酵母细胞的固定化.ppt

课题课题3 3 酵母细胞的固定化酵母细胞的固定化 一、课题背景一、课题背景 阅读课题背景并思考： 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？ 3、固定化细胞在应用中各有什么优、缺点？ 1、直接使用酶制剂 天然酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶 剂等条件非常敏感，容易失活 溶液中酶很难回收，不能再次利用，提高 了生产成本 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 （1）优点 （2）缺点 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 如何解决这如何解决这 些问题？些问题？ 1 1、直接使用酶制剂、直接使用酶制剂 （3）解决方案 固定化酶技术固定化酶技术 2 2、固定化酶、固定化酶 （1 1）含义）含义 ： 将酶固定在不溶于水的载体上。 （3 3）优点：）优点： 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。 （4 4）缺点： 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一系列的酶促反应才能得 到。 （5 5）解决方案：）解决方案： 固定化细胞技术固定化细胞技术 （2 2）实例：）实例：利用固定化酶技术生产“高果糖浆”。 固定化酶的应用实例：生产高果糖浆 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：C6H12O6 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？ 生产高果糖浆需要： 作用： 特点： 直接使用酶时的缺点： 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。 如何改进？如何改进？ 3、改进：固定化酶技术 4、具体做法： 5、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。 3 3、固定化细胞、固定化细胞 （1 1）含义）含义 ： 将细胞固定在一定空间内的技术。 （2 2）优点：）优点： 成本低、操作容易、对酶活性的影响更小、可以催 化一系列的反应、容易回收 （3 3）缺点： 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。 但相对较为完善。但相对较为完善。 二、酶和细胞固定化方法(看课本P50） 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？ 物理吸附法 包埋法 化学结合法 1、固定化酶或固定化细胞： 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。 2、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 【比较】酶和细胞的固定方法和特点 酶分子很小， 容易从包埋材料中漏 出。 细胞体积大， 难以被吸附或结合。 思考1对固定酶的作用影响较小的固定方 法是什么？ 思考2将谷氨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、 细胞）。 吸附法。 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。 三、实验操作 （一）制备固定化酵母细胞（一）制备固定化酵母细胞 （二）用固定化酵母细胞发酵（二）用固定化酵母细胞发酵 （一）制备固定化酵母细胞（一）制备固定化酵母细胞 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。 1g干酵母10mL蒸馏水50mL烧杯搅拌均匀放 置1h，使之活化。 思考活化是指什么？ 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，以避免酵母细胞的活化液溢出 容器外。 2、配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液： 0.83gCaCl2150mL蒸馏水200mL烧杯溶解备用 。 思考为什么要用蒸馏水，而不用自来水？ 防止自来水中各种离子影响实验结果防止自来水中各种离子影响实验结果 溶解物质要彻底。 3、配制海藻酸钠溶液 0.7g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。 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 思考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 4、海藻酸钠溶液和酵母细胞混合、海藻酸钠溶液和酵母细胞混合 将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入 以活化的酵母细胞，进行充分搅拌，再转移 至注射器中 以免海藻酸钠温度过高杀死酵母菌 思考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， 使两者混合均匀，以免影 响实验结果的观察。 （5 5）固定化酵母细胞）固定化酵母细胞 以恒定的速度缓慢的将注射器中的溶液滴加CaCl2 溶液中，将形成的凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡 30min左右。 思考 CaCl2溶液有什么作用？ 使胶体聚沉，形成结构稳定的凝胶珠。刚形成的凝刚形成的凝 胶珠应在胶珠应在CaClCaCl 2 2 溶液中浸泡一段时间，以便形成稳溶液中浸泡一段时间，以便形成稳 定的结构。定的结构。 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。 429572439gao （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23次 。 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、为什么要用蒸馏水冲洗凝胶珠？ 洗去凝胶珠表面多余的CaCl2溶液。以免对实验造成影响。 思考 2、葡萄糖在这里有什么用？ 既可以作为发酵底物，也作为酵母菌细胞的营养物质。 1、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： 四、特别注意： 将很难形成凝胶珠。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。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。 形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少。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 珠可能带细丝尾巴。 如果浓度过低： 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 2、酵母细胞的固定化 （一）观察凝胶珠的颜色和形状 五、结果分析与评价 （二）观察发酵的葡萄糖溶液 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