的固定化的视频酵母细胞的固定化的视频二、发酵操作流程：酵母细胞加水活化配制CaCl2溶液配制海藻酸钠溶液将海藻酸钠溶液与酵母细胞混合固定化酵母细胞冲洗凝胶珠酒精发酵三、实验操作（一）制备固定化酵母细胞阅读P50~51思考下列问题：（1）制备过程包括哪几个步骤？（2）你认为哪个步骤的操作是最重要的一环？（3）各步骤应当分别注意什么问题？〖思考1〗活化是指什么？（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。三、实验操作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。（一）制备固定化酵母细胞〖思考2〗你认为酵母的活化操作有哪些注意事项？1、所用容器要大一些；2、要保证酵母菌的活性；3、物种要单一；4、注意水的用量。（2）配制CaCl2溶液：0.83gCaCl2＋150mL蒸馏水→200mL烧杯→溶解备用。防止海藻酸钠焦糊。（3）配制海藻酸钠溶液:（注意浓度）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。〖思考3〗微火加热并不断搅拌的目的是什么？应当注意什么问题？〖思考4〗加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环，涉及到实验的成败，一定要按照教材的提示进行操作。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高，将很难形成凝胶珠；如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少，影响实验效果。(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5〗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CaCl2溶液中，形成凝胶珠状颗粒。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。检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列方法：一是用镊子夹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。这一阶段成功与否呢？怎样评价？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）．固定化酵母细胞的发酵（6）冲洗：将固定的酵母细胞凝胶珠用蒸馏水冲洗2～3次。三、实验操作（7）发酵：150mL10％葡萄糖＋固定化酵母细胞→200mL锥形瓶→密封→25℃发酵24h。〖思考6〗发酵过程中锥形瓶为什么要密封？〖思考7〗锥形瓶中的气泡和酒精是怎样形成的？〖思考8〗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。这一阶段成功与否呢？怎样评价？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。还有其他方法吗？课堂小结：•基础知识固定化酶的应用技术固定化细胞技术.实验操作制备固定化酵母细胞用固定化酵母细胞发酵练习：1、下列说法不正确的是（）A、葡萄糖与固定化葡萄糖异构酶接触，转化成的是果糖B、从固定化酶反应柱下端流出的是果糖C、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D、酶溶解于葡萄糖溶液，可以从糖浆中回收D2、如果反应物是大分子物质，采用那种方法催化受限制()。A．直接使用酶B．使用化学方法结合的酶C．使用固定化细胞D．使用物理吸附法固定的酶C3、下列关于酶和细胞的固定叙述不正确的是()。A．酶分子很小，易采用包埋法B．酶分子很小，易采用化学结合或物理吸附法固定的酶C．细胞个大，难被吸附或结合D．细胞易采用包埋法固定A4.关于固定化酶的叙述不正确的是()。A．既能与反应物接触，又能与反应物分离B．固定在载体上的酶可被反复利用C．可催化一系列反应D．酶的活性和稳定性受到限制C5、固定化细胞对酶的活性影响最小，根本原因是()。A．避免了细胞破碎、酶的提取纯化过程B．固定化细胞在多种酶促反应中连续发挥作用C．促化反应结束后，能被吸收和重复利用D．细胞结构保证了各种酶在细胞内化学反应中有效的发挥作用D请思考：课后练习P52第一题三者优点和不足？类型优点不足直接使用酶固定化酶固定化细胞催化效率高，低耗能、低污染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，可能影响产品质量。酶既能与反应物接触，又能与反应物分离，同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形成都通过一系列的酶促反应才能得到。成本低，操作更容易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。