课题3 酵母细胞的固定化
学习目标：1.说出固定化酶的作用和原理。(重点) 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。(难点)
1．固定化酶的应用实例——生产高果糖浆
(1)反应原理：葡萄糖果糖。
(2)生产原理：将葡萄糖异构酶固定在颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装入反应柱中，柱子底端装上分布着许多小孔的筛板。酶颗粒无法通过筛板上的小孔，而反应溶液可以自由出入。
(3)生产操作：
①将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入。
②使葡萄糖溶液流过反应柱，与固定化葡萄糖异构酶接触。
③转化成的果糖，从反应柱的下端流出。
(4)固定化酶的优点：酶既能与反应物接触，又能与产物分离，还可以被反复利用。
2．固定化酶和固定化细胞技术
(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)常用方法[连线]：
①－c－Ⅰ ②－b－Ⅰ ③－a－Ⅱ
(3)载体：包埋法固定化细胞常用的是不溶于水的多孔性载体，如明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。
3．固定化酵母细胞的实验操作
→→→
↓
←
(1)活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。
(2)配制海藻酸钠溶液时，要使用小火或者间断加热，反复几次，直到海藻酸钠溶化为止。
(3)溶化好的海藻酸钠溶液要先冷却至室温，再加入已活化的酵母细胞。
(4)在CaCl2溶液中形成的凝胶珠需在CaCl2溶液中浸泡30 min左右。
1．判断对错
(1)从酶的固定方式看，吸附法比化学结合法对酶活性影响小。 ( )
(2)作为消化酶使用时，蛋白酶制剂以口服方式给药。 ( )
(3)尿糖试纸含有固定化的葡萄糖酶和过氧化氢酶，可以反复使用。 ( )
(4)将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去CaCl2和杂菌。 ( )
提示：(1)√ (2)√
(3)× 尿糖试纸是一种酶试纸，是将葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶和某种无色化合物固定在纸条上，制成测试尿糖含量的酶试纸，这种酶试纸与尿液相遇时，很快会因为尿液中葡萄糖含量的多少而呈现一定的颜色，再次使用时颜色会有掩盖作用，所以不能反复利用。
(4)√
2．目前，酶已经大规模地应用于各个领域，下列属于酶应用中面临的实际问题的是( )
A．酶对有机溶剂不敏感，但对高温、强酸、强碱非常敏感
B．加酶洗衣粉因为额外添加了酶制剂，比普通洗衣粉更易污染环境
C．固定化酶可以反复利用，但在固定时可能会造成酶的损伤而影响活性
D．酶的催化功能很强，但需给予适当的营养物质才能较长时间维持其作用
C [酶对有机溶剂也非常敏感；普通洗衣粉中含有P，更容易污染环境；酶发挥催化作用时不需要提供营养物质。]
固定化酶和固定化细胞技术
[合作交流]
1．酶能加快化学反应速率，但溶液中的酶难以回收，不能利用。要想既降低生产成本，又不影响产品质量，该如何解决这一问题？
提示：将酶固定于不溶于水的载体上，使酶既能与反应物接触，又能与反应物分离，还可重复利用。
2．从操作角度考虑，固定化酶和固定化细胞哪一种方法对酶活性的影响更小？固定化细胞固定的是一种酶还是一系列酶？
提示：固定化细胞操作更容易，对酶活性影响更小。固定化细胞可以催化一系列反应，故固定的是一系列酶。比如固定化酵母细胞将葡萄糖转化形成酒精的过程就是一系列酶催化反应的结果。
3．如果反应物是大分子物质，应该采用哪种方法固定化？
提示：应采用固定化酶技术。大分子物质难以自由通过细胞膜，因此固定化细胞不能使反应物充分反应。
1．固定化酶或固定化细胞的方法
名称
原理
图示
包埋法
将酶或微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中，分为凝胶包埋法和微囊化法
凝胶包埋法 微囊化法
化学结
合法
利用共价键、离子键将酶分子或细胞相互结合，或将其结合到载体上，分为交联法、共价结合法、离子结合法
物理吸
附法
通过物理吸附作用，把酶或细胞固定在醋酸纤维素、琼脂糖、多孔玻璃或聚丙烯酰胺等载体上
2.直接使用酶、固定化酶和固定化细胞的比较
直接使用酶
固定化酶
固定化细胞
酶的种类
一种或几种
一种
一系列酶
常用载体
无
高岭土、皂土、硅胶、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
无
化学结合固定化、物理吸附固定化
包埋法固定化
是否需要
营养物质
否
否
是
催化反应
单一或多种
单一
一系列
反应底物
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
优点
催化效率高、低耗能、低污染等
①既能与反应物接触，又能与产物分离，提高了产品质量
②可重复使用，降低了成本
成本更低、操作更容易
缺点
①对环境条件非常敏感，易失活
②酶难回收，成本高，影响产品质量
不利于催化一系列的酶促反应
反应物不易与酶接触，尤其是大分子物质，可能导致反应效率下降
实例
果胶酶
固定化葡萄糖异构酶
固定化酵母细胞
[典题通关]
关于固定化酶技术的说法正确的是( )
A．固定化酶技术就是固定反应物，将酶依附着载体围绕反应物旋转的技术
B．固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反应
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一定空间的技术
D [本题主要考查对固定化酶的概念及其作用特点的理解和掌握。固定化酶是指通过物理或化学的方法，将水溶性的酶与不溶性的载体结合，使酶固定在载体上，并在一定的空间范围内进行催化反应。因此，固定化酶技术固定的不是反应物而是酶。被固定的只是一种酶，不能催化一系列的酶促反应。固定化酶可以重复利用。故选D。]
(1)为什么固定酶不适合采用包埋法？
(2)用固定的葡萄糖异构酶生产高果糖浆有何优点？
提示：(1)由于酶分子较小，容易在包埋材料中遗漏，所以不适合采用包埋法固定化。
(2)固定的葡萄糖异构酶能连续使用半年，大大降低了生产成本，并且提高了果糖的产量和质量。
下列关于固定化酶和一般酶制剂在应用效果上的说法，错误的是( )
A．固定化酶生物活性高，可长久使用
B．一般酶制剂应用后和产物混在一起，产物纯度不高
C．一般酶制剂参加反应后不能重复使用
D．固定化酶可以反复利用，降低生产成本
A [一般酶制剂使用后，混在溶液中的酶不能回收利用，增加了生产成本；同时反应后酶会混在产物中，可能影响产品质量。固定化酶可重复使用，降低了生产成本，但是固定化酶使用多次后，催化效果也会下降，并不能长久使用。]
固定化酵母细胞的实验操作
[合作交流]
1．酵母细胞固定前要活化的原因是什么？
提示：在缺水状态，微生物处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的酵母细胞恢复正常的生活状态。
2．在进行酵母细胞的活化操作时，为什么要选择容积很大的容器？
提示：在酵母细胞活化时，体积会变大，因此要选择体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出容器。
3．如何根据凝胶珠的颜色和形状确定是否制备成功？
提示：可以制备不含酵母细胞的凝胶珠作对照。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，需要再做尝试。
1．实验操作流程
2．制备固定化酵母细胞的注意事项
(1)在缺水状态下，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新恢复正常的生活状态。酵母细胞需要的活化时间较短，一般为0.5～1 h，但实验时需要提前做好准备。
(2)酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应该选择体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出。
(3)加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环，关系到实验的成败，一定要按照教材的提示进行操作。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。
(4)海藻酸钠的浓度关系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。
(5)溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温，否则会因温度过高而导致酵母菌死亡。
(6)可利用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠，用作对照。
(7)海藻酸钠胶体在CaCl2这种电解质的作用下，发生聚沉，形成凝胶珠，需稳定30 min左右。
(8)细胞的固定化要在严格无菌的条件下进行；反复使用固定化酵母细胞时，酵母菌种要纯，用具和材料要严格消毒，注意温度控制，营养全面，还需要避免其他微生物的污染。
3．实验结果分析与评价
(1)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，需要再做尝试。
(2)利用固定的酵母细胞发酵产生酒精[C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋能量]，可以看到产生了很多气泡，同时会闻到酒味，而不含酵母菌的凝胶珠所做的对照实验则无此现象。
[典题通关]
下面是制备固定化酵母细胞的实验步骤，请回答下列问题。
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
(1)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新恢复____________状态。活化前应选择足够大的容器，因为酵母细胞活化时__________________________。
(2)固定化细胞技术一般采用包埋法，而固定化酶常用____________和____________。
(3)影响实验成败的关键步骤是________________。
(4)如果海藻酸钠浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目______。如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明_________。
[解析] (1)酵母细胞在缺水的状态下休眠。活化是加入水使酵母细胞恢复到生活状态。酵母细胞活化后体积会增大。(2)固定化酶常用化学结合法和物理吸附法固定化。(3)实验的关键是配制海藻酸钠溶液，得到凝胶珠。(4)海藻酸钠浓度过低，包埋的酵母细胞就过少；海藻酸钠浓度过高，不易与酵母细胞混合均匀。
[答案] (1)缺水 正常的生活 体积增大
(2)化学结合法 物理吸附法
(3)配制海藻酸钠溶液
(4)过少 海藻酸钠浓度偏高，制作失败
(1)海藻酸钠溶化过程中的注意事项是什么？
(2)该实验中CaCl2溶液的作用是什么？
提示：(1)要用小火或间断加热，避免海藻酸钠发生焦糊。
(2)用于海藻酸钠聚沉。
下图1表示制备固定化酵母细胞的有关操作，图2是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图。下列叙述不正确的是( )
图1 图2
A．刚溶化的海藻酸钠应迅速与活化的酵母细胞混合制备混合液
B．图1中X溶液为CaCl2溶液，其作用是使海藻酸钠形成凝胶珠
C．图2发酵过程中搅拌的目的是使培养液与酵母细胞充分接触
D．图1中制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤后再转移到图2装置中
A [刚溶化的海藻酸钠溶液要冷却至室温，才能与活化的酵母细胞混合制备混合液，以免高温使酵母细胞失活；混合液加入CaCl2溶液进行固定化酵母细胞，CaCl2溶液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养液与酵母细胞充分接触，以利于发酵过程的顺利进行；制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤(去除残留的CaCl2)后再转移到图2装置中进行发酵。]
[课堂小结]
知 识 网 络 构 建
核 心 语 句 归 纳
1.酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化，而细胞多采用包埋法固定化。
2．制备固定化酵母细胞的基本步骤是：酵母细胞的活化→配制CaCl2溶液→配制海藻酸钠溶液→海藻酸钠与酵母细胞混合→固定化酵母细胞。
3．配制海藻酸钠溶液要用小火或间断加热。
4．海藻酸钠溶液浓度过高，很难形成凝胶珠；过低，凝胶珠包埋的酵母菌少。
5．固定化酶固定的是一种酶，固定化细胞固定的是一系列酶。
6．在制备固定化酵母细胞的过程中，溶化好的海藻酸钠溶液要冷却至室温，才能加入已活化的酵母细胞。
1．有关制备固定化酵母细胞的叙述，正确的是( )
A．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．海藻酸钠溶液与酵母细胞混合时，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
C [配制CaCl2溶液不需要加热；配制海藻酸钠溶液需要加热，直至将海藻酸钠完全溶化；溶化好的海藻酸钠冷却至室温加入活化的酵母细胞，进行充分搅拌，使其混合均匀。]
2．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．①②③④⑤ B．④①③②⑤
C．④⑤②①③ D．④①②③⑤
D [制备固定化酵母细胞的基本步骤是：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→海藻酸钠溶液与酵母细胞混合→固定化酵母细胞。]
3．下列关于使用固定化酶技术生产高果糖浆的说法，正确的是( )
A．高果糖浆的生产需要使用果糖异构酶
B．在反应柱内的顶端装上分布着许多小孔的筛板，防止异物进入
C．将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，果糖从反应柱下端流出
D．固定化酶技术复杂，成本较高
C [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应柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的筛板。酶颗粒无法通过筛板上的小孔，而反应溶液却可以自由出入。生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与固定化葡萄糖异构酶接触，转化成果糖，从反应柱的下端流出。反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本。]
4．如图为固定化酶的反应柱示意图，请据图回答问题。
(1)请在横线上填出各标号的名称。
[①]________，[②]________，[③]________________。
(2)与一般酶制剂相比，固定化酶的优点是
_____________________________________________________
_____________________________________________________。
与固定化酶技术相比，固定化细胞的优点是________________
________________________。
(3)③的作用是_______________________。
(4)制作固定化葡萄糖异构酶所用的方法有________或________。
[解析] 使用固定化酶技术将某种酶固定在颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒(②)装到一个反应柱(①)内，柱子底端装上分布着许多小孔的筛板(③)，酶颗粒无法通过筛板上的小孔，而反应溶液却可以自由出入。制作固定化葡萄糖异构酶时更适合采用化学结合法或物理吸附法，而不能采用包埋法，由于酶分子小，包埋时容易从包埋材料中漏出。
[答案] (1)反应柱 固定化酶 分布着小孔的筛板 (2)既能与反应物接触，又能与产物分离，能被反复利用 成本更低，操作更容易 (3)酶颗粒无法通过，反应溶液却可以自由出入 (4)化学结合法 物理吸附法
课件60张PPT。专题4 酶的研究与应用课题3 酵母细胞的固定化234载体 反应柱 酶颗粒 反应溶液 5葡萄糖 固定化葡萄糖异构酶 反应柱 反应物 产物 6物理 化学 78不溶于水的多孔性 明胶、琼脂糖、海藻酸钠 9活化 海藻 酸钠溶液 发酵 10休眠 小火 间断 室温 30 min 111213141516固定化酶和固定化细胞技术 1718192021222324252627282930固定化酵母细胞的实验操作 3132333435363738394041424344454647484950515253545556575859点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(十一) 酵母细胞的固定化
(建议用时：35分钟)
[基础达标练]
1．下图所示的固定化方式中，适宜固定化酶的是( )
A．①②③ B．①②
C．②③ D．①③
D [固定化酶适宜用化学结合法、物理吸附法。]
2．下列关于固定化技术的叙述，不正确的是( )
A．从操作角度来考虑，固定化细胞比固定化酶更容易
B．固定化细胞比固定化酶对酶活性影响更小
C．固定化细胞固定的是一种酶
D．将微生物的发酵过程变成连续的酶反应应选择固定化细胞
C [在应用操作过程中，固定化细胞固定的是一系列酶，比固定化酶更容易、更便捷，对酶活性影响更小，可使发酵过程变成连续反应过程。]
3．下列有关固定化酶和固定化细胞的叙述，错误的是( )
A．固定化酶可以实现对酶的重复利用
B．溶解氧交换受阻是固定化酶应用的重要限制因素
C．固定化细胞中的酶可催化一系列的化学反应
D．利用海藻酸钠固定酵母细胞的方法是包埋法
B [固定化酶可以实现对酶的重复利用；固定化酶可以与反应物充分接触，因此固定化酶应用过程中不存在溶解氧交换受阻；固定化细胞固定了一系列酶，因此其中的酶可催化一系列的化学反应；利用海藻酸钠固定酵母细胞的方法是包埋法。]
4．在制备固定化酵母细胞的实验中，CaCl2溶液的作用是( )
A．用于调节溶液pH
B．用于进行离子交换
C．用于胶体聚沉
D．用于为酵母菌提供Ca2＋
C [海藻酸钠胶体在CaCl2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应。]
5．下列有关利用固定化酶技术生产高果糖浆的说法不正确的是( )
A．葡萄糖与固定化葡萄糖异构酶接触，转化成的是果糖
B．从固定化酶反应柱下端流出的只有果糖
C．高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖尿病、龋齿和心血管疾病，对人类的健康更有益
D．酶溶解于葡萄糖溶液后，可从糖浆中回收
B [用固定化酶生产高果糖浆过程中，反应柱下端的筛板不允许固定化酶颗粒通过，但是不影响反应物和产物的通过，因此下端流出的既有果糖，又有没反应完的葡萄糖。]
6．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观察法 ④培养法
A．①②④ B．①③④
C．②③④ D．①②③
D [检测凝胶珠是否合格，经常使用下列检测方法：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。还可以通过观察凝胶珠的颜色和形状来判断。]
7．下列有关固定化酵母细胞及使用过程中，错误的是( )
A．干酵母活化的时间大约为1小时
B．将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入已活化的酵母细胞
C．检测是否有酒精发酵的有效指标之一为是否有气泡发生
D．将海藻酸钠与酵母菌的混合液缓缓滴加到氯化钙溶液中，即形成固定化细胞颗粒
C [检测是否有酒精发酵的有效指标之一是闻闻是否有酒味，因为酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸均可产生气体——CO2。]
8．关于固定化酶中酶的说法，正确的是( )
A．酶的种类多样，可催化一系列的酶促反应
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，反应前后结构不改变，所以固定化酶可永远利用下去
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
B [固定化酶不能催化一系列酶促反应的进行；固定化酶被固定在不溶于水的载体上，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，其活性会逐渐降低；固定化酶具有高效性和专一性的特点。]
9．在20世纪50年代，酶已经大规模地应用于各个生产领域，到了70年代又发明了固定化酶与固定化细胞技术。
(1)在实际生产中，固定化酶技术的优点是_____________________
_____________________________________________________。
与固定化酶技术相比，固定化细胞技术固定的是__________________
_____________________________________________________。
(2)制备固定化酵母细胞，常用的包埋材料是________，应使用下图中方法[ ]________(填序号及名称)，而制备固定化酶则不宜用此方法，原因是
_____________________________________________________
_____________________________________________________。
① ② ③
(3)制作固定化酵母细胞时，混合均匀的酵母细胞溶液可在饱和________溶液中形成凝胶珠。观察形成的凝胶珠的颜色和形状，如果颜色过浅，说明海藻酸钠溶液浓度________，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目________。
如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明___________________。
[解析] (1)将酶固定化后，能使酶在催化反应之后并不进入产物溶液，可反复使用；将细胞固定化后，可以将一种细胞内的多种酶同时进行固定。(2)海藻酸钠不能参与化学反应，在高温时容易溶化，温度降低时又可以形成多孔性固体颗粒，是包埋酵母菌的好材料。 图示①为化学结合法，②为吸附法，③为包埋法。 固定化酶适宜用化学结合法、物理吸附法；固定化酵母细胞适宜用包埋法。(3)凝胶珠是用溶化后冷却的海藻酸钠与酵母菌混合后在CaCl2溶液中形成的。如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明海藻酸钠溶液的浓度偏低，形成的凝胶珠所包埋的酵母菌细胞的数目少，影响实验效果；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明海藻酸钠溶液的浓度偏高，制作失败，需要再尝试。
[答案] (1)酶既能与反应物接触，又容易与产物分离，固定在载体上的酶能反复使用 多酶系统(或一系列酶、多种酶) (2)海藻酸钠 [③]包埋法 酶分子很小，容易从包埋材料中漏出 (3)CaCl2 偏低 较少 海藻酸钠溶液浓度偏高，制作失败
10．某实验小组进行固定化酵母细胞的制备，并开展游离酵母和固定化酵母发酵产酒酒精度的比较，结果如下表。请回答下列问题：
产酒酒精度的比较
时间(d)
0
2
4
6
8
10
12
游离酵母
0
1.0
2.1
3.2
3.9
4.2
4.6
固定化酵母
0
2.5
4.2
5.0
5.4
6.0
6.4
(1)制作凝胶珠的实验步骤是：酵母细胞的活化→__________________→配制海藻酸钠溶液→____________________→固定化酵母细胞。
(2)影响实验成败的关键步骤是____________________，
此步的操作应采用____________________________。
(3)钙离子的作用是使胶体聚沉，海藻酸盐起______________________的作用。
(4)该小组将制备好的固定化酵母与游离酵母分别放在一定的条件下发酵，定时记录发酵液中酒精度的变化。
①实验过程中的“在一定的条件下发酵”的条件是______________，要求条件相同是为了确保______________________。
②由表可知，固定化酵母和游离酵母发酵都能产生酒精，但固定化酵母在发酵前期的延迟期的时间比游离酵母发酵前期的延迟期的时间要________。
[解析] 制备固定化酵母细胞的实验步骤为：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；该实验的关键是配制海藻酸钠溶液。海藻酸盐起载体的作用，用于包埋酵母细胞。酵母菌酒精发酵过程是细胞内酶的催化过程，需要在适宜的温度、pH等条件下进行，两组实验的条件相同，才能够确保无关变量相同，且遵循单一变量原则。由表可知，在12 d的发酵时间里，固定化酵母发酵产酒酒精度从0度到6.4度，游离酵母发酵产酒酒精度从0度到4.6度，而且固定化酵母发酵产酒酒精度在第4 d即达到4.2度，表明其延迟期短。
[答案] (1)配制物质的量浓度为0.05 mol/L的CaCl2溶液 海藻酸钠溶液与酵母细胞混合
(2)配制海藻酸钠溶液 小火或间断加热
(3)包埋酵母细胞(或载体)
(4)①适宜的温度、pH等 单一变量 ②短
[能力提升练]
11.如图表示某同学进行的澄清苹果汁生产实验，下列相关叙述正确的是( )
A．实验中所用的固定化果胶酶由海藻酸钠直接包埋获得
B．为防止杂菌污染，图示装置制作完毕后应瞬间高温灭菌
C．通过控制阀调节苹果汁流出的速率，保证反应充分进行
D．固定化果胶酶不可重复使用，每次生产前应重新填装反应柱
C [酶的固定化一般不用包埋法，A错误；瞬间高温灭菌会使固定化酶失去活性，B错误；加入苹果汁后可关闭控制阀一段时间，再通过减慢苹果汁流出的速率，让底物与酶充分接触，使反应充分进行，C正确；固定化果胶酶可重复使用，D错误。]
12．下列关于配制海藻酸钠溶液的措施，正确的是( )
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．采用小火或间断加热，促进溶解，防止发生焦糊
D [海藻酸钠采用小火或间断加热，需搅拌防止焦糊；酒精喷灯产生高温火焰，主要用于需强热的实验，此实验中不使用。]
13．下列属于固定化酶应用特点的是( )
①可以被反复使用 ②有利于酶与产物分离 ③能自由出入载体 ④一种固定化酶只催化一种酶促反应 ⑤酶多用包埋法固定化
A．①②③ B．③⑤
C．①②④ D．①②⑤
C [酶被固定后可与产品分离，故可反复使用，但不能自由出入依附的载体。通常情况下，固定化酶种类单一，所以不能催化一系列酶促反应。]
14．某校学生尝试用琼脂作载体，用包埋法固定α-淀粉酶来探究固定化酶的催化效果。实验结果见表(假设加入试管中的固定化淀粉酶量与普通α-淀粉酶量相同)。实验表明1号试管中淀粉未被水解，你认为最可能的原因是( )
比较项目
1号试管
2号试管
固定化淀粉酶
√
普通α-淀粉酶
√
淀粉溶液
√
√
60 ℃保温5分钟，取出冷却至室温，滴加碘液
现象
变蓝
不变蓝
A．实验中的温度过高，导致固定化淀粉酶失去活性
B．淀粉是大分子物质，难以通过琼脂与淀粉酶接触
C．水浴保温时间过短，固定化淀粉酶未将淀粉水解
D．实验程序出现错误，试管中应先加入碘液后保温
B [由于固定化酶是用包埋法固定的，而淀粉是大分子物质，它不能通过琼脂与酶充分接触，导致淀粉不能被水解而遇碘液呈现蓝色。]
15．东北农业大学科研人员利用双重固定法，即采用戊二醛作交联剂(使酶相互连接)，海藻酸钠作为包埋剂来固定小麦酯酶，研究固定化酶的性质，并对其最佳固定条件进行了探究。如图显示的是部分研究结果(注：酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率，包括酶活性和酶的数量)。分析回答：
(1)酶的固定化技术的应用最主要的目的是________。
(2)从对温度变化适应性和应用范围的角度分析，甲图所示结果可以得出的结论是__________。
(3)乙图曲线表明浓度为________的海藻酸钠包埋效果最好，当海藻酸钠浓度较低时，酶活力较低原因可能是________________________________。
(4)固定化酶的活力随使用次数的增多而下降，由丙图可知，固定化酯酶一般重复使用________次后酶活力明显下降。
(5)研究人员固定小麦酯酶不采用海藻酸钠直接包埋，而是同时用戊二醛作交联剂，这是因为________________________。
[解析] (2)通过分析甲图可知，固定化酶与游离酶相比，固定化酶对温度变化的适应性更强且应用范围较广。(3)乙图曲线表明浓度为3%的海藻酸钠包埋效果最好，此时的酶活力最高。当海藻酸钠浓度较低时包埋不紧密，酶分子容易漏出，数量不足，因此酶活力较低。(4)由丙图可知，固定化酶的活力随使用次数的增多而下降，且在使用3次以后，酶活力显著下降。(5)由于小麦酯酶分子很小，很容易从包埋材料中漏出，因此固定小麦酯酶不采用海藻酸钠直接包埋，而是采用双重固定法。
[答案] (1)解决酶的回收和再利用的困难 (2)固定化酯酶比游离酯酶对温度变化适应性更强，且应用范围较广 (3)3% 海藻酸钠浓度较低时包埋不紧密，酶分子容易漏出，数量不足 (4)3 (5)酶分子过小，很容易从包埋材料中漏出
