选修1：4-3酵母细胞的固定化

1、课题课题3酵母细胞的固定化酵母细胞的固定化课程标准课程标准尝尝试制备和应用固定化酶。试制备和应用固定化酶。课标解读课标解读1.说说出固定化酶和固定化细胞的作用和原理。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。尝试制备固定化酵母细胞。3.尝试利用固定化细胞进行酒精发酵。尝试利用固定化细胞进行酒精发酵。 1固定化酶和固定化细胞技术是利用固定化酶和固定化细胞技术是利用 和和 方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括括 、 和和 。 2固定化细胞多采用固定化细胞多采用 固定化，而固定固定化，而固定化酶多采用化酶多采用 和和 。与固定化酶技

2、术相比，固。与固定化酶技术相比，固定 化 细 胞 技 术 制 备 的 成 本定 化 细 胞 技 术 制 备 的 成 本 ， 操， 操作作 。固定化酶和固定化细胞技术固定化酶和固定化细胞技术 物理物理化学化学包埋法包埋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化学化学结合结合物理吸附法物理吸附法更低更低更容易更容易 3用包埋法固定化细胞是将微生物细胞均匀用包埋法固定化细胞是将微生物细胞均匀地包埋于地包埋于 中，常用的中，常用的包埋载体有包埋载体有 、 、 、 和和 等。等。 4固定化酶的应用实例固定化酶的应用实例高果糖浆的生产高果糖浆的生产固固定化酶技术已经应用于高果糖浆的生产中，定

3、化酶技术已经应用于高果糖浆的生产中，生产高果糖浆所需要的酶是生产高果糖浆所需要的酶是 ，所使用的反应柱上的孔应满足所使用的反应柱上的孔应满足 不不能通过筛板上的小孔，而能通过筛板上的小孔，而 却可以自却可以自由出入。由出入。 不溶于不溶于水的多孔性载体水的多孔性载体明胶明胶琼脂糖琼脂糖海藻酸钠海藻酸钠醋酸纤维素醋酸纤维素聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶酶颗粒酶颗粒反应溶液反应溶液思维激活思维激活1 日日常生活中人们用来蒸馒头的发酵常生活中人们用来蒸馒头的发酵粉在浸泡宜用凉水、温水还是开水？粉在浸泡宜用凉水、温水还是开水？提示提示浸泡发酵粉最好用温水浸泡发酵粉最好用温水温度过低，不温

4、度过低，不利于发挥酶活性；温度过高会杀死酵母细胞。利于发挥酶活性；温度过高会杀死酵母细胞。 1固定化酶的应用实例固定化酶的应用实例(1)固固定化酶的反应柱示意图：将酶固定在一定化酶的反应柱示意图：将酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的筛反应柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的筛板。酶颗粒无法通过筛板的小孔，而反应溶液板。酶颗粒无法通过筛板的小孔，而反应溶液却可以自由出入。却可以自由出入。(2)利用固定化酶技术生产高果糖浆的实例：利用固定化酶技术生产高果糖浆的实例：高果糖浆的生产需要使用葡萄糖异构酶，它高果

5、糖浆的生产需要使用葡萄糖异构酶，它能将葡萄糖转化成果糖。生产过程中，将葡萄能将葡萄糖转化成果糖。生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，使葡萄糖溶液流糖溶液从反应柱的上端注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与固定化葡萄糖异构酶接触，转化过反应柱，与固定化葡萄糖异构酶接触，转化成果糖，从反应柱的下端流出。成果糖，从反应柱的下端流出。2直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较(见下表见下表)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酶的种酶的种数数一种或几种一种或几种一种一种一系列酶一系列酶制作方制作方法法化学结合固化学结合固定定化、物理吸化、物理吸

6、附附固定化固定化包埋法固定包埋法固定化化是否需是否需要要营养物营养物质质缺缺点点对环境条件对环境条件非常敏感，易非常敏感，易失活失活难回收，难回收，成本高，影响成本高，影响产品质量产品质量不利于催化一不利于催化一系列的酶促反系列的酶促反应应反应物不易与反应物不易与酶接近，尤其酶接近，尤其是大分子物质，是大分子物质，反应效率下降反应效率下降优优点点催化效率高、催化效率高、耗能低、污染耗能低、污染低低既能与反应既能与反应物接触，又能物接触，又能与产物分离与产物分离可以反复利用可以反复利用成本低、操作成本低、操作容易容易实实例例果胶酶果胶酶固定化葡萄糖固定化葡萄糖异构酶异构酶固定化酵母细固定化酵母细

7、胞胞特别提醒特别提醒固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定的酶都可以反复使用。固定的酶都可以反复使用。【巩固巩固1】 固固定化酶和固定化细胞的主要区别定化酶和固定化细胞的主要区别是是()。A前者只能固定胞外酶，后者只能固定胞前者只能固定胞外酶，后者只能固定胞内酶内酶B前者只能固定胞内酶，后者只能固定胞前者只能固定胞内酶，后者只能固定胞外酶外酶C前者可以固定胞内酶和胞外酶，后者只前者可以固定胞内酶和胞外酶，后者只可以固定胞内酶可以固定胞内酶D前者只可以固定胞外酶，后者可以固定前者只可以固定胞外酶，后者可以固定胞外酶和胞内酶胞外酶和胞内酶解析解析微生物产生的酶的种类很

8、多，有的存微生物产生的酶的种类很多，有的存在于细胞内，有的分泌到细胞外。因此，固定在于细胞内，有的分泌到细胞外。因此，固定化酶可以固定胞内酶和胞外酶，固定化细胞只化酶可以固定胞内酶和胞外酶，固定化细胞只能固定胞内酶。能固定胞内酶。答案答案C 1制备固定化酵母细胞的操作步骤：酵母细制备固定化酵母细胞的操作步骤：酵母细胞的胞的 配制物质的量浓度为配制物质的量浓度为0.05 mol/L的的 溶液溶液配制配制 溶液溶液 溶液与溶液与 混合混合 酵母细胞。酵母细胞。 2在配制海藻酸钠溶液时，加热时要用在配制海藻酸钠溶液时，加热时要用 ，或者或者 ，反复几次，直到海藻酸钠完全，反复几次，直到海藻酸钠完全

9、为 止 。 如 果 加 热 太 快 ， 海 藻 酸 钠为 止 。 如 果 加 热 太 快 ， 海 藻 酸 钠会会 。酵母细胞的固定化技术酵母细胞的固定化技术 活化活化CaCl2海藻酸钠海藻酸钠海藻酸钠海藻酸钠酵母细胞酵母细胞固定化固定化小火小火间断加热间断加热溶化溶化发生焦糊发生焦糊3 固 定 化 酵 母 细 胞 需 要 的 材 料 固 定 化 酵 母 细 胞 需 要 的 材 料是是 、 、 。4用固定化酵母细胞发酵：将凝胶珠加入用用固定化酵母细胞发酵：将凝胶珠加入用于发酵的于发酵的 溶液后，发现有溶液后，发现有 产产生，同时有生，同时有 散发。散发。干酵母细胞干酵母细胞无水无水CaCl2海藻

10、酸钠海藻酸钠葡萄糖葡萄糖气泡气泡酒味酒味思维激活思维激活2 用用于固定酵母细胞的载体是什么？于固定酵母细胞的载体是什么？载体的浓度越高固定效果越好吗？载体的浓度越高固定效果越好吗？提示提示用于固定酵母细胞的载体是海藻酸钠，海用于固定酵母细胞的载体是海藻酸钠，海藻酸钠的浓度关系到固定化细胞的质量藻酸钠的浓度关系到固定化细胞的质量浓度过浓度过低形成的凝胶珠内包埋的细胞过少，浓度过高则低形成的凝胶珠内包埋的细胞过少，浓度过高则不易形成凝胶珠。不易形成凝胶珠。 1固定化酵母细胞的制备固定化酵母细胞的制备酵酵母细胞的活化：母细胞的活化：1 g干酵母干酵母10 mL蒸馏蒸馏水水50 mL烧杯中，搅拌均匀，

11、放置烧杯中，搅拌均匀，放置1 h 配制配制0.05 mol/L的的CaCl2溶液：无水溶液：无水CaCl20.83 g150 mL蒸馏水蒸馏水200 mL烧杯烧杯 配制海藻酸钠溶液：配制海藻酸钠溶液：0.7 g海藻酸钠海藻酸钠10 mL水放入水放入50 mL小烧杯小烧杯小火加热，完全溶化加小火加热，完全溶化加蒸馏水定容至蒸馏水定容至10 mL 海藻酸钠溶液与酵母细胞混合：将海藻酸钠溶液海藻酸钠溶液与酵母细胞混合：将海藻酸钠溶液冷却至室温后加入活化的酵母细胞，充分搅拌使冷却至室温后加入活化的酵母细胞，充分搅拌使其混合均匀，转移至注射器中其混合均匀，转移至注射器中固定化酵母细胞：以恒定的速度缓慢地

12、将注射器固定化酵母细胞：以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加至配制好的中的溶液滴加至配制好的CaCl2溶液中，形成凝溶液中，形成凝胶珠，使其在溶液中浸泡胶珠，使其在溶液中浸泡30 min冲洗：将固定好的酵母细胞冲洗：将固定好的酵母细胞(凝胶珠凝胶珠)用蒸馏水冲用蒸馏水冲洗洗23次次发酵：将发酵：将150 mL质量分数为质量分数为10%的葡萄糖溶液的葡萄糖溶液转移至转移至200 mL的锥形瓶中，加入固定好的酵母细的锥形瓶中，加入固定好的酵母细胞，胞，25 下发酵下发酵24 h2固定化实验中的有关问题固定化实验中的有关问题特别提醒特别提醒制备固定化酵母细胞的注意事项制备固定化酵母细胞的注意事项(

13、1)海藻酸钠溶液与酵母细胞混合：冷却后再混海藻酸钠溶液与酵母细胞混合：冷却后再混合，注意混合均匀，不要进入气泡。合，注意混合均匀，不要进入气泡。(2)凝胶珠的颜色和形状：如果制作的凝胶珠颜凝胶珠的颜色和形状：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。作失败，需要再作尝试。(3)细胞的固定要在严格无菌条件下进行；反复细胞的固定要在严格无菌条件下进行；

14、反复使用固定化酵母细胞时，需要避免微生物的污染。使用固定化酵母细胞时，需要避免微生物的污染。【巩固巩固2】 酵酵母细胞固定化的实验中，下列实母细胞固定化的实验中，下列实验操作与目的不相符的是验操作与目的不相符的是()。A干酵母加入蒸馏水搅拌均匀后，放置一干酵母加入蒸馏水搅拌均匀后，放置一段时间，使酵母细胞活化段时间，使酵母细胞活化B采用小火间断加热的方法，防止海藻酸采用小火间断加热的方法，防止海藻酸钠发生焦糊钠发生焦糊C将活化的酵母细胞加入海藻酸钠溶液，将活化的酵母细胞加入海藻酸钠溶液，轻轻搅拌，以免产生气泡轻轻搅拌，以免产生气泡D用注射器滴加溶液时要接近用注射器滴加溶液时要接近CaCl2溶液

15、溶液的液面，防止凝胶珠出现的液面，防止凝胶珠出现“尾巴尾巴”解析解析实验中，为了防止凝胶珠出现实验中，为了防止凝胶珠出现“尾巴尾巴”，注射器应离注射器应离CaCl2溶液的液面远一些。溶液的液面远一些。答案答案D 【例例1】 下下列说法不正确的是列说法不正确的是()。A固定化酶和固定化细胞的方法包括包埋固定化酶和固定化细胞的方法包括包埋法、化学结合法和物理吸附法法、化学结合法和物理吸附法B固定化酶更适合采用化学结合法和物理固定化酶更适合采用化学结合法和物理吸附法吸附法C由于细胞个体大，而酶分子很小，因此由于细胞个体大，而酶分子很小，因此细胞多采用物理吸附法固定细胞多采用物理吸附法固定D反应物是大

16、分子物质应采用固定化酶反应物是大分子物质应采用固定化酶酶的固定化技术酶的固定化技术 思维导图：思维导图：深度剖析深度剖析在酶和细胞的固定化技术中，通常有在酶和细胞的固定化技术中，通常有包埋法、化学结合法和物理吸附法，其中由于酶包埋法、化学结合法和物理吸附法，其中由于酶分子小，又多带电荷，易从多孔性物质中漏出，分子小，又多带电荷，易从多孔性物质中漏出，因此多使用化学结合法与物理吸附法，而细胞个因此多使用化学结合法与物理吸附法，而细胞个体大，难以被多孔性物质吸附或结合，因而多采体大，难以被多孔性物质吸附或结合，因而多采用包埋法。用包埋法。答案答案C归纳整合归纳整合固定化酶与固定化细胞技术及其应用固

17、定化酶与固定化细胞技术及其应用 【例例2】 试试分析下图中与用海藻酸钠作载体制分析下图中与用海藻酸钠作载体制的固定化酵母细胞相似的是的固定化酵母细胞相似的是()。思维导图：思维导图：酵母细胞的固定化酵母细胞的固定化 深度剖析深度剖析A、B选项适合于酶的固定化，选项适合于酶的固定化，C选选项既用于酶固定，也可用于细胞固定。制备固定项既用于酶固定，也可用于细胞固定。制备固定化酵母细胞用的是包埋法，即将酵母菌包埋在海化酵母细胞用的是包埋法，即将酵母菌包埋在海藻酸钠制成的凝胶珠中，所以与藻酸钠制成的凝胶珠中，所以与D选项相似。选项相似。答案答案D归纳提升归纳提升检验凝胶珠制作是否成功，可用下列检验凝胶

18、珠制作是否成功，可用下列方法：用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手方法：用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，如果不容易破裂，没有液体流出就表明成挤压，如果不容易破裂，没有液体流出就表明成功地制成了凝胶珠；还可以用手将凝胶珠在实验功地制成了凝胶珠；还可以用手将凝胶珠在实验桌上用力摔打，如果凝胶珠很容易弹起，也表明桌上用力摔打，如果凝胶珠很容易弹起，也表明成功地制成了凝胶珠。成功地制成了凝胶珠。 单击此处进入单击此处进入 随堂达标检测随堂达标检测练习练习1答案直接使用酶、固定化酶和固定化细答案直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的优缺点如表所示。胞催化的优缺点如表所示。类型类型优点优点不足不足直接直接使使用酶用酶催化效率高，催化效率高，低耗能、低低耗能、低污染等污染等对环境条件非常敏感，对环境条件非常敏感，容易失容易失活；溶液中的酶很难回活；溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，收，不能被再次利用，提高了生产成本；反应提高了生产成本；反应后酶会混在产物中，可后酶会混在产物中，可能影响产品质量能影响产品质量2.略。略。(开放性题目，答案合理即可开放性题目，答案合理即可)3提示提示可以从酶的结构的多样性，对理化条可