K43《酵母细胞的固定化》课件新人教版选修.ppt

思考：通过课题背景分析，你有何体会？ 优点：催化效率高，低耗能，低污染 问题：对环境敏感，易失活；难收回，提高了生产成本 ；反应后酶混在产物中，影响产品的品质 设想：将酶固定在不容于水的载体上 优点：酶既能与反应物接触，又容易 与反应物分离，可以反复利用 问题：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 是通过一系列的酶促反应才能完成 设想：酶是细胞合成的，能否将合成 酶的细胞直接固定？ 固定化细胞 ：成本低， 操作更容易 酶： 固定化酶 ： 一、课题目标 1说出固定化酶和固定化细胞的作用和原理。 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。 思考：1、如何利用固定 化酶生产高果糖浆的？ 2、有哪些优点？ （一）固定化酶 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 葡萄糖异葡萄糖异 构酶构酶 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 葡萄糖再葡萄糖再 次异构化次异构化 果糖含量果糖含量 70%70%90%90% 果葡糖浆果葡糖浆 果糖和葡萄果糖和葡萄 糖分离糖分离 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 固定化酶的应用实例 反复多次反复多次 3、固定化酶的方 式有哪些？ 固定化技术的定义 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技术， 方法：包括包埋法、化学结合法(将酶分子或细胞相 互结合，或将其结合到载体上)和物理吸附法。 一般来说，酶更适合采用化学结合和物理吸附法固定 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。 固定酶和细胞各适合采用什么方法？为什么？ （二）固定化细胞技术 方法原理适用对对象 1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 2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 3物理 吸附法 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制成固 定化酶 酶 直接使用酶、固定化酶与固定化细胞各有什么优缺点？ 类类型优优点不足 直接使用酶 催化效率高，低耗能 、低污污染等。 对环对环 境条件非常敏感 ，容易失活；溶液中 的酶很难难回收，不能 被再次利用，提高了 生产产成本；反应应后酶 会混在产产物中，可能 影响产产品质质量。 固定化酶 酶既能与反应应物接触 ，又能与产产物分离， 同时时，固定在载载体上 的酶还还可以被反复利 用。 一种酶只能催化一种 化学反应应，而在生产产 实实践中，很多产产物的 形成都通过过一系列的 酶促反应应才能得到的 。 固定化细细胞 成本低，操作更容易 。 固定后的酶或细细胞与 反应应物不容易接近， 可能导导致反应应效果下 降等。 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 实验操作 （一）制备固定化酵母细胞 阅读P5051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？ 1酵母细胞的活化 2配制物质的量浓度为0.05 molL的CaCl2溶液 3配制海藻酸钠溶液 4海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 5固定化酵母细胞 在缺水的状态下，微生物会处于休眠状态。活化就是让 处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。酵母细胞 所需要的活化时间较短，一般需要0.51 h，教师需要提前 做好准备。此外，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。 思考：CaCl2溶液有什么作用？ 酵母细胞的活化 3配制海藻酸钠溶液 思考：配制的海藻酸钠溶液具体作用是什么？ 在加热的过程中，为什么要用小火，或者间断加热？ 包埋酶或细胞 防止焦糊 4海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 5固定化酵母细胞 思考：为什么刚形成的凝胶珠要在CaCl2溶液中 浸泡30min左右？ 如何检验凝胶珠的质量是否合格？ 形成稳定的凝胶珠 说明：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。 （二）用固定化酵母细胞发酵 问题思考：发酵时为什么要将温度控制在25？ 四实验操作结果分析与评价 1观察凝胶珠的颜色和形状 问题思考：如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色， 则说明什么？ 如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明什么 ？ 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。 2观察发酵的葡萄糖溶液 问题思考：当观察到哪些现象时，可说明实验获得 成功？为什么？ 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。 3、固定化酶和固定化细胞技术有哪些？各有什么 优缺点？固定化细胞常用的载体有哪些？ 有包埋法、化学结合法和物理吸附法。 固定化酶分子小更适合采用化学结合法和物理吸附 法，用包埋法却容易从包埋材料中漏出。固定化细 胞因细胞大不易被吸附或结合适宜采用包埋法。 常用载体：明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素 和聚丙烯酰胺等。 4、固定化酶和固定化细胞的原理是什么？ 就是将酶固定在不溶于水的载体上，或 者将微生物细胞均匀地包埋于不溶于水 的多孔性载体上，使酶既能与反应物接 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的技术。 巩固练习 1、酶固定化技术与细胞固定化技术的关系是 A 酶固定化技术是细胞固定化技术的基础 B 细胞固定化技术是酶固定化技术的基础 C 酶固定化技术与细胞固定化技术是同时发展 起来的 D 固定化细胞技术先于酶固定化技术 2、固定化酶技术常采用 A 包埋法 B 化学结合和物理吸附法 C 活化法 D 微囊化法 3、海藻酸钠在水中溶解的速度较慢，需要 经过加热促进其溶解，采用的最好加热方法 是 A 快速加热 B 持续高温加热 C 小火间断加热 D 灼烧加热 4、酵母菌的活化是指 A 让酵母细胞恢复运动状态 B 让酵母细胞在缺水状态下更容