边做边学酵母菌细胞的固定化技术

课题3 酵母细胞的固定化 大弯中学宋克先2019 3 26 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 你能举出一些吗 催化效率高 低能耗 低污染等 直接使用酶制剂存在的问题 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 阅读P49思考并回答以下问题 1 什么是高果糖浆 相比蔗糖它有何优点 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 通过这种方法生产高果糖浆的优点是什么 一 固定化酶的应用实例 一 基础知识 固定化酶的优点 使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被反复利用 在实际生产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 而在实际生产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 概念 利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间的技术 包埋法 化学结合法 物理吸附法 二 固定化酶技术和固定化细胞技术 固定化酶或者固定化细胞分别适用哪些方法 原因 适用于固定化酶 适用于固定化细胞 思考 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 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 二 实验操作 酵母细胞的固定化 用什么方法对酵母细胞固定化 包埋法常用哪些载体 思考 包埋法 明胶 琼脂糖 海藻酸钠 醋酸纤维素 聚丙烯酰胺等 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 观看视频思考下列问题 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 二 实验操作 酵母细胞的固定化 1 酵母细胞的活化 思考1 活化是指什么 方法 思考2 在活化酵母的过程中要注意 酵母细胞活化时体积会变大 所用容器要大一些 防止活化液溢出 二 实验操作 酵母细胞的固定化 1 酵母细胞的活化 2 配制CaCl2溶液 为了防止自来水中各种离子影响实验结果 要用蒸馏水 而不用自来水来溶解 二 实验操作 酵母细胞的固定化 1 酵母细胞的活化 2 配制CaCl2溶液 3 配制海藻酸钠溶液 是最重要的环节 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 加热时要用小火 或者间断加热 目的 浓度要适宜 防止海藻酸钠发生焦糊 二 实验操作 酵母细胞的固定化 1 酵母细胞的活化 2 配制CaCl2溶液 3 配制海藻酸钠溶液 4 海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合 必须将溶化的海藻酸钠溶液冷却至室温才能与酵母细胞进行混合 为什么 搅拌的目的 以免海藻酸钠温度过高杀死酵母菌 搅拌是使得两者混合均匀 二 实验操作 酵母细胞的固定化 1 酵母细胞的活化 2 配制CaCl2溶液 3 配制海藻酸钠溶液 4 海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合 5 固定化酵母细胞 CaCl2溶液的作用 所形成的凝胶柱在CaCl2溶液中浸泡的目的 使胶体聚沉 形成稳定的结构 如何判断固定化酵母细胞是否成功 观察凝胶珠的颜色和形状 若凝胶珠颜色过浅 说明海藻酸钠的浓度偏低 固定的酵母细胞数目较少 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 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 小技巧 1 将固定化酵母细胞 凝胶珠 用蒸馏水冲洗2 3次2 将150ml质量分数为10 的葡萄糖溶液转移至200ml的锥形瓶中 再加入固定好的酵母细胞 置于25 C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 三 实验操作 用固定化酵母进行发酵 思考3 发酵过程中锥形瓶需不需要密封 为什么 思考4 锥形瓶中的气泡和酒精是怎样形成的 思考5 在利用固定化酶或固定化细胞进行工业生产的过程中 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 用还原糖检测法检验剩余葡萄糖 也可以探究固定化酵母和未固定化酵母之间的差异 反馈训练 1 使用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 2 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 A 3 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 C 4 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 催化反应结束后 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 一种或多种 一种 不需要 不需要 需要 一种或多种 一种 一系列 一系列 大分子 小