人教版（新课程标准） 选修1《生物技术实践》 专题4 酶的研究与应用 课题3 酵母细胞的固定化 课件(共24张PPT)

(共25张PPT)
专题四 酶的研究与应用
课题3 酵母细胞的固定化
酶的优点：催化效率高、低耗能、低污染
果汁的制作
一、基础知识
直接使用酶的实际问题：
1、酶通常对强酸、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、反应后的酶会混合在产物中，可能影响产品
质量。
设想
能否将酶固定在不溶于水的载体上，使酶即能与反应物接触，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）固定化酶
1、固定化酶的应用实例--高果糖浆的生产
（1）反应原理
葡萄糖异化酶
（2）反应柱示意图
（3）生产过程
将葡萄糖异构酶固定在一种颗粒状的载体上
放入底部有许多小孔的反应柱内
（酶颗粒不能通过，反应溶液能通过）
将葡萄糖溶液从反应柱上端注入
流经反应柱，与固定化葡萄糖异构酶接触进行反应
果糖溶液从反应柱下端流出
2、概念
3、固定方法：
酶的固定方法常采用化学结合法和物理吸附法。
是利用物理或化学方法将酶固定在一定空间内的技术。
【例一 】研究认为，用固定化酶技术处理污染物很有前途。如将从大肠杆菌中得到的磷酸二酯酶固定到尼龙布上制成制剂，可用于降解残留在土壤中的有机磷农药。与微生物降解相比，其作用不需要适宜的（ ）

A.温度 B.pH C.水分 D.营养物质
D
练习
5、缺点：
固定化酶一般只能固定一种酶，催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物的形成都是通过一系列的酶促反应才能得到。
设想：
酶是由细胞合成的，能否将合成酶的细胞直接固定？
固定化细胞技术
4、优点：
不利于催化一系列化学反应
既能与反应物接触，又能与产物分离，
可反复利用。
1、概念：
（二）固定化细胞技术
是利用物理或化学方法将细胞固定在一定空间内的技术。
2、方法：
固定化细胞常采用包埋法
大分子物质难以自由通过细胞膜，固定后的细胞与反应物不容易接近，可能导致反应效果下降，因此应用受到限制。
3、不足：
使用包埋法固定细胞，即将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中，常用的载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。
1、酵母细胞的活化
称取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。
二、实验操作
（一）制备固定化酵母细胞
2、配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液
称取无水CaCl2 0.83g，放入200mL的烧杯中，加入150mL蒸馏水，使其充分溶解，待用。
3、配制海藻酸钠溶液
称取0.7g海藻酸钠，放入50mL小烧杯中，加入10mL水。用酒精灯加热，边加热边搅拌，直至完全溶化，用蒸馏水定容至10mL。
注意：①加热时，用小火间断加热，反复几次，防止焦糊。
成败的关键步骤
②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。
4、海藻酸钠溶液和酵母细胞混合
将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入已活化的酵母细胞，充分搅拌，使其混合均匀，再转移到注射器内。
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30min左右。
（二）用固定化酵母细胞发酵
1、将固定化酵母细胞（凝胶珠）用蒸馏水 冲洗2-3次
2、150mL10％葡萄糖＋固定化酵母细胞→200mL锥形瓶→25℃发酵24h。
用蒸馏水冲洗的作用？
三、结果分析与评价
操作成功，凝胶珠颜色为浅黄色或乳白色，形状为圆形或椭圆形。
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。
凝胶珠的检验方法：
挤压法
摔打法
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，表明制作成功。
在实验桌上用力摔打凝胶珠，若凝胶珠很容易弹起，制备的凝胶珠是成功的。
四、课题延伸
如果希望反复利用固定化细胞，就需要避免其他微生物的污染。在工业生产中，细胞的固定化是在严格无菌的条件下进行的。
【例二】某一实验小组的同学，欲通过制备固定化酵母细胞进行葡萄糖溶液发酵实验，实验材料及用具齐全。
（1）制备固定化酵母细胞常用＿＿＿＿法。 （2）制备固定化酵母细胞的过程为： ① 使干酵母与＿＿＿＿混合并搅拌，使酵母菌活化； ② 将无水CaCl2溶解在蒸馏水中，配成 CaCl2溶液； ③ 海藻酸钠溶液应 加热； ④ 海藻酸钠溶液 再加入已活化的酵母细胞，充分搅拌并混合均匀； ⑤ 用注射器将 的混合物缓慢滴入CaCl2溶液中形成 。
包埋法
蒸馏水
小火间断
冷却至室温
海藻酸钠溶液和酵母细胞
凝胶珠
（3）该实验小组用如图所示的装置来进行葡萄糖发酵。 ①从上端漏斗中加入反应液的浓度不能过高的原因是：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
②要想得到较多的酒精，加入反应液后的操作是＿＿活塞 1 和＿＿＿活塞 2。 ③ 为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复利用，实验过程一定要在 条件下进行。
④ 装置中的长导管起的作用是 。
葡萄糖溶液的浓度过高会使酵母细胞因失水过多而死亡
关闭
关闭
严格无菌
释放CO2，并防止空气中的杂菌进入反应柱
比较直接使用酶、固定化酶和固定化细胞的优缺点
一种或几种
一种
一系列酶
--
多采用化学结合法和物理吸附法
否
否
是
各种物质
各种物质
适于小分子物质
①敏感，易失活；②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，催化效率较低
催化效率高、耗能低、污染小
①即能与反应物接触，又能与反应物分离；②可以反复利用
成本低，
操作容易
多采用包埋法
项目 直接使用酶 固定化酶 固定化细胞
酶的种数
制作方法

是否需要营养物质
反应物
缺点



优点



思维导图
酵母细胞的固定化
固定化酶的应用实例
固定化酶和固定化细胞的方法
固定化酵母细胞的制备及发酵
优势
概念和方法
实例：高果糖浆的生产
包埋法
化学结合法
物理吸附法
实验流程及注意事项
结果分析与评价
课题延申