(共30张PPT)
专题四
酶的研究与应用
课题三
酵母细胞的固定化
课题目标
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行酒精发酵。
在食品、化工、轻纺、医药等领域大规模使用酶制剂，说明酶制剂使用有很多优点，你能举出一些例子吗？
催化效率高、低能耗、低污染等。
课题背景
酶制剂的使用有缺点吗？
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。
固定化酶技术和固定化酵母细胞技术可以克服以上缺点。
基础知识
（一）固定化酶的应用实例
1.利用固定化酶技术生产高果糖浆的实例
（1）高果糖浆的生产需要葡萄糖异构酶
（2）葡萄糖异构酶的优点
稳定性好、可以持续发挥作用
（3）在生产中直接使用酶的缺点
无法回收，造成浪费
2.固定化酶的反应柱示意图
反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本，提高果糖的产量和质量。
（二）固定化细胞技术
1.概念：
利用物理或化学方法将细胞固定在一定空间的技术。
细胞中含有一系列酶，在细胞正常生命活动的过程中，通过代谢产生所需要的代谢产物。
2.将酶或细胞固定化的方法
（1）包埋法
（2）化学结合法
（3）吸附法
将酶（或细胞）包埋在细微网格里
将酶（或细胞）相互连接起来
将酶（或细胞）吸附在载体表面上
【方法点拨】
酶和细胞固定方法的选择
酶适合采用化学结合和物理吸附法固定
细胞适合采用包埋法固定
原因
细胞个大，酶分子很小
个体大的细胞难以被吸附或结合而个小的酶容易从包埋的材料中漏出
(三）固定化酶和固定化细胞的联系与区别
（1）联系：
（2）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固定化细胞固定的是一系列酶；
④由于大分子难以通过细胞膜，固定化细胞的应用有一定的限制。
应用相同，都能催化某些反应
（四）固定化酶和固定化细胞常用的载体材料
明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等
其共同的特点是不溶于水的多孔性载体。
【思考】
1.想将微生物的发酵过程变成连续的酶反应，选择哪种方法？
固定化细胞技术
2.反应物是大分子物质，又选择哪种方法？
固定化酶技术
（一）制备固定化酵母细胞
实验操作
1．酵母细胞的活化
活化：
让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态；
本质：
加快新陈代谢；
方法：
加入适量的水。
步骤：
取1g干酵母，放入50ml的小烧杯中，加入蒸馏水10ml，用玻璃棒搅拌，使酵母细胞混合均匀，成糊状，放置1h左右使其活化
袋装干酵母
活化的酵母
称取无水CaCl2
0.83g。放入200mL的烧杯中，加入150mL的蒸馏水，使其充分溶解，待用。
2.配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液
3.配制海藻酸钠溶液
称取0.7g海藻酸钠，放入50mL小烧杯中.加人10mL水，用酒精灯加热，边加热边搅拌，将海藻酸钠调成糊状，直至完全溶化，用蒸馏水定容至10mL。注意，加热时要用小火，或者间断加热，反复几次，直到海藻酸钠溶化为止。
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。
【特别提醒】
4.海藻酸钠溶液与酵母细胞混合
将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入已活化的醉母细胞，进行充分搅拌，使其混合均匀，再转移至注射器中。
5.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制好的CaCl2溶液中，观察液滴在CaCl2溶液中形成凝胶珠的情形。将这些凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30
min左右。
【分析与评价】
观察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，制作失败，需要再作尝试。
（二）用固定化细胞发酵
1.将固定好的酵母细胞(凝胶珠)用蒸馏水冲洗2-3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℃下发酵24h。
观察发酵的葡萄糖溶液；利用固定的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。
【分析与评价】
【课堂小结】
一、固定酶的应用实例
1．能将葡萄糖转化为果糖的酶是葡萄糖异构酶，该酶稳定性好。
2．反应柱上的孔应满足酶颗粒无法通过，反应溶液可以自由通过。
二、固定化细胞技术
1．概念：
利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术。
2．方法：
包括包埋法、化学结合法和物理吸附法。
细胞多采用包埋法，而酶多采用化学结合法和物理吸附法。
三、实验操作程序
1．酵母细胞的活化
2．配制CaCl2溶液
3．配制海藻酸钠溶液
4．海藻酸钠溶液与酵母细胞混合
5．固定化酵母细胞
6．用固定化酵母细胞发酵
1.下面是制备固定化酵母细胞的步骤，正确的是( )
①配制CaCl2溶液
②海酸钠溶化
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．①②③④⑤
B．④①③②⑤
C．④⑤②①③
D．④①②③⑤
知识梳理
方法突破
随堂练习
D
酵母细胞的活化→配制物质的量浓度为0.05
mol/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。
【方法点拨】
制备固定化酵母细胞的基本步骤
2．下列有关固定化酵母细胞制备步骤不恰当的是( )
A．应使干酵母与水混合并搅拌，以利于酵母菌活化
B．配置海藻酸钠溶液时要用小火间断加热的方法
C．向刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入已活化的酵母细胞，充分搅拌并混合均匀
D．将酵母细胞混匀的海藻酸钠溶液注入CaCl2溶液中，会观察到CaCl2溶液中有球形的凝胶珠形成
C
将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，方可加入已活化的酵母细胞。
【方法点拨】
3.下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述,错误的是（
）
A.
固定化酶的主要目的是实现酶的重复利用
B.
溶解氧交换受阻是固定化酶应用的重要限制因素
C.
固定化细胞用于生产能分泌到细胞外的产物
D.
凝胶与被包埋细胞之间不是通过共价键结合
B
【解析】
固定化酶实现了酶和底物的分离，酶可重复利用，A正确；酶的催化作用不需要氧气，故固定化酶的应用不需要氧气，与溶解氧交换受阻没有关系，B错误；固定化细胞可用于生产分泌到细胞外的产物，如分泌蛋白等，C正确；凝胶与被包埋细胞之间没有化学键，不通过共价键结合，D正确。
变式
训练
4．相对固定化酶而言，固定化细胞对酶的活性影响较小，根本原因是( )
A．避免了细胞破碎、酶的提取纯化过程
B．固定化细胞在多种酶促反应中连续发挥作用
C．催化反应结束后，能被吸收和重复利用
D．细胞结构保证了各种酶在细胞内的化学反应中有效地发挥作用
栏目链接
D
固定化细胞维持了细胞结构的完整性，为酶充分地发挥作用提供了稳定的内环境。
【方法点拨】
5.试分析下图中哪一种与用海藻酸钠作载体制备的固定化酵母细胞相似？( )
D
A为吸附法，B为化学结合法，C为细微网格包埋法，D为海藻酸钠作载体制备的凝胶珠。二者适合于酶的固定化；C选项既用于酶固定，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藻酸钠制成的凝胶珠中。
【方法点拨】
