酵母细胞的固定化(定)41842PPT学习教案

1、会计学1 酵母细胞的固定化酵母细胞的固定化(定定)41842 第1页/共33页 1 1、直接使用酶制剂、直接使用酶制剂 天然酶通常对强酸、强碱、高温和有机天然酶通常对强酸、强碱、高温和有机 溶溶 剂等条件非常敏感，剂等条件非常敏感，容易失活容易失活 溶液中酶溶液中酶很难回收很难回收，不能再次利用，不能再次利用，提提 高了生产成本高了生产成本 反应后，反应后，酶会混在产物中酶会混在产物中，影响产品质量，影响产品质量， 难以在工业生产中广泛应用难以在工业生产中广泛应用 （1 1）优点优点 （2 2）缺点缺点 催化效率高、低耗能、低污染催化效率高、低耗能、低污染，大规模地应用于，大规模地应用于 食品

2、、化工等各个领域食品、化工等各个领域 第2页/共33页 （3 3）解决方案解决方案 第3页/共33页 将酶固定在不溶于水的载体上。将酶固定在不溶于水的载体上。 酶既酶既能与反应物接触能与反应物接触，又，又能与产物分离能与产物分离，同时，同时， 固定在载体上的酶还可以被固定在载体上的酶还可以被反复利用反复利用。 缺点缺点 一种酶只能催化一种化学反应，而在实际生产中，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很多产物的形成是通过一系列的酶促反应一系列的酶促反应才能得才能得 到。到。 利用固定化酶技术生产利用固定化酶技术生产“高果糖浆高果糖浆”。 第4页/共33页 固定化酶的

3、应用实例：固定化酶的应用实例：生产高果糖浆生产高果糖浆 1 1、什么是高果糖浆？使用它有何好处？、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 第5页/共33页 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：生产高果糖浆需要： 作用：作用： 特点：特点： 直接使用酶时的缺点：直接使用酶时的缺点： 葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶 酶稳定性好，可持续发挥作用酶

4、稳定性好，可持续发挥作用 将葡萄糖转化为果糖将葡萄糖转化为果糖 酶溶于葡萄糖溶液后，就无法酶溶于葡萄糖溶液后，就无法 从糖浆中回收，从糖浆中回收，造成很大的浪造成很大的浪 费。费。 第6页/共33页 3 3、改进：、改进：固定化酶技术固定化酶技术 4 4、具体做法：、具体做法： 5 5、优点：、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。 第7页/共33页 将细胞固定在一定空间内的技术。将细胞固定在一定空间内的技术。 成本低、操作容易、成本低、操作容易、对酶活性的影响更小、可以对酶活性的影响更小、可以 催化一系列的反应、容易回收催化一系列的反应、容易回收

5、缺点缺点 固定后的固定后的细胞与反应物不容易接近细胞与反应物不容易接近，可能导致反可能导致反 应效果下降，应效果下降，由于由于大分子物质难以自由通过细胞大分子物质难以自由通过细胞 膜膜，因此固定化细胞的，因此固定化细胞的应用也受到限制。应用也受到限制。 第8页/共33页 二、酶和细胞固定化方法二、酶和细胞固定化方法( (看课本看课本P P50 50） ） 思考：固定化酶或固定化细胞指什么？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？可以采取哪些方法进行固定？各有什么利弊？ 物理吸附法物理吸附法 包埋法包埋法 化学结合法化学结合法 1 1、固定化酶或固定化细胞：、

6、固定化酶或固定化细胞： 指利用指利用物理或化学方法物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间将酶或细胞固定在一定空间 内的技术。内的技术。 2 2、方法：、方法： 第9页/共33页 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固定化酶或固定化细胞采取的方法 第10页/共33页 【比较比较】酶和细胞的固定方法和特点酶和细胞的固定方法和特点 酶分子很小，酶分子很小， 容易从包埋材料中漏容易从包埋材料中漏 出。出。 细胞体积大，细胞体积大， 难以被吸附或结合。难以被吸附或

7、结合。 第11页/共33页 吸附法。吸附法。 第12页/共33页 三、实验操作：包埋法固定细胞三、实验操作：包埋法固定细胞 明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙 烯酰胺等。烯酰胺等。 1 1、包埋法固定细胞：、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即将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔 性载体中。性载体中。 2 2、包埋时常用的载体包括：、包埋时常用的载体包括： 第13页/共33页 海藻酸钠：海藻酸钠： 一种天然一种天然多糖多糖，是由海带中提取的天然多糖碳水化合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

8、为支架材料用物，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。容性使其适于作为释放或包埋药物。 第14页/共33页 三、实验操作三、实验操作 第15页/共33页 在缺水状态下，微生物处于休眠状态。在缺水状态下，微生物处于休眠状态。活化是指让活化是指让 处于休眠状态的微生物重新恢复正常生活状态的过处于休眠状态的微生物重新恢复正常生活状态的过 程。程。 1g1g干酵母干酵母10mL10mL蒸馏水蒸馏水50mL50mL烧杯烧杯搅拌均匀搅拌均匀放放 置置1h1h，使之活化。，使之

9、活化。 思考思考活化是指什么？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体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出 容器外。容器外。 第16页/共33页 第17页/共33页 0.83gCaCl0.83gCaCl2 2150mL150mL蒸馏水蒸馏水200mL200mL烧杯烧杯溶解备用溶解备用 。 思考思考为什么要用蒸馏水，而不用自来水？为什么要用蒸馏水，而不用自来水？ 溶解物质要彻底。溶解物质要彻底。 第18页/共33页 3 3、配制海藻酸钠溶液、配制海藻酸钠溶液 0.7g海藻酸钠海藻

10、酸钠10mL水水50mL烧杯烧杯酒精灯酒精灯 微火（或间断）加热，并不断搅拌，使之溶化微火（或间断）加热，并不断搅拌，使之溶化 蒸馏水定容到蒸馏水定容到10mL。 加热时要用加热时要用小火小火，或者，或者间断加热间断加热，并搅拌，反复几，并搅拌，反复几 次，直到海藻酸钠溶化为止次，直到海藻酸钠溶化为止 思考思考为什么要用小火或间断加热，并不断搅拌？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。防止海藻酸钠发生焦糊。 第19页/共33页 429572439gao 第20页/共33页 将溶化好的海藻酸钠溶液将溶化好的海藻酸钠溶液冷却冷却至室温，加入至室温，加入 以活化的酵母细胞，进

11、行充分以活化的酵母细胞，进行充分搅拌搅拌，再转移，再转移 至注射器中至注射器中 以免海藻酸钠温度过高杀死酵母菌以免海藻酸钠温度过高杀死酵母菌 思考思考为什么要将海藻酸钠冷却至室温？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，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。使两者混合均匀，以免影响实验结果的观察。 第21页/共33页 429572439gao 第22页/共33页 以恒定的速度缓慢的将注射器中的溶液滴加以恒定的速度缓慢的将注射器中的溶液滴加CaClCaCl2 2 溶液中，将形成的凝胶珠在溶液中，将形成的凝胶珠在C

12、aClCaCl2 2溶液中浸泡溶液中浸泡 30min30min左右。左右。 思考思考 CaCl CaCl2 2溶液有什么作用？溶液有什么作用？ 使胶体聚沉，形成结构稳定的凝胶珠。使胶体聚沉，形成结构稳定的凝胶珠。 滴加注射器中的溶液时，速度一定要恒定且缓慢，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。以便形成的凝胶珠呈均匀的圆形或椭圆形。 第23页/共33页 429572439gao 第24页/共33页 429572439gao 第25页/共33页 （二）用固定化酵母细胞发酵（二）用固定化酵母细胞发酵 将固定化酵母细胞（凝胶珠）用蒸馏水冲洗将固定化酵母细

13、胞（凝胶珠）用蒸馏水冲洗2 23 3次。次。 将将150ml150ml质量分数为质量分数为1010的葡萄糖溶液转移至的葡萄糖溶液转移至 200ml200ml的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于 2525C C下发酵下发酵24h24h 思考思考 1 1、为什么要用蒸馏水冲洗凝胶珠？、为什么要用蒸馏水冲洗凝胶珠？ 洗去凝胶珠表面多余的洗去凝胶珠表面多余的CaClCaCl2 2溶液。溶液。以免对实验造成影响。以免对实验造成影响。 思考思考 2 2、葡萄糖在这里有什么用？、葡萄糖在这里有什么用？ 既可以既可以作为发酵底物作为发酵底物，也作为酵母菌细胞的，也作

14、为酵母菌细胞的营养物质营养物质。 第26页/共33页 429572439gao 第27页/共33页 1 1、海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质量。、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如果海藻酸钠浓度过高高： 四、特别注意：四、特别注意： 将很难形成凝胶珠。将很难形成凝胶珠。高浓度海藻酸钠只能用粗针头注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。椭圆形，品相极差，

15、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。形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少。因为包埋因为包埋 不紧密，细胞容易从包埋材料中漏出。且形成的凝胶不紧密，细胞容易从包埋材料中漏出。且形成的凝胶 珠珠可能带细丝尾巴。可能带细丝尾巴。 如果浓度过如果浓度过低低： 第28页/共33页 刚形成的凝胶珠应在刚形成的凝胶珠应在CaClCaCl2 2溶液中浸泡一段时溶液中浸泡一段时 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。一是量是否合格，可以使用下列方法。一是用镊用镊 子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，子夹起一个凝胶珠放

16、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。表明凝胶珠的制作成功。 二是二是在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶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珠很容易弹起，也能表明制备的凝胶珠是成 功的功的 2 2、酵母细胞的固定化、酵母细胞的固定化 第29页/共33页 （一）观察凝胶珠的颜色和形状（一）观察凝胶珠的颜色和形状 五、结果分析与评价五、结果分析与评价 （二）观察发酵的葡萄糖溶液（二）观察发酵的葡萄糖溶液 如果制作的如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色：凝胶珠颜色过浅、呈白色： 说明海藻酸钠的浓度偏说明海藻酸钠的浓度偏低低，固定的酵母，固定的酵母细胞数目较少细胞数目较少 ； 如果如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形：形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形： 说明海藻酸钠的浓度偏高。说明海藻酸钠的浓度偏高。 二者都说明制作失败，需要再作尝试。二者都说明制作失败，需要再作尝试。 利用固定的酵母细胞发酵产生酒精，可以