選修一：酵母細胞的固定化

課題3

酵母細胞的固定化酶①天然酶通常對強酸、強堿、高溫和有機溶劑等條件非常敏感，容易失活②溶液中酶很難回收，不能再次利用，提高了生產(chǎn)成本③反應后，酶會混在產(chǎn)物中，影響產(chǎn)品質(zhì)量，難以在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應用如何解決這些問題？應用過程中的實際問題自主預習49-50頁課本內(nèi)容，回答下列問題1、什么是高果糖漿？有什么好處？3、生產(chǎn)高果糖漿需要什么酶？其作用是什么?這種酶有什么特點？4、反應柱的組成部分？篩板的作用？高糖果漿如何生產(chǎn)？5、由此可以看出，固定化酶技術(shù)有什么優(yōu)點？一、固定化酶的應用實例基礎(chǔ)知識（一）固定化酶的應用實例

——生產(chǎn)高果糖漿（1）高果糖漿的生產(chǎn)原理：葡萄糖異構(gòu)酶果糖葡萄糖自主預習49-50頁課本內(nèi)容，回答下列問題1、什么是高果糖漿？有什么好處？3、生產(chǎn)高果糖漿需要什么酶？其作用是什么?這種酶有什么特點？4、反應柱的組成部分？篩板的作用？高糖果漿如何生產(chǎn)？5、由此可以看出，固定化酶技術(shù)有什么優(yōu)點？一、固定化酶的應用實例429572439gao反應柱的優(yōu)點？反應柱能連續(xù)使用半年，大大降低了生產(chǎn)成本，提高了果糖的產(chǎn)量和質(zhì)量自主預習49-50頁課本內(nèi)容，回答下列問題1、什么是高果糖漿？有什么好處？3、生產(chǎn)高果糖漿需要什么酶？其作用是什么?這種酶有什么特點？4、反應柱的組成部分？篩板的作用？高糖果漿如何生產(chǎn)？5、由此可以看出，固定化酶技術(shù)有什么優(yōu)點？一、固定化酶的應用實例固定化酶技術(shù)的不足：一種酶只能催化一種化學反應，而在生產(chǎn)實際中，很多產(chǎn)物的形成都通過一系列的酶促反應才能進行，所以，操作比較麻煩。怎么辦？可采用固定化細胞技術(shù)（二）固定化細胞技術(shù)自主閱讀50頁，回答問題：1、什么是固定化細胞或酶技術(shù)？2、固定技術(shù)的方法都有什么？如何選擇？3、固定時常用的載體都有什么？（二）固定化細胞技術(shù)1.將酶或細胞固定化的方法將酶（或細胞）包埋在細微網(wǎng)格里將酶（或細胞）相互連接起來將酶（或細胞）吸附在載體表面上包埋法化學結(jié)合法吸附法酶和細胞固定方法的選擇①酶適合采用化學結(jié)合和物理吸附法固定②細胞適合采用包埋法固定1、方法2、原因①細胞個大，酶分子很?、趥€體大的細胞難以被吸附或結(jié)合而個小的酶容易從包埋的材料中漏出（二）固定化細胞技術(shù)自主閱讀50頁，回答問題：1、什么是固定化細胞或酶技術(shù)？2、固定技術(shù)的方法都有什么？3、固定時常用的載體都有什么？1、對于固定化酶和固定化細胞來說，哪一種方法更容易操作？哪一種方法對酶的影響小？思考：固定化細胞技術(shù)3、如果將微生物發(fā)酵過程變成一系列的酶促反應，應該用哪一種方法？2、固定化細胞技術(shù)是固定的一種酶還是一系列酶？一系列酶固定化細胞4、如果反應物是大分子物質(zhì)，能否采用固定化細胞法？為什么？不能，大分子物質(zhì)難以通過細胞膜，所以采用固定化酶技術(shù)〖思考〗將谷氨酸棒狀桿菌生產(chǎn)谷氨酸的發(fā)酵過程變?yōu)檫B續(xù)的酶反應，應當固定（酶、細胞）；若將蛋白質(zhì)變成氨基酸，應當固定（酶、細胞）?！獭叹毩曨}酶的固定方法不包括（）A．將酶吸附在載體表面上B．將酶相互連接起來C．將酶包埋在細微網(wǎng)格里D．將酶制成固體酶制劑，如加酶洗衣粉中的酶

D2、使用固定化細胞的優(yōu)點是（

）A.能催化大分子物質(zhì)水解

B．可催化一系列化學反應

C．與反應物易接近

D．有利于酶在細胞外發(fā)揮作用B3、下列關(guān)于固定化酶技術(shù)的說法正確的是（

）

A．固定化酶技術(shù)就是固定反應物將酶依附著載體圍繞反應旋轉(zhuǎn)的技術(shù)

B．固定化酶的優(yōu)勢在于能催化一系列的酶促反應

C．固定化酶中的酶無法重復利用

D．固定化酶是將酶固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)D4．下列不是用于包埋法固定化細胞的載體是A．瓊脂糖B．醋酸纖維素C．聚丙烯酰胺D．聚乙烯樹脂√429572439gao二、實驗操作（一）方法1、包埋法固定化細胞2、海藻酸鈉作載體包埋酵母細胞（二）制備固定化酵母細胞

活化是指讓處于休眠狀態(tài)的微生物重新恢復正常生活狀態(tài)的過程?！妓伎?〗活化是指什么？（1）酵母細胞的活化：1g干酵母＋10mL蒸餾水→50mL燒杯→攪拌均勻→放置1h，使之活化。429572439gao2、配置物質(zhì)的量濃度為0.05mol/L的CaCl2溶液①過程稱取無水CaCl20.83g，放入200ml的燒杯中，加入150ml的蒸餾水，使其充分溶解，待用②注意事項溶解物質(zhì)要徹底，勿用自來水溶解，以防自來水中各種離子影響實驗結(jié)果防止海藻酸鈉焦糊。（3）配制海藻酸鈉溶液：0.7g海藻酸＋10mL水→50mL燒杯→酒精燈小火（或間斷）加熱，并不斷攪拌，使之溶化→蒸餾水定容到10mL。〖思考3〗微火加熱并不斷攪拌的目的是什么？海藻酸鈉的濃度涉及到固定化細胞的質(zhì)量。如果海藻酸鈉濃度過高，將很難形成凝膠珠；如果濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細胞的數(shù)目少(4)海藻酸鈉溶液與酵母細胞的混合：將溶化的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫，加入活化酵母細胞液，攪拌后吸入到注射器中。注意：攪拌要徹底充分，使兩者混合均勻，以免影響實驗結(jié)果的觀察〖思考4〗為什么要海藻酸鈉溶液冷卻后才能加入酵母細胞？防止高溫殺死酵母細胞。（5）固定化酵母細胞：

以恒定速度緩慢地將注射器中的溶液滴加到CaCl2溶液中，形成凝膠珠狀顆粒。CaCl2溶液作用：海藻酸鈉膠體在CaCl2這種電解質(zhì)的作用下，發(fā)生聚沉，形成凝膠珠。剛形成的凝膠珠應在CaCl2溶液中浸泡一段時間，以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。檢驗凝膠珠的質(zhì)量是否合格，可以使用下列方法。一是用鑷子夾起一個凝膠珠放在實驗桌上用手擠壓，如果凝膠珠不容易破裂，沒有液體流出，就表明凝膠珠的制作成功。二是在實驗桌上用力摔打凝膠珠，如果凝膠珠很容易彈起，也能表明制備的凝膠珠是成功的從結(jié)構(gòu)上判斷凝膠珠是否成功429572439gao如果制作的凝膠珠顏色過淺、呈白色，說明海藻酸鈉的濃度偏低，固定的酵母細胞數(shù)目較少；如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，則說明海藻酸鈉的濃度偏高，制作失敗，需要再作嘗試。觀察凝膠珠的顏色和形狀來判斷成功與否（三）固定化酵母細胞的發(fā)酵（6）沖洗：將固定的酵母細胞凝膠珠用蒸餾水沖洗2～3次，洗去凝膠珠表面多余的電解質(zhì)溶液。（7）發(fā)酵：150mL10％葡萄糖＋固定化酵母細胞→200mL錐形瓶→密封→25℃發(fā)酵24h。〖思考5〗發(fā)酵過程中錐形瓶為什么要密封？酵母菌的酒精發(fā)酵需要缺氧條件。酵母菌進行無氧呼吸產(chǎn)生的。需要。可用不含酵母的凝膠珠做相同的處理，對照實驗結(jié)果〖思考6〗錐形瓶中的氣泡和酒精是怎樣形成的？〖思考8〗如果要設(shè)置對照試驗排除無關(guān)變量的影響，如何設(shè)置對照實驗？〖思考7〗在利用固定化酶或固定化細胞進行生產(chǎn)的過程中，需要無菌操作嗎？429572439gao類型優(yōu)點不足直接使用酶催化效率高，低耗能、低污染等對環(huán)境條件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很難回收，不能被再次利用，提高了生產(chǎn)成本；反應后酶會混在產(chǎn)物中，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量固定化酶酶既能與反應物接觸，又能與產(chǎn)物分離，同時，固定在載體上的酶還可以被反復利用一種酶只能催化一種化學反應，而在生產(chǎn)實踐中，很多產(chǎn)物的形成都通過一系列的酶促反應才能得到的固定化細胞成本低、操作容易、對酶活性的影響更小、可以催化一系列的反應、容易回收固定后的酶或細胞與反應物不容易接近，可能導致反應效果下降由于大分子物質(zhì)難以自由通過細胞膜，因此固定化細胞的應用也受到限制（四）直接使用酶、固定化酶和固定化細胞催化的優(yōu)缺點例1．下列有關(guān)固定化技術(shù)的敘述，正確的是（）A.固定化酶只是在細胞內(nèi)才能發(fā)揮作用B.固定化酶能提高酶的利用率C.酶的固定是酶分離純化的常用方法D.固定化酶的固定化方式就是吸附在

固體表面上?！汤?.關(guān)于固定化細胞的敘述，正確的是A.催化效率高，低耗能、低污染B.對環(huán)境的條件非常敏感，容易失活C.既能與反應物充分接觸，又能與產(chǎn)物

分離D.成本低、操作簡單，但反應效果可能

很低√例3.溶解海藻酸鈉，最好采用______加熱的方法A.小火間斷B.小火持續(xù)C.大火間斷D.大火持續(xù)√例4.關(guān)于酵母菌的敘述，正確的是A.酵母菌在營養(yǎng)物質(zhì)充足時、環(huán)境適宜

時，依靠有性生殖進行繁殖B.酵母菌的代謝類型時異養(yǎng)厭氧型C.酵母菌的生物膜系統(tǒng)包括細胞膜、核

膜、各種的細胞器膜等膜D.用酵母菌釀酒時，應先密封后通氣√例5.將酵母菌的培養(yǎng)液由富氧狀態(tài)變?yōu)槿毖鯛顟B(tài)，下面加快的一項是A.CO2的釋放B.丙酮酸的氧化C