酵母细胞的固定化最新版本

1、.1思考：通过课题背景分析，你有何体会？思考：通过课题背景分析，你有何体会？酶酶： 优点优点：催化效率高，低耗能，低污染：催化效率高，低耗能，低污染 实际问题实际问题：对环境条件敏感，易失活；溶液中的酶：对环境条件敏感，易失活；溶液中的酶 很难收回，不能被再次利用，提高了生产成本；很难收回，不能被再次利用，提高了生产成本； 反应后酶混在产物中，如不去除，会影响产品的品质反应后酶混在产物中，如不去除，会影响产品的品质 设想设想：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固定化酶固定化酶：优点优点：酶即能与反应物接触，又容易：酶即能与反应物接触，又容易与反应物分离，同时，还可以反复利用

2、与反应物分离，同时，还可以反复利用 实际问题实际问题：一种酶只能催化一种化：一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物的形成都是通过学反应，而在生产实践中，很多产物的形成都是通过一系列的酶促反应才能完成的一系列的酶促反应才能完成的 设想设想：酶是细胞合成的，能否将合：酶是细胞合成的，能否将合成酶的细胞直接固定？成酶的细胞直接固定？ 固定化固定化细胞细胞：成成本低，操作本低，操作更容易更容易.2课题3酵母细胞的固定化 .3【学习目标】【学习目标】1.1.举例说明固定化技术的种类及应用。举例说明固定化技术的种类及应用。2.2.比较直接使用酶、固定化酶和固定化细胞的比较直接使用酶、固定化酶

3、和固定化细胞的异同点。异同点。3.3.初步学会制备固定化酵母细胞并用其进行酒初步学会制备固定化酵母细胞并用其进行酒精发酵。精发酵。.4【自主预习】【自主预习】一、固定化酶的应用实例一、固定化酶的应用实例生产高果糖浆生产高果糖浆1.1.生产高果糖浆的原理生产高果糖浆的原理: :葡萄糖葡萄糖 果糖。果糖。葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶.52.2.传统生产方法的优缺点传统生产方法的优缺点: :(1)(1)优点优点:_:_好好, ,能持续发挥作用。能持续发挥作用。(2)(2)缺点。缺点。酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常件非常_,_,容易容易_。稳定性稳定性敏

4、感敏感失活失活.6溶液中的酶很难回收溶液中的酶很难回收, ,不能不能_,_,提高了提高了生产成本。生产成本。反应后会混在反应后会混在_中中, ,可能影响产品质量。可能影响产品质量。被再次利用被再次利用产物产物.73.3.使用固定化酶的生产原理使用固定化酶的生产原理: :(1)(1)制备固定化酶制备固定化酶: :将葡萄糖异构酶固定在颗粒状将葡萄糖异构酶固定在颗粒状的的_上。上。(2)(2)制备固定化酶反应柱制备固定化酶反应柱: :将这些酶颗粒装入将这些酶颗粒装入_中中, ,柱子底端装上分布着许多小孔的筛板。柱子底端装上分布着许多小孔的筛板。(3)(3)酶与反应液分离的原理酶与反应液分离的原理:_

5、:_无法通过筛无法通过筛板上的小孔板上的小孔, ,而而_可以自由出入。可以自由出入。载体载体反应柱反应柱酶颗粒酶颗粒反应溶液反应溶液.84.4.生产操作生产操作: :(1)(1)将葡萄糖溶液从反应柱的将葡萄糖溶液从反应柱的_注入。注入。(2)(2)使葡萄糖溶液流过反应柱使葡萄糖溶液流过反应柱, ,与与_接触。接触。(3)(3)转化成的果糖从反应柱的转化成的果糖从反应柱的_流出。流出。上端上端固定化葡萄糖异构酶固定化葡萄糖异构酶下端下端.9二、固定化酶和固定化细胞技术二、固定化酶和固定化细胞技术1.1.概念概念: :利用利用_或或_方法将酶或细胞固定方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术。在一定空

6、间内的技术。物理物理化学化学.10方法方法原原 理理适用对象适用对象包埋包埋法法将聚合物的单体与酶溶液混合，将聚合物的单体与酶溶液混合，再借助于聚合助进剂再借助于聚合助进剂( (包括交联剂包括交联剂) )的作用进行聚合，酶被包埋在聚的作用进行聚合，酶被包埋在聚合物中以达到固定化合物中以达到固定化酶或细胞酶或细胞化学结化学结合法合法酶蛋白的侧链基团和载体表面酶蛋白的侧链基团和载体表面上的功能基团之间形成上的功能基团之间形成共价键共价键而固定的方法而固定的方法酶酶物理吸物理吸附法附法通过氢键、疏水作用和通过氢键、疏水作用和电子电子亲和力等物理作用，将酶固定亲和力等物理作用，将酶固定于水不溶载体上。

7、从而制成固于水不溶载体上。从而制成固定化酶定化酶酶酶.112.2.常用方法常用方法: :序序号号固定固定方法方法固定固定对象对象图图例例_ _法法固定固定化化_ _ _法法固定固定化化_ _法法固定固定化化_包埋包埋细胞细胞化学结合化学结合酶酶物理吸附物理吸附酶酶.12课堂讨论：课堂讨论： 1从操作角度来考虑，你认为固定化酶技术与从操作角度来考虑，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？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？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

8、成连续的酶反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？应，应该选择哪种方法？4如果反应物是大分子物质，又应该选择哪种如果反应物是大分子物质，又应该选择哪种方法？方法？固定化细胞技术。因为固定化细胞保证了细胞的完整性，固定化细胞技术。因为固定化细胞保证了细胞的完整性，酶环境改变小，对其活性影响小。酶环境改变小，对其活性影响小。固定化细胞固定的是一系列酶固定化细胞固定的是一系列酶固定化细胞技术固定化细胞技术固定化酶技术固定化酶技术.13一、直接使用酶、固定化酶和固定化细胞的比较一、直接使用酶、固定化酶和固定化细胞的比较比较项目比较项目直接直接使用酶使用酶固定化酶固定化酶固定化细胞

9、固定化细胞酶的种类酶的种类一种或几一种或几种种一种一种一系列酶一系列酶制作方法制作方法化学结合法化学结合法物理吸附法物理吸附法包埋法包埋法是否需要是否需要营养物质营养物质否否否否是是催化反应催化反应单一或多单一或多种种单一单一一系列一系列.14比较项目比较项目直接使用酶直接使用酶固定化酶固定化酶固定化细胞固定化细胞反应底物反应底物各种物质各种物质( (大分子、大分子、小分子小分子) )各种物质各种物质( (大大分子、小分分子、小分子子) )小分子小分子优点优点催化效率高、催化效率高、低耗能、低低耗能、低污染等污染等被固定的酶被固定的酶可重复使用可重复使用成本低成本低, ,操作更操作更容易容易,

10、 ,可以催化可以催化一系列化学反一系列化学反应应缺点缺点酶不能回酶不能回收利用收利用, ,增增加了生产成加了生产成本本酶混在酶混在产物中影响产物中影响产品质量产品质量一种酶只能一种酶只能催化一种化催化一种化学反应学反应固定后的细胞固定后的细胞与反应物不容与反应物不容易接近易接近, ,尤其是尤其是大分子物质大分子物质, ,可可能导致反应效能导致反应效率下降等率下降等.15三、实验操作三、实验操作1.1.制备固定化酵母细胞制备固定化酵母细胞: :(1)(1)固定方法固定方法:_:_。(2)(2)常用载体常用载体: :一些不溶于水的一些不溶于水的_载体载体, ,如如_、琼脂糖、琼脂糖、_、醋酸纤维素

11、和聚丙烯酰胺等。、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。包埋法包埋法多孔性多孔性明胶明胶海藻酸钠海藻酸钠.16三、固定化酵母细胞的制备及发酵三、固定化酵母细胞的制备及发酵(3).(3).实验操作流程：实验操作流程：酵母细胞的活化：称取干酵母放入小烧杯中，酵母细胞的活化：称取干酵母放入小烧杯中，加入加入_使其活化。使其活化。配制配制CaClCaCl2 2溶液：称取无水溶液：称取无水CaClCaCl2 2放入烧杯中，加放入烧杯中，加入入_，使其充分溶解。，使其充分溶解。蒸馏水蒸馏水蒸馏水蒸馏水.17配制海藻酸钠溶液：要用配制海藻酸钠溶液：要用_加热的方加热的方法。法。(影响实验成败的关键步骤影响实验成败的关键

12、步骤) 海藻酸钠溶液与酵母细胞混合：先将溶化好的海海藻酸钠溶液与酵母细胞混合：先将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至藻酸钠溶液冷却至_，再加入已活化的酵母细，再加入已活化的酵母细胞。胞。 固定化酵母细胞：将混合物滴在固定化酵母细胞：将混合物滴在_溶液中形成溶液中形成凝胶珠。凝胶珠。小火或间断小火或间断室温室温CaClCaCl2 2.182.2.用固定化酵母细胞发酵用固定化酵母细胞发酵: : 将固定好的酵母细胞将固定好的酵母细胞( (凝胶珠凝胶珠) )用用_冲洗冲洗2 23 3次次将将150 mL150 mL质量分数为质量分数为10%10%的的_溶液转移到锥形溶液转移到锥形瓶中瓶中加入固定好的酵母细胞加

13、入固定好的酵母细胞( (凝胶珠凝胶珠) ) 蒸馏水蒸馏水葡萄糖葡萄糖.19置于置于2525下发酵下发酵24 h24 h发现有发现有_产生产生, ,同时有酒味散发同时有酒味散发气泡气泡.203.3.实验结果：实验结果：(1)(1)凝胶珠的颜色和形状：浅黄色的圆形或椭圆形。凝胶珠的颜色和形状：浅黄色的圆形或椭圆形。(2)(2)发酵现象发酵现象有有_产生产生闻到有闻到有_气泡气泡酒味酒味.21试剂或操作试剂或操作作用或目的作用或目的海藻酸钠海藻酸钠作为载体包埋酵母细作为载体包埋酵母细胞胞CaCl2使海藻酸钠胶体发生使海藻酸钠胶体发生聚沉，形成凝胶珠。聚沉，形成凝胶珠。用蒸馏水冲洗凝胶珠用蒸馏水冲洗凝

14、胶珠洗去洗去CaCl2 和杂菌和杂菌.22配制海藻酸钠溶液为什么是固定化酵母细胞的配制海藻酸钠溶液为什么是固定化酵母细胞的关键？关键？ 提示：提示：因为如果海藻酸钠浓度过因为如果海藻酸钠浓度过高高，将很，将很难形成凝胶珠难形成凝胶珠;如果浓度过如果浓度过低低，形成的凝胶珠，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数量少，也会影响实验效所包埋的酵母细胞的数量少，也会影响实验效果。果。 .23 刚形成的凝胶珠应在刚形成的凝胶珠应在CaClCaCl2 2溶液中浸泡溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。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，可以使用检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列方法：下列方法： 一是一是挤压法挤压法 用镊子夹起一个凝胶珠放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裂，没有液体流出，就表明凝胶珠的制作成功。功。 二是二是摔打法摔打法 在实验桌上用力摔打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