人教版高二选修1：4．3 酵母细胞的固定化课件共24张PPT

(共24张PPT)
课题3

酵母细胞的固定化
1、直接使用酶制剂
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溶液中酶很难回收，不能再次利用，提高了生产成本
③反应后，酶会混在产物中，可能影响产品质量，难以在工业生产中广泛应用
（1）优点
（2）缺点
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
如何解决这些问题？
2、固定化酶
（1）含义：
将酶固定在不溶于水的载体上。
（2）优点：
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。
（4）缺点：
一种酶只能催化一种化学反应，而在实际生产中，很多产物的形成是通过一系列的酶促反应才能得到。
（5）解决方案：
（3）实例：
利用固定化酶技术生产“高果糖浆”。
固定化细胞技术
（一）固定化酶的应用实例：生产高果糖浆
1、高果糖浆
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。
一、基础知识
2、生产高果糖浆需要的酶：
葡萄糖异构酶的作用：
高果糖浆的生产过程：

葡萄糖异构酶的特点：
直接使用酶时的缺点：
葡萄糖异构酶
将葡萄糖转化为果糖
酶溶于葡萄糖溶液后，就无法从糖浆中回收，造成很大的浪费。
酶稳定性好，可持续发挥作用
淀粉 糊精 葡萄糖
果糖
α-淀粉酶
糖化酶
葡萄糖异构酶
3、改进：
固定化酶技术
4、具体做法：
5、优点：
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品质。
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
（二)固定化细胞技术
（1）含义：
利用物理或化学方法将细胞固定在一定空间内的技术。
（2）优点：
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
（3）缺点：
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，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。
包埋法
化学结合法
物理吸附法
（二）固定化酶技术和固定化细胞技术
固定化酶
或者固定化细胞分别适用哪些方法？原因？
适用于
固定化酶
适用于
固定化细胞
包埋法是指将微生物的细胞均匀包埋在不溶于水的多孔性载体中
化学结合法是指将酶分子或细胞相互结合或将其结合
到载体上
物理吸附法是指将酶吸附到固体吸附剂的表面
原因：细胞体积大，酶分子小；体积大的细胞难以被吸附或结合，而体积小的 酶容易从包埋材料中漏出
思考？
1．从操作角度来考虑，你认为固定化酶技术与固定化细胞技术哪一种方法更容易？
哪一种方法对酶活性的影响更小？

2．固定化细胞固定的是一种酶还是一系列酶？

3．如果想将微生物的发酵过程变成连续的酶反应，应该选择哪种方法？

4．如果反应物是大分子物质，又应该选择哪种方法？
固定化细胞
固定化细胞固定的是一系列酶
固定化细胞技术
固定化酶技术
固定化细胞
规律总结：

固定化酶
酶的种类：一种
所需条件：适宜的温度，PH值
固定化细胞
酶的种类：多种


所需条件：适宜的温度，PH值，营养 物质
直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较
一种或几种
一种
一系列酶
化学结合固定化、物理吸附
包埋法固定化
否
否
是
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
对环境条件敏感易失活；难回收影响产品质量
既能与反应物接触，又能与产物分离；可反复利用
成本低，操作容易
催化效率高；低耗能；低污染
不利于催化一系列酶促反应
反应物不易与酶接近尤其是大分子物质反应速率下降
果胶酶
固定化葡萄糖异构酶
固定化酵母细胞
比较 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
反应底物
优点
缺点
实例
练习：
1.使用固定化细胞的优点是( )。
A.能催化大分子物质的水解 　
B.可催化一系列化学反应
C.与反应物易接近 　
D.有利于酶在细胞外发挥作用
B
2、研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的。如将从大肠杆菌得到的磷酸三酯酶固定到尼龙膜上制成制剂，可以用来降解残留在土壤中的有机磷农药，与用微生物降解相比，其作用不需要适宜的（ ）
A、温度 B、PH
C、水分 D、营养
D
3. 关于固定化酶的叙述不正确的是 ( )。
A．既能与反应物接触，又能与反应 物分离
B．固定在载体上的酶可被反复利用
C．可催化一系列反应 D．酶的活性和稳定性受到限制
C
包埋法固定细胞
明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。
1、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。
2、包埋时常用的载体包括：
海藻酸钠：
一种天然多糖，是由海带中提取的天然多糖碳水化合物，可作为食用的食品添加剂，也可作为支架材料用于医学用途，其温和的溶胶凝胶过程、良好的生物相容性使其适于作为释放或包埋药物。
（一）制备固定化酵母细胞
1、酵母细胞的活化：

在缺水状态下，微生物处于休眠状态。活化是指让处于休眠状态的微生物重新恢复正常生活状态的过程。
1g干酵母＋10mL蒸馏水→50mL烧杯→搅拌均匀→放置1h，使之活化。
〖思考〗活化是指什么？
三、实验操作
2、配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液：
0.83gCaCl2＋150mL蒸馏水→200mL烧杯→溶解备用。
〖思考〗为什么要用蒸馏水，而不用自来水？
防止自来水中各种离子影响实验结果
3、配制海藻酸钠溶液
0.7g海藻酸钠＋10mL水→50mL烧杯→酒精灯微火（或间断）加热，并不断搅拌，使之溶化→蒸馏水定容到10mL。
〖思考〗为什么要用小火或间断加热，并不断搅拌？
防止海藻酸钠发生焦糊。
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，加入以活化的酵母细胞，进行充分搅拌，再转移至注射器中
以免海藻酸钠温度过高杀死酵母菌
〖思考〗为什么要将海藻酸钠冷却至室温？
（5）固定化酵母细胞
以恒定的速度缓慢的将注射器中的溶液滴加CaCl2溶液中，将形成的凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30min左右。
〖思考〗 CaCl2溶液有什么作用？
使胶体聚沉，凝胶珠形成稳定的结构。刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。
凝胶珠不是圆形或椭圆形的原因：
1、海藻酸钠溶液浓度偏高
2、注射器距离CaCl2液面太近
3、注射器中溶液推进速度过快
（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将150ml质量分数为10％的葡萄糖溶液转移至200ml的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于25°C下发酵24h
〖思考〗 1、为什么要用蒸馏水冲洗凝胶珠？
洗去凝胶珠表面多余的CaCl2溶液。以免对实验造成影响。
〖思考〗 2、葡萄糖在这里有什么用？
既可以作为发酵底物，也作为酵母菌细胞的营养物质。
三、操作提示
海藻酸钠在水中溶解的速度较慢,需要通过加热促进其溶解。
溶解海藻酸钠,最好采用小火间断加热的方法。例如,加热几分钟后,从石棉网上取下烧杯冷却片刻,并不断搅拌,再将烧杯放回石棉网继续加热,如此重复数次,直至海藻酸钠完全溶化。如果加热太快,海藻酸钠会发生焦糊。
（一）观察凝胶珠的颜色和形状
四、结果分析与评价
（二）观察发酵的葡萄糖溶液
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：
说明海藻酸钠的浓度偏高。
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
1、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：
注意：
将很难形成凝胶珠。高浓度海藻酸钠只能用粗针头注射，针头粗也会粘着，难促使形成液滴。且高浓度海藻酸钠不易形成滴状下落，形成条状，不是圆形或是椭圆形，品相极差，并且凝胶珠容易破裂。
形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少。因为包埋不紧密，细胞容易从包埋材料中漏出。且形成的凝胶珠可能带细丝尾巴。
如果浓度过低：
刚形成的凝胶珠应在CaCl2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，除观察凝胶珠的颜色和形状外还可以使用下列方法。
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、检验酵母细胞的固定化