4.3 酵母细胞的固定化课件-新人教版选修1(共20张PPT)

(共20张PPT)
专题四酶的研究与应用
课 题 3
酵母细胞的固定化
酶制剂
优点：
催化效率高、低耗能、低污染，大规
模地应用于食品、化工等各个领域。
存在的缺陷：
1.通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常 敏感，容易失活；
2.溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生 产成本；
3.反应后会混在产物中，可能影响产品质量。
固定化酶技术
解决的办法：
·什么是固定化酶
水溶性酶 水不溶性载体
固定化技术
水不溶性酶
(固定化酶)
基础知识
一 、固定化酶的应用实例
阅读P49-50, 并思考：
1.什么是高果糖浆 使用它有何好处
2.生产高果糖浆需要什么酶 其作用是什么 这种酶有何特点
3.了解高果糖浆生产过程
4.这种方法的优点是什么
1.什么是高果糖浆 使用它有何好处
高果糖浆是果糖含量为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，对人的健康有利。
你能写出果糖的分子式吗 它属于什么糖
2.生产高果糖浆需要什么酶 其作用是什么 这 种酶有何特点
生产高果糖浆需要葡萄糖异构酶；其作用是将葡萄糖 转化为果糖；这种酶稳定性好，可持续发挥作用。
酶溶于葡萄糖溶液后，就无法回收，造成很大的浪费。
注意反应柱的各部分名称。
你能说出反应柱的优点吗
①反应柱能连续使用半年 ，大 大降低了生产成本.
②提高了果糖的产量和质量。
4.固定化酶技术的优点：
(1)使酶既能与反应物接触，又能与产物分离
(2)固定在载体上的酶可以被反复利用
反应柱
分布若小 孔的筛板
果糖
图 4 - 5 固定化酶的反应柱示意图
3.固定化酶技术生产高果糖浆的过程：
萄萄糖一
在生产实际中使用固定化酶技术的不足：
一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实际中 很多产物的形成都通过一系列的酶促反应才能进 行，所以操作比较麻烦。
怎么办
可采用固定化细胞技术
二、固定化细胞技术
阅读P50: 思考以下几个问题
1.什么是固定化酶或固定化细胞技术，可以采用 什么方法固定
2.固定化酶或固定化细胞技术分别适合使用哪种 方法 为什么
3.固定化酶和固定化细胞的联系与区别
4.本课题采用包埋法固定细胞，常用的载体材料有 哪些
1.什么是固定化酶或固定化细胞技术，可以采用什 么方法固定
利用物理或化学方法将酶或细胞固定在 一 定空间 的技术。可用包埋法、化学结合法和物理吸附法
包埋法 化学结合法 物理吸附法
载体 酶 酶
凝胶网格 半透膜微囊
固定对象 酶
细胞
适宜固 定法 化学结合法 物理吸附法
包埋法
特 点 体积小，固定一种酶包 埋法容易丢失
体积大，固定一系列酶 难以化学结合和吸附
2.固定化酶或固定化细胞技术分别适合使用哪种方 法 为什么
3.固定化酶和固定化细胞的联系与区别
联系：应用相同，都能催化某些反应
区别：
(1)固定化细胞技术操作容易，成本低，容易回收；
(2)固定化细胞技术对酶活性影响更小；
(3)固定化细胞固定的一系列酶；
(4)由于大分子难以通过细胞膜，因此固定化细胞的 应用有一定的限制；
4.本课题采用包埋法固定细胞，常用的载体材料有 哪些
明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺 其共同的特点是不溶于水的多孔性载体
海藻酸钠 聚丙烯酰胺
实验操作
(一)制备固定化酵母细胞
阅读P50~51 思考下列问题：
1.制备过程包括哪几个步骤
2.你认为哪个步骤的操作是最重要的一环
1.制备过程包括哪几个步骤
酵母细胞的活化 配制CaCl 溶液 配制海藻酸钠溶液
CaCl2的作用是使海藻酸钠胶
体发生聚沉，形成凝胶珠。
将海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合
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到配 置好的CaCl2 溶液中，滴加在CaCl2 溶液中形成 凝胶珠，凝胶珠在CaCl2 溶液中浸泡30分钟。
刚形成的凝胶珠应在CaC12溶液中浸泡一段时间，以便
形成稳定的结构。
检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列方法：
一是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裂，没有液体流出，就表明凝胶珠的 制作成功。
二是在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很容易 弹起，也能表明制备的凝胶珠是成功的。
2.你认为哪个步骤的操作是最重要的一环
加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环， 涉及到实验的成败，一定要按照教材的提示进
行操作。海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的 质量。如果海藻酸钠浓度过高，将很难形成凝
胶珠；如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的 酵母细胞的数目少，影响实验效果。
图为某同学利用海藻酸钠固定化酵母细胞的 实验结果，出现此结果的可能原因有ACD
A. 海藻酸钠浓度过高
B. 酵母细胞已经死亡
C.注射器中的溶液推进速度过快
D.注射器距离CaCl2溶液液面太近
(二)用固定化酵母细胞发酵
1.将固定化的酵母细胞(凝胶珠)用蒸馏水冲洗2到3次。
2.将150ml质量分数为10%的葡萄糖溶液转移到200ml的锥 形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于25摄氏度下发 酵24h。
利用固定化酵母细胞发酵产生酒精，可以看到产生了 很多气泡，同时会闻到酒味。
细胞的固定化要在严格的无菌条件下进行；
反复使用固定化酵母细胞时，需要避免微生物 的污染。
在应用固定化酵母细胞进行酒精发酵时要 注意控制好温度，保证缺氧的环境，并且发酵 时间要稍长一些，增强实验效果。
类型 优点
不足
直接 使用 酶 催化效率高，低耗能、 低污染等
对环境条件非常敏感，容易失活；
溶液中的酶很难回收，不能被再次 利用，提高了生产成本；反应后酶 会混在产物中，可能影响产品质量
固定 化酶 酶既能与反应物接触， 又能与产物分离，同时， 固定在载体上的酶还可 以被反复利用
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 通过一系列的酶促反应才能得到的
固定 化细 胞 成本低、操作容易、对 酶活性的影响更小、可 以催化一系列的反应、 容易回收
固定后的酶或细胞与反应物不容易 接近，可能导致反应效果下降，由 于大分子物质难以自由通过细胞膜， 因此固定化细胞的应用也受到限制
直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的优缺点