酵母細胞的固定化(II)

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1、課題3酵母細胞的固定化生物選修1專題4酶的研究與應(yīng)用課題目標1．簡述固定化酶的概念2．說出酶固定化的方法3．嘗試用包埋法制備固定化酵母細胞4．探討固定化酶的應(yīng)用價值閱讀教材P49課題背景部分，回答酶存在哪些缺陷？1、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、溶液中的酶很難回收，提高了生產(chǎn)成本；3、反應(yīng)后會混在產(chǎn)物中，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量。課題背景人們解決這些缺陷的設(shè)想和措施是什么？固定化酶技術(shù)和固定化細胞技術(shù)一、基礎(chǔ)知識（一）固定化酶的應(yīng)用實例1.利用固定化酶技術(shù)生產(chǎn)高果糖漿的實例（1）高

2、果糖漿的生產(chǎn)需要酶葡萄糖異構(gòu)酶（2）葡萄糖異構(gòu)酶的優(yōu)點穩(wěn)定性好、可以持續(xù)發(fā)揮作用（3）在生產(chǎn)中直接使用酶有什么缺點？酶溶解于葡萄糖溶液后，無法回收，造成浪費含淀粉的漿液α-淀粉酶糊精糖化酶葡萄糖葡萄糖異構(gòu)酶葡萄糖的異構(gòu)化42%～45%轉(zhuǎn)化成果糖果葡糖漿果糖和葡萄糖分離葡萄糖再次異構(gòu)化反復(fù)多次果糖含量70%～90%高果糖漿固定化酶技術(shù)生產(chǎn)高果糖漿生產(chǎn)流程2.固定化酶的反應(yīng)柱示意圖使用固定化酶技術(shù)，將葡萄糖異構(gòu)酶固定在一種顆粒狀的載體上，再將這種酶顆粒裝在一個反應(yīng)柱內(nèi)，柱子底端裝有分布著許多小孔的篩板。酶顆粒無

3、法通過篩板上的小孔，而反應(yīng)溶液卻可以自由出入。3.固定化酶在生產(chǎn)實踐中的優(yōu)點：反應(yīng)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。酶既能與反應(yīng)物接觸，又容易與產(chǎn)物分離，提高產(chǎn)品質(zhì)量；同時固定在載體上的酶還可以反復(fù)利用，節(jié)約成本。（1）概念：固定化酶和固定化細胞是利用物理或化學(xué)方法將酶或細胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)。（二）固定化細胞技術(shù)（2）常用方法：包括包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法。酶適合采用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法固定化，而細胞多采用包埋法固定化。這是因為細胞個大，而酶分子很?。粋€大的細胞難以

4、被吸附或結(jié)合，而個小的酶容易從包埋材料中漏出。（3）酶的幾種固定方式將酶包埋在細微網(wǎng)格里將酶相互連接起來將酶吸附在載體表面上包埋法化學(xué)結(jié)合法物理吸附法方法原理適用對象包埋法是將聚合物的單體與酶溶液混合，再借助于聚合助進劑(包括交聯(lián)劑)的作用進行聚合，酶被包埋在聚合物中以達到固定化酶或細胞化學(xué)結(jié)合法酶蛋白的側(cè)鏈基團和載體表面上的功能基團之間形成共價鍵而固定的方法酶物理吸附法通過氫鍵、疏水作用和π電子親和力等物理作用，將酶固定于水不溶載體上．從而制成固定化酶酶P50課堂討論1．從操作角度來考慮，你認為固定化酶技

5、術(shù)與固定化細胞技術(shù)哪一種方法更容易？哪一種方法對酶活性的影響更??？2．固定化細胞固定的是一種酶還是一系列酶？3．如果想將微生物的發(fā)酵過程變成連續(xù)的酶反應(yīng)，應(yīng)該選擇哪種方法？4．如果反應(yīng)物是大分子物質(zhì)，又應(yīng)該選擇哪種方法？固定化細胞技術(shù)固定化細胞固定的是一系列酶固定化細胞技術(shù)固定化酶技術(shù)固定化細胞技術(shù)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?；罨侵缸屘幱谛菝郀顟B(tài)的微生物重新恢復(fù)正常生活狀態(tài)的過程。二、實驗設(shè)計（一）制備固定化酵母細胞2、配制CaCl2溶液：0

6、.83gCaCl2＋150mL蒸餾水→200mL燒杯→溶解備用。3、配制海藻酸鈉溶液：0.7g海藻酸＋10mL水→50mL燒杯→酒精燈微火（或間斷）加熱，并不斷攪拌，使之溶化→蒸餾水定容到10mL。防止海藻酸鈉焦糊。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。思考：微火加熱并不斷攪拌的目的是什么？思考：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

7、成凝膠珠狀顆粒。（二）固定化酵母細胞的發(fā)酵1、沖洗：將固定的酵母細胞凝膠珠用蒸餾水沖洗2～3次。2、發(fā)酵：150mL10％葡萄糖＋固定化酵母細胞→200mL錘形瓶→密封→25℃發(fā)酵24h。思考：發(fā)酵過程中錐形瓶為什么要密封？思考：錐形瓶中的氣泡和酒精是怎樣形成的？思考：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？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。海藻酸鈉在水中溶解的速度較慢，需要通過加熱促進其溶解。溶解海藻酸鈉，最好采用小火間斷加熱的方法。例如，加熱幾分鐘后，從石

8、棉網(wǎng)上取下燒杯冷卻片刻，并不斷攪拌，再將燒杯放回石棉網(wǎng)繼續(xù)加熱，如此重復(fù)數(shù)次，直至海藻酸鈉完全溶化。如果加熱太快，海藻酸鈉會發(fā)生焦糊。三、操作提示（一）觀察凝膠珠的顏色和形狀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。（二）觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液利用固定的酵母細胞發(fā)酵產(chǎn)生酒精，可以看到產(chǎn)生了很多