专题4酵母细胞的固定化

12课时酵母细胞的固定化[目标导读] 1.阅读教材P “课题背景”，生疏在应用酶的过程中，存在的实际问题及49解决方法2.通过阅读教材P “一”了解高果糖浆及生产高果糖浆的固定化酶技术。493.结合教材P “(二)”，把握固定化技术的方法及适合不同固定方法的材料。4.阅读教50材P “试验操作”，把握固定化酵母细胞的试验操作过程，到达能够进展实际操作。50[重难点击] 1.说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，并利用固定化酵母细胞进展酒精发酵。加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉，目前常用的酶制剂有四类：蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶。其中应用最广泛、效果最明显的是碱性蛋白酶和碱性脂肪酶。酶制剂具有催化效率高，低耗能、低污染等优点，可以大规模地应用于食品、化工等各个领域。酶大多数是蛋白质失活很难回收提高了生产本钱；反响后的酶会混合在产物中，如不除去会影响产品质量。课堂导入酵母菌是一种真核异养兼性厌氧有氧呼吸，在无氧条件下进展无氧呼吸，产生酒精和二氧化碳。课堂导入由于酶具有催化效率高、低耗能、低污染等优点，被大规模应用于食品、化工等各个领域。在应用酶的过程中，人们觉察了一些实际问题：通常对强酸、强碱、高温顺有机溶剂等条件格外敏感，简洁失活；溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产本钱；反响后会混在产物中，可能影响产品质量。于是，有人设想将酶固定在不溶于水的载体上，使酶能够被反复利用，这一节我们将制备固定化酵母细胞，把握固定化酶的作用。探究点一固定化酶和固定化细胞技术由于酶的分别与提纯有很多技术性难题，造成酶制剂来源有限、本钱高、不利于大规模使用。利用固定化酶和固定化细胞技术可以解决这些难题。固定化酶的应用实例(1)固定化酶的装置将酶固定在一种颗粒状的载体(如图中②)(如图中①)内，柱子底端装上分布着很多小孔的筛板(如图中③)。酶颗粒无法通过筛板的小孔，而反响溶液却可以自由出入。高果糖浆的生产使装置中②固定的酶为葡萄糖异构酶，从反响柱的甲端注入葡萄糖溶液，使葡萄糖溶液流过反响柱，与固定化葡萄糖异构酶接触，转化成果糖，从反响柱的下端流出。固定化酶技术的优点：与一般酶制剂相比，固定化酶既能与反响物接触，又能与产物分别，同时还可以被反复利用。小贴士高果糖浆是指果糖含量为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，对人类的安康更有益。固定化细胞技术常用的几种固定方式①是包埋法，能将酶或者细胞包埋在不溶于水的多孔性载体中。②是化学结合法，能将酶或者细胞相互连接或者结合到载体上。③是物理吸附法，能将酶或者细胞吸附到载体外表。固定化酶和固定化细胞的比较固定对象适宜固定法特点

固定化酶酶化学结合法、物理吸附法体积小，固定一种酶。使用包埋法简洁从包埋材料中漏出

固定化细胞细胞包埋法体积大，固定一系列酶。难用化学结合法和物理吸附法固定化细胞常用的载体：明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。它归纳提炼们都是不溶于水的多孔性物质。归纳提炼直接使用酶、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酶的种数一种或几种一种一系列酶常用载体－凝胶明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺制作方法－化学结合法固定化、物理吸附法固定化包埋法固定化是否需要养分物质否否是反响底物各种物质(大分子、小分子)各种物质(大分子、小分子)小分子物质催化反响单一或多种单一一系列①对环境条件格外敏反响物不易与固定后缺点感，易失活②难回收，本钱高，不利于催化一系列的酶促反响的细胞接触，尤其是大分子物质，反响效影响产品质量率下降优点低污染①既能与反响物接②可以反复利用本钱低、操作简洁，能产生一系列酶活学活用以下关于固定化酶技术的说法，正确的选项是( )固定化酶技术就是固定反响物，并将酶依附着载体围绕反响物旋转的技术B.固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反响C.固定化酶中的酶无法重复利用D.固定化酶是将酶固定在肯定空间内的技术[问题导析] 固定化技术最大的优点就是可以反复利用；固定化酶是将酶固定在肯定空间内，而不是固定反响物；固定化酶发挥作用仍旧是原先酶起作用，只能催化一种或一类化学反响。答案D解析固定化酶是利用物理或化学方法将酶固定在肯定空间内的技术，其优点是酶被固定在肯定装置内可以重复利用，缺点是无法同时催化一系列酶促反响；在固定过程中，固定的是酶而不是反响物，因此A、B、C均错误。以下对固定化酶和固定化细胞的说法，正确的选项是( )固定化细胞常用物理吸附法，固定化酶常用包埋法B.固定化细胞技术一次只能固定一种酶C.固定化酶和固定化细胞所固定的酶都可以反复使用，但酶的活性快速下降D.固定化酶不溶于反响液中，易于回收，可以重复利用[问题导析] (1)固定化细胞常用包埋法，固定化酶常用物理吸附法和化学结合法。(2)固定化酶中酶的活性一段时间后会下降，但并不是快速下降。(3)固定化技术是将酶或者细胞固定于不溶于水的多孔性载体中。答案D解析某种固定化酶的优势是酶可以反复使用；固定化细胞技术一次能固定多种酶；固定化酶和固定化细胞都能反复使用，酶的活性一段时间后会下降，但并不是快速下降。探究点二制备固定化酵母细胞并发酵利用酵母菌发酵可以生产酒精，利用固定化细胞技术可以提高发酵效率。试验中可以用海藻酸钠来包埋酵母细胞。制备固定化酵母细胞配制海藻配制海藻步骤酵母细胞的活化配制CaCl溶液2酸钠溶液实例图像主要在50mL烧杯中参加1g 0.83gCaCl参加150mL10mL操作20.7g10mL水中，用酒精灯小火小贴士活化就是让由于缺水而处于休眠状态下的微生物重恢复正常的生活状态。蒸馏水，用玻璃棒搅拌均物质的量浓度为小贴士活化就是让由于缺水而处于休眠状态下的微生物重恢复正常的生活状态。蒸馏水，用玻璃棒搅拌均物质的量浓度为0.051小时使其活化mol/L的CaCl溶液2拌，直至溶化海藻酸钠溶液与酵母细步骤固定化酵母细胞用固定化酵母细胞发酵胞混合实例图像将溶化好的海藻酸钠溶以恒定的速度缓慢地将将凝胶珠用蒸馏水冲洗液冷却至室温，参加已经注射器中的溶液滴加到主要活化的酵母细胞，进展充配制好的CaCl溶液中，操作2分搅拌，使其混合均匀，观看液滴在CaCl溶液中2～3次，参加到葡萄糖25℃下发再转移至注射器中2形成凝胶珠的情形试验中留意的问题(1)为什么海藻酸钠溶液的浓度要掌握好，不能过高或者过低？答案海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质量。假设海藻酸钠浓度过高，将很难形成凝胶珠；假设浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少，影响试验效果。(2)加热溶化海藻酸钠时微火加热并不断搅拌的目的是什么？答案防止加热太快导致海藻酸钠发生焦糊。为什么要海藻酸钠溶液冷却后才能参加酵母细胞？答案防止高温杀死酵母细胞。发酵过程中锥形瓶为什么要密封？锥形瓶中的气泡和酒精是怎样形成的？答案酵母菌的酒精发酵需要无氧条件；无氧条件下，酵母菌进展无氧呼吸产生酒精和二氧化碳。在利用固定化酶或固定化细胞进展生产的过程中，需要无菌操作吗？归纳提炼答案假设期望反复使用固定化酵母细胞，需要避开其他微生物的污染，因此需要无菌操作。归纳提炼1.酵母细胞的固定化的试验需要留意的事项选用的干酵母要具有较强的活性，而且物种单一。酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应选择体积足够大的容器，防止酵母细胞的活化液溢出。2溶解CaCl时勿用自来水，以免杂质离子影响试验结果。22制备固定化酵母细胞时，应将海藻酸钠与酵母细胞的混合液用注射器缓慢滴加到CaCl溶液中，而不是注射，以免影响凝胶珠的形成。2可利用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠作为比照。2.检测凝胶珠是否制作合格的方法机械法：用镊子夹取一个凝胶珠放在试验桌上，用手挤压，假设凝胶珠不简洁裂开，没有液体流出，就说明凝胶珠制作成功；也可以在试验桌上用力摔打凝胶珠，假设凝胶珠很简洁弹起，也说明制备的凝胶珠是成功的。活学活用目测法：合格的凝胶珠应是淡黄色、圆形或椭圆形的。假设颜色过浅呈白色，说明海藻酸钠溶液的浓度过低，固定的酵母细胞数目较少；假设形成的凝胶珠外形不规章，则说明海藻酸钠的浓度偏高。活学活用以下有关固定化酵母细胞制备步骤的表达，恰当的是( A.应使干酵母与自来水混合并搅拌，以利于酵母菌活化配制海藻酸钠溶液时要用小火或连续加热的方法向刚溶化好的海藻酸钠溶液中参加已活化的酵母细胞，充分搅拌并混合均匀CaCl2溶液中，会观看到CaCl2溶液中有球形或椭球形的凝胶珠形成[问题导析] (1)活化是将干酵母与蒸馏水混合，防止杂菌污染。发生焦。海藻酸钠溶液必需冷却至室温(4)海藻酸钠溶液是滴加到CaCl2溶液中，合格的凝胶珠应是淡黄色、圆形或椭圆形的。答案B解析由于缺水时微生物处于休眠状态，为了加速酵母细胞的活化，将干酵母与蒸馏水混合后用玻璃棒充分搅拌，而不应用自来水，由于自来水可能会有杂菌；为避开海藻酸钠发生焦糊，溶化时要小火或连续加热；假设将刚溶化好的海藻酸钠与已活化的酵母细胞混合，有可能会杀死酵母细胞；将与酵母细胞混匀的海藻酸钠的混合液用注射器缓慢滴加到CaCl2溶液中，而不是注入。用固定化酵母细胞发酵葡萄糖溶液时觉察无酒精产生，其缘由不行能是( A.试验瓶盖了塞子B.瓶内氧气充分，进展了有氧呼吸C.固定化的凝胶珠内可能没有酵母细胞D.所谓的葡萄糖溶液可能是其他物质[问题导析] 酵母细胞只有在葡萄糖溶液中，进展无氧呼吸时才能产生酒精。答案A以下属于固定化酶应用特点的是( )①可以被反复利用②有利于酶与产物分别③能自由出入载体④一种固定化酶只催化一种酶促反响⑤酶多用包埋法固定化A.①②③B.③⑤C.①②④D.①②⑤答案C解析酶被固定后可与产品分别，故可反复使用，但不能自由出入依附的载体。通常状况下固定化酶种类单一，所以不能催化一系列酶促反响。以下说法中，哪项不是在应用酶的过程中常遇见的问题( )酶与反响物混合，产品难以提纯酶在生物化学反响中往往难以回收C.酶遇强酸、强碱、高温等条件易失活D.酶作为催化剂，绝大多数是蛋白质答案D固定化细胞常用包埋法固定化，缘由是( A.包埋法固定化操作最简便B.包埋法对酶活性的影响最小C.包埋法固定化具有普遍性D.细胞体积大，难以被吸附或结合答案D解析由于细胞体积大，难以被吸附或结合，常用包埋法固定化。如图为固定化酶的反响柱示意图，请据图答复：(1)请在横线上填出各标号的名称。① ，② ，③ 。与一般酶制剂相比，固定化酶的突出优点是 ；固定化细胞的优点是 。③的作用是 。制作固定化葡萄糖异构酶所用的方式有 或 。(5)据图说出反响柱的作用原理。。答案(1)反响柱固定化酶分布着小孔的筛板(2)既能与反响物接触，又能与产物分别，还能被反复利用本钱更低，操作更简洁，且能催化一系列的反响(3)使酶颗粒无法通过，反响溶液却可以自由出入化学结合法物理吸附法反响液从反响柱的上端注入，使反响物溶液流过反响柱，与固定化酶接触，得到的产物从反响柱下端流出解析与一般的酶制剂相比，固定化酶不仅能与反响物充分接触，还能与产物分别，并且可以反复利用；与固定化酶相比，固定化细胞能催化一系列的化学反响，并且固定化细胞本钱更低，操作更简洁；使用固定化酶技术往往利用一个反响柱，反响柱下端有一个分布着小孔的筛板，酶颗粒无法通过筛板，而反响溶液却可以自由出入。根底过关学问点一固定化酶和固定化细胞技术根底过关酶的固定方法不包括( A.将酶吸附在载体外表上B.将酶相互连接起来C.将酶包埋在微小网格里D.将酶制成固体酶制剂，如加酶洗衣粉中的酶答案D以下说法不正确的选项是( )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B.固定化酶更适合承受化学结合法和物理吸附法C.由于细胞体积大，而酶分子很小，因此细胞多承受物理吸附法固定D.反响物是大分子物质应承受固定化酶答案C解析由于细胞体积大，酶分子很小，体积大的细胞难以被吸附或结合，而体积小的酶分子简洁从包埋材料中漏出。因此，细胞多承受包埋法固定化，酶更适合承受化学结合法和物理吸附法固定化。关于固定化酶中酶的说法，正确的选项是( A.酶的种类多样，可催化一系列的酶促反响B.酶被固定在不溶于水的载体上，可反复利用C.酶作为催化剂，反响前后构造不转变，所以固定化酶可永久利用下去D.固定化酶由于被固定在载体上，所以丧失了酶的高效性和专一性特点答案B解析固定化酶不能催化一系列酶促反响的进展可以反复利用，但是随着利用次数的增加，受到外界因素的影响，其活性会渐渐降低；固定化酶具有高效性和专一性的特点。以下关于使用固定化酶技术生产高果糖浆的说法，正确的选项是( A.高果糖浆的生产需要使用果糖异构酶B.在反响柱内的顶端装上分布着很多小孔的筛板，防止异物进入C.将葡萄糖溶液从反响柱的上端注入，果糖从反响柱下端流出D.固定化酶技术简单，本钱较高答案C解析生产高果糖浆时所用的酶应为葡萄糖异构酶，将这种酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个反响柱内，柱子底端装上分布着很多小孔的筛板。酶颗粒无法通过筛板上的小孔，而反响溶液却可以自由出入。生产过程中，将葡萄糖溶液从反响从反响柱的下端流出。反响柱能连续使用半年，大大降低了生产本钱。学问点二制备固定化酵母细胞并发酵有关制备固定化酵母细胞的表达，正确的选项是( )首先用蒸馏水把干酵母、CaCl2、海藻酸钠配制成溶液，但配制CaCl2溶液需要加热B.配制海藻酸钠的溶液成糊状C.配制酵母细胞溶液，要用玻璃棒搅拌，使酵母细胞混合均匀D.酵母细胞溶液首先要和CaCl2溶液混合答案C解析配制CaCl2溶液不需加热；配制海藻酸钠溶液需要加热，直至将海藻酸钠完全溶6.在制备固定化酵母细胞的试验中，CaCl2溶液的作用是()A.用于调整溶液pH B.用于进展离子交换C.用于胶体聚沉D.用于为酵母菌供给Ca2＋答案C2解析海藻酸钠胶体在CaCl这种电解质溶液的作用下，发生聚沉，形成凝胶珠，其作用机理是由于盐离子的电荷与胶体微粒电荷相互吸引，形成更大的胶体颗粒，类似于人体红细胞与抗凝集素之间的凝集反响。2以下关于配制海藻酸钠溶液的措施，正确的选项是( A.用酒精灯加热，加热时不能搅拌B.由于海藻酸钠溶解速度快，所以不用加热C.海藻酸钠在水中溶解的速度慢，需用酒精喷灯加热D.承受小火或连续加热，促进溶解，防止发生焦糊答案D解析海藻酸钠承受小火或连续加热，需搅拌防止焦糊；酒精喷灯产生高温火焰，主要用于需强热的试验，此试验中不使用。以下关于制备固定化酵母细胞的过程，错误的选项是( )A.酵母细胞活化时，其吸水方式为渗透作用B.0.05mol/LCaCl中浸泡2C.固定好的凝胶珠用蒸馏水冲洗2～3次D.固定化酵母细胞的发酵本钱较低答案A解析活化初期主要靠吸胀作用吸水，且吸水量约为自身干重的10倍。力量提升下面是制备固定化酵母细胞的步骤，正确的选项是()力量提升CaCl2溶液②配制海藻酸钠溶液③海藻酸钠与酵母细胞混合④酵母细胞活化⑤固定化酵母细胞A.①②③④⑤B.④①③②⑤C.④⑤②①③D.④①②③⑤答案D解析制备固定化酵母细胞的根本步骤是：酵母细胞的活化→配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液→配制海藻酸钠溶液→与酵母细胞混合→固定化酵母细胞。12是利用固定化酵母细胞进展酒精发酵的示意图，以下表达不正确的选项是()刚溶化的海藻酸钠应快速与活化的酵母细胞混合制备混合液1中X溶液为CaCl溶液，其作用是使海藻酸钠形成凝胶珠22发酵过程中搅拌的目的是为了使培育液与酵母细胞充分接触1中制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤后再转移到图2装置中答案A22 解析刚溶化的海藻酸钠要冷却至室温，才能与活化的酵母细胞混合制备混合液，以免CaCl溶液进展固定化酵母细胞，CaCl的作用是使海藻酸钠形成凝胶珠；发酵过程中搅拌的目的是使培育液与酵母细胞充分接触，以利于发(去除残留的CaCl)后再转移到图222 制备好的凝胶珠是否符合应用要求，常用的检测方法有( )①挤压法②摔打法③观看法④培育法A.①②④C.②③④B.①③④D.①②③答案D解析检测凝胶珠是否合格，常常使用以下检测方法：一是用镊子夹起一个凝胶珠放在试验桌上用手挤压，假设凝胶珠不简洁裂开，没有液体流出，就说明凝胶珠制作成功。二是在试验桌上用力摔打凝胶珠，假设凝胶珠很简洁弹起，也能说明制备的凝胶珠是成功的。还可以通过观看凝胶珠的颜色和外形来推断。右图所示为应用固定化酵母进展葡萄糖发酵的装置，以下说法中不正确的选项是( A.为使固定化酵母可以反复使用，试验过程肯定要在无菌条件下进展B.12则必需关闭C.装置的长导管主要是为了释放CO2并防止杂菌进入反响柱D.参加的反响液浓度不能过高以免酵母细胞因失水过多而死亡答案B解析1和活塞2。以下图中所示的酶固定化技术中属于包埋法的一组是( )A.①②B.①③④C.①④D.③④答案D解析①为吸附法，②为化学结合法，③④为包埋法，③包埋于网格中，④包埋于微胶囊中。依据下面的试验原理、试验过程分析争论相关问题。试验原理：麦芽汁可以渗入到由海藻酸钠和啤酒酵母制成的凝胶珠中。啤酒酵母可以利用自身细胞内的一系列酶将可发酵的糖转化成乙醇。10mL2524～30h。1.6g40mL，98kPa15min453510mL酵母培育(或装有5号针头的注射器外套中)恒定的速度滴入盛有葡萄糖、氯化钙混合液的容器中，浸泡30min制成凝胶珠。③倒去葡萄糖、氯化钙混合液，用无菌水洗涤凝胶珠三次后，将凝胶珠放入500mL三300mL255d左右，倒动身酵后的麦芽汁即为生啤酒，品尝其口味。凝胶珠是由什么组成的？它有什么作用？。(2)区分？。(3)制作成功的凝胶珠需用 ，其颜色为 。将凝胶珠参加用于发酵的葡萄糖溶液后，觉察有 产生，同时有 味散发。答案(1)入凝胶珠的麦芽汁中的糖发酵，进而转化成乙醇将生啤酒倒出后，将凝胶珠再投放入颖的麦芽汁中，可以在较长时间内反复连续使用，而一般发酵中的酶或菌种不能反复使用蒸馏水冲洗浅黄色气泡酒下面是制备固定化酵母细胞的试验步骤，请答复以下问题。酵母细胞的活化→配制CaCl2溶液→配制海藻酸钠溶液→海藻酸钠溶液与酵母细胞混合→固定化酵母细胞在 状态下，微生物处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重恢复 状态。活化前应选择足够大的容器，因为酵母细胞活化时 。固定化细胞技术一般承受包埋法