高中生物 專題5 生態(tài)工程 階段復習課課件 新人教版選修3 (232)

1、課題3 酵母細胞的固定化知識回顧：知識回顧：1 1、洗衣粉中添加、洗衣粉中添加_, ,可以更可以更有效地清除頑漬。常用的酶制劑有有效地清除頑漬。常用的酶制劑有_四類。四類。2 2、影響酶活性的因素有、影響酶活性的因素有_、_和和_。3 3、影響洗衣粉洗滌效果的因素有、影響洗衣粉洗滌效果的因素有 _ 。在食品、化工、輕紡、醫(yī)藥等在食品、化工、輕紡、醫(yī)藥等領域大規(guī)模使用酶制劑領域大規(guī)模使用酶制劑,說明酶說明酶制劑使用有很多優(yōu)點制劑使用有很多優(yōu)點,你能舉出你能舉出一些例子嗎？一些例子嗎？催化效率高、低能耗、低污染等。催化效率高、低能耗、低污染等。酶制劑的使用有缺點嗎？酶制劑的使用有缺點嗎？你能舉出一

2、些例子嗎？你能舉出一些例子嗎？酶制劑存在的缺陷：酶制劑存在的缺陷： 1 1、通常對強酸、強堿、高溫和有、通常對強酸、強堿、高溫和有機溶劑等條件非常敏感機溶劑等條件非常敏感, ,容易失活；容易失活； 2 2、溶液中的酶很難回收、溶液中的酶很難回收, ,不能被再不能被再次利用次利用, ,提高了生產成本；提高了生產成本； 3 3、反應后會混在產物中、反應后會混在產物中, ,可能影響可能影響產品質量。產品質量。 如果你是工程如果你是工程技術人員技術人員,你如何你如何解決這個問題？解決這個問題？1 1、解決酶應用中存在問題的方法是？、解決酶應用中存在問題的方法是？2 2、這種方法的優(yōu)點是什么？、這種方法

3、的優(yōu)點是什么？3 3、什么是高果糖漿？使用它有何好處？、什么是高果糖漿？使用它有何好處？4 4、生產高果糖漿需要什么酶？其作用、生產高果糖漿需要什么酶？其作用是什么？這種酶有何特點？是什么？這種酶有何特點？5 5、了解高果糖漿生產過程。、了解高果糖漿生產過程。一、固定化酶的應用實例一、固定化酶的應用實例1 1、固定化酶技術。即將酶固定在、固定化酶技術。即將酶固定在一定空間內的技術（如固定在不溶一定空間內的技術（如固定在不溶于水的載體上）。于水的載體上）。2 2、固定化酶技術的優(yōu)點：、固定化酶技術的優(yōu)點：（1 1）使酶既能與反應物接觸）使酶既能與反應物接觸, ,又能又能與產物分離；與產物分離；（

4、2 2）固定在載體上的酶可以被反）固定在載體上的酶可以被反復利用。復利用。3 3、高果糖漿是果糖含量為、高果糖漿是果糖含量為42%42%左右左右的糖漿。作為蔗糖的替代品的糖漿。作為蔗糖的替代品, ,高果高果糖漿不會像蔗糖那樣誘發(fā)肥胖、糖糖漿不會像蔗糖那樣誘發(fā)肥胖、糖尿病、齲齒和心血管病尿病、齲齒和心血管病, ,對人的健對人的健康有利?？涤欣?。你能寫出果糖的分子式嗎你能寫出果糖的分子式嗎? ?它屬于什么糖它屬于什么糖? ?4 4、生產高果糖漿需要葡萄糖異構、生產高果糖漿需要葡萄糖異構酶；其作用是將葡萄糖轉化為果酶；其作用是將葡萄糖轉化為果糖；這種酶穩(wěn)定性好糖；這種酶穩(wěn)定性好, ,可持續(xù)發(fā)揮可持續(xù)

5、發(fā)揮作用。作用。你能寫出方程式嗎你能寫出方程式嗎? ?5 5、固定化酶技術生產高果糖漿的圖示：、固定化酶技術生產高果糖漿的圖示：注意反應柱的注意反應柱的各部分名稱。各部分名稱。你能說出反應你能說出反應柱的優(yōu)點嗎？柱的優(yōu)點嗎？反應柱能連續(xù)使用半年反應柱能連續(xù)使用半年,大大降大大降低了生產成本低了生產成本,提高果糖的產量提高果糖的產量和質量。和質量。優(yōu)點：優(yōu)點：練習：練習：1 1、下列說法不正確的是（、下列說法不正確的是（ ）A A、葡萄糖與固定化葡萄糖異構酶接觸、葡萄糖與固定化葡萄糖異構酶接觸, ,轉化成的是果糖轉化成的是果糖B B、從固定化酶反應柱下端流出的是果、從固定化酶反應柱下端流出的是果

6、糖糖C C、高果糖漿不會像蔗糖那樣誘發(fā)肥胖、高果糖漿不會像蔗糖那樣誘發(fā)肥胖、糖尿病、齲齒和心血管病糖尿病、齲齒和心血管病D D、酶溶解于葡萄糖溶液、酶溶解于葡萄糖溶液, ,可以從糖漿可以從糖漿中回收中回收2 2、研究認為、研究認為, ,用固定化酶技術處理污用固定化酶技術處理污染物是很有前途的。如將從大腸桿菌染物是很有前途的。如將從大腸桿菌得到的磷酸三酯酶固定到尼龍膜上制得到的磷酸三酯酶固定到尼龍膜上制成制劑成制劑, ,可以用來降解殘留在土壤中的可以用來降解殘留在土壤中的有機磷農藥有機磷農藥, ,與用微生物降解相比與用微生物降解相比, ,其其作用不需要適宜的（作用不需要適宜的（ ）A A、溫度、

7、溫度 B B、PHPHC C、水分、水分 D D、營養(yǎng)、營養(yǎng)酶：酶： 優(yōu)點：摧化效率高優(yōu)點：摧化效率高,低耗能低污染低耗能低污染 實際問題：對環(huán)境條件敏感實際問題：對環(huán)境條件敏感,易失活；易失活；溶液中的酶溶液中的酶 很難收回很難收回,不能被再次利用不能被再次利用,提提高了生產成本；應后酶混在產物中高了生產成本；應后酶混在產物中,如不如不去除去除,會影響產品的品質會影響產品的品質 設想：將酶固定在不容于水的載體上設想：將酶固定在不容于水的載體上固定化酶：固定化酶：優(yōu)點：酶即能與反應物接觸優(yōu)點：酶即能與反應物接觸,又又容易與反應物分離容易與反應物分離,同時同時,還可以反復利用還可以反復利用設想：

8、酶是細胞合成的設想：酶是細胞合成的,能否將合成酶的能否將合成酶的細胞直接固定？細胞直接固定？ 固定化固定化細胞：細胞：成成本低本低,操作更操作更容易容易2.2.將酶固定化的方法將酶固定化的方法將酶（或細胞）包埋在將酶（或細胞）包埋在細微網格里細微網格里將酶（或細胞）相將酶（或細胞）相互連接起來互連接起來將酶（或細胞）吸附在將酶（或細胞）吸附在載體表面上載體表面上包埋法包埋法化學結合法化學結合法吸附法吸附法 在生產實際中使用固定化酶在生產實際中使用固定化酶技術有無不足技術有無不足? ?如有不足如有不足, ,怎么辦怎么辦? ?有。一種酶只能催化一種化學有。一種酶只能催化一種化學反應反應,而在生產實

9、際中很多產物而在生產實際中很多產物的形成都通過一系列的酶促反的形成都通過一系列的酶促反應才能進行應才能進行,所以操作比較麻煩。所以操作比較麻煩?？刹捎霉潭ɑ毎夹g?？刹捎霉潭ɑ毎夹g。二、固定化細胞技術二、固定化細胞技術1 1、概念：、概念：利用物理或化學方法將細胞利用物理或化學方法將細胞固定在一定空間的技術。固定在一定空間的技術。細胞中含有一系列酶細胞中含有一系列酶,在細胞正在細胞正常生命活動的過程中常生命活動的過程中,通過代謝通過代謝產生所需要的代謝產物。產生所需要的代謝產物。類型類型優(yōu)點優(yōu)點不足不足直接使用酶直接使用酶催化效率高催化效率高,低低耗能、低污染等。耗能、低污染等。對環(huán)境條

10、件非常敏感對環(huán)境條件非常敏感,容易失活；溶液中的容易失活；溶液中的酶很難回收酶很難回收,不能被再次利用不能被再次利用,提高了生產成提高了生產成本；反應后酶會混在產物中本；反應后酶會混在產物中,可能影響產品可能影響產品質量質量。固定化酶固定化酶酶既能與反應物酶既能與反應物接觸接觸,又能與產又能與產物分離物分離,同時同時,固固定在載體上的酶定在載體上的酶還可以被反復利還可以被反復利用。用。一種酶只能催化一種化學反應一種酶只能催化一種化學反應,而在生產實而在生產實踐中踐中,很多產物的形成都通過一系列的酶促很多產物的形成都通過一系列的酶促反應才能得到的。反應才能得到的。固定化細胞固定化細胞成本低成本低

11、,操作更操作更容易。容易。固定后的酶或細胞與反應固定后的酶或細胞與反應物不容易接近物不容易接近,可能導致反可能導致反應效果下降等。應效果下降等。課堂討論課堂討論： 1從操作角度來考慮從操作角度來考慮,你認為固定化酶技術與固定你認為固定化酶技術與固定化細胞技術哪一種方法更容易？哪一種方法對酶化細胞技術哪一種方法更容易？哪一種方法對酶活性的影響更?。炕钚缘挠绊懜。?固定化細胞固定的是一種酶還是一系列酶？固定化細胞固定的是一種酶還是一系列酶？3如果想將微生物的發(fā)酵過程變成連續(xù)的酶反應如果想將微生物的發(fā)酵過程變成連續(xù)的酶反應,應該選擇哪種方法？應該選擇哪種方法？4如果反應物是大分子物質如果反應物是大

12、分子物質,選擇哪種方法？選擇哪種方法？固定化細胞技術固定化細胞技術固定化細胞固定的是一系列酶固定化細胞固定的是一系列酶固定化細胞技術固定化細胞技術固定化酶技術固定化酶技術3 3、固定化細胞常用的載體、固定化細胞常用的載體常用的不溶于水的多孔性載體常用的不溶于水的多孔性載體有哪些？有哪些？明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素、聚丙烯酰胺等醋酸纖維素、聚丙烯酰胺等 穩(wěn)固練習穩(wěn)固練習1、酶固定化技術與細胞固定化技術的關系是、酶固定化技術與細胞固定化技術的關系是A 酶固定化技術是細胞固定化技術的基礎酶固定化技術是細胞固定化技術的基礎B 細胞固定化技術是酶固定化技術的基礎細胞固定化

13、技術是酶固定化技術的基礎C 酶固定化技術與細胞固定化技術是同時發(fā)展酶固定化技術與細胞固定化技術是同時發(fā)展起來的起來的D 固定化細胞技術先于酶固定化技術固定化細胞技術先于酶固定化技術2、固定化細胞的優(yōu)點是固定化細胞的優(yōu)點是( )( )。A.A.能催化大分子物質的水解能催化大分子物質的水解 B.B.可催化一系列化學反應可催化一系列化學反應C.C.與反應物易接近與反應物易接近 D.D.有利于酶在細胞外發(fā)揮作用有利于酶在細胞外發(fā)揮作用3 3、酶的固定方法不包括、酶的固定方法不包括( )( )。A.A.將酶吸附在固體表面上將酶吸附在固體表面上 B B將酶相互連接起來將酶相互連接起來C C將酶包埋在細微網

14、格里將酶包埋在細微網格里 D D將酶制成固體酶制劑將酶制成固體酶制劑, ,如加酶如加酶洗衣粉中的酶洗衣粉中的酶4 4、如果反應物是大分子物質、如果反應物是大分子物質, ,采采用那種方法催化受限制用那種方法催化受限制( )( )。A A直接使用酶直接使用酶 B B使用化學方法結合的酶使用化學方法結合的酶C C使用固定化細胞使用固定化細胞 D D使用物理吸附法固定的酶使用物理吸附法固定的酶5 5、下列關于酶和細胞的固定敘述、下列關于酶和細胞的固定敘述不正確的是不正確的是( )( )。A A 酶分子很小酶分子很小, ,易采用包埋法易采用包埋法 B B酶分子很小酶分子很小, ,易采用化學結合或易采用化

15、學結合或物理吸附法固定的酶物理吸附法固定的酶C C細胞個大細胞個大, ,難被吸附或結合難被吸附或結合 D D細胞易采用包埋法固定細胞易采用包埋法固定6 6、 關于固定化酶的敘述不正確的關于固定化酶的敘述不正確的是是 ( )( )。A A 既能與反應物接觸既能與反應物接觸, ,又能與反又能與反應物分離應物分離 B B固定在載體上的酶可被反復利固定在載體上的酶可被反復利用用C C可催化一系列反應可催化一系列反應 D D酶的活性和穩(wěn)定性受到限制酶的活性和穩(wěn)定性受到限制7 7、固定化細胞對酶的活性影響最小、固定化細胞對酶的活性影響最小, ,根根本原因是本原因是( )( )。A A避免了細胞破碎、酶的提

16、取純化過程避免了細胞破碎、酶的提取純化過程 B B固定化細胞在多種酶促反應中連續(xù)發(fā)固定化細胞在多種酶促反應中連續(xù)發(fā)揮作用揮作用C C促化反應結束后促化反應結束后, ,能被吸收和重復利能被吸收和重復利用用D D細胞結構保證了各種酶在細胞內化學細胞結構保證了各種酶在細胞內化學反應中有效的發(fā)揮作用反應中有效的發(fā)揮作用8、固定化酶技術常采用、固定化酶技術常采用A 包埋法包埋法 B 化學結合和物理吸附法化學結合和物理吸附法C 活化法活化法 D 微囊化法微囊化法9、細胞固定化技術與酶固定化技術相比、細胞固定化技術與酶固定化技術相比,所所具備的特點是具備的特點是A 成本更低、操作更容易、不能連續(xù)性生產成本更

17、低、操作更容易、不能連續(xù)性生產B 成本更高、操作更難、不能連續(xù)性生產成本更高、操作更難、不能連續(xù)性生產C 成本更低、操作更容易、能連續(xù)性生產成本更低、操作更容易、能連續(xù)性生產D 成本更低、操作更難、能連續(xù)性生產成本更低、操作更難、能連續(xù)性生產三、實驗操作三、實驗操作（一）制備固定化酵母細胞（一）制備固定化酵母細胞閱讀閱讀P50P505151思考下列問題：思考下列問題：（1 1）制備過程包括哪幾個步驟？）制備過程包括哪幾個步驟？（2 2）你認為哪個步驟的操作是最）你認為哪個步驟的操作是最重要的一環(huán)？重要的一環(huán)？（3 3）各步驟應當分別注意什么問）各步驟應當分別注意什么問題？題？1 1、酵母細胞的

18、活化、酵母細胞的活化思考：思考： 關于酵母菌你有哪些知識？關于酵母菌你有哪些知識？ 什么是活化？什么是活化？ 怎樣活化？怎樣活化？ 應注意什么？應注意什么？活化：活化： 讓處于休眠狀態(tài)的微生物重新讓處于休眠狀態(tài)的微生物重新恢復正常的生活狀態(tài)；恢復正常的生活狀態(tài)；本質：本質： 加快新陳代謝；加快新陳代謝；方法：方法： 加入適量的水。加入適量的水。 你能說出理由嗎？你能說出理由嗎？取取1g1g干酵母干酵母, ,放入放入50ml50ml的小燒杯中的小燒杯中, ,加入蒸餾水加入蒸餾水10ml10ml, ,用玻璃棒攪拌用玻璃棒攪拌, ,使使酵母細胞混合均酵母細胞混合均勻勻, ,成糊狀成糊狀, ,放置放置

19、1h1h左右使其活化左右使其活化思考：思考： 你認為酵母的活化操作有你認為酵母的活化操作有哪些注意事項？哪些注意事項？1 1、所用容器要大一些；、所用容器要大一些；2 2、要保證酵母菌的活性；、要保證酵母菌的活性；3 3、物種要單一；、物種要單一；4 4、注意水的用量。、注意水的用量。2 2、配制物質的量濃度為、配制物質的量濃度為0.05mol/L0.05mol/L的的CaClCaCl2 2溶液溶液稱取無水稱取無水CaclCacl2 2 0.83g 0.83g。放入。放入200mL200mL的燒杯中的燒杯中, ,加入加入150mL150mL的蒸餾的蒸餾水水, ,使其充分溶解使其充分溶解, ,待

20、用。待用。3 3、配制海藻酸鈉溶液、配制海藻酸鈉溶液操作：操作： 稱取稱取0.7g0.7g海藻酸鈉海藻酸鈉, ,放入放入50mL50mL小燒杯中小燒杯中. .加人加人10mL10mL水水, ,用酒精燈加用酒精燈加熱熱, ,邊加熱邊攪拌邊加熱邊攪拌, ,將海藻酸鈉調成將海藻酸鈉調成糊狀糊狀, ,直至完全溶化直至完全溶化, ,用蒸餾水定容用蒸餾水定容至至10mL10mL。注意。注意, ,加熱時要用小火加熱時要用小火, ,或或者間斷加熱者間斷加熱, ,反復幾次反復幾次, ,直到海藻酸直到海藻酸鈉溶化為止鈉溶化為止 加熱使海藻酸鈉溶化是操作中加熱使海藻酸鈉溶化是操作中最重要的一環(huán)最重要的一環(huán),涉及到實

21、驗的成敗涉及到實驗的成敗,一定要按照教材的提示進行操作。一定要按照教材的提示進行操作。海藻酸鈉的濃度涉及到固定化細胞海藻酸鈉的濃度涉及到固定化細胞的質量。如果海藻酸鈉濃度過高的質量。如果海藻酸鈉濃度過高,將將很難形成凝膠珠；如果濃度過低很難形成凝膠珠；如果濃度過低,形形成的凝膠珠所包埋的酵母細胞的數(shù)成的凝膠珠所包埋的酵母細胞的數(shù)目少目少,影響實驗效果。影響實驗效果。應當注意什么問題？應當注意什么問題？4 4、海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合、海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合 將溶化好的海藻酸鈉溶液冷將溶化好的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫卻至室溫, ,加入已活化的醉母細胞加入已活化的醉母細胞, ,進行充分攪拌進行

22、充分攪拌, ,使其混合均勻使其混合均勻, ,再再轉移至注射器中。轉移至注射器中。為什么海藻酸鈉溶液要冷卻？為什么海藻酸鈉溶液要冷卻？5 5、固定化酵母細胞、固定化酵母細胞 以恒定的速度緩慢地將注射以恒定的速度緩慢地將注射器中的溶液滴加到配制好的器中的溶液滴加到配制好的Cacl2Cacl2溶液中溶液中, ,觀察液滴在觀察液滴在Cacl2Cacl2溶液中形成凝膠珠的情形。將這溶液中形成凝膠珠的情形。將這些凝膠珠在些凝膠珠在Cacl2Cacl2溶液中浸泡溶液中浸泡30 30 minmin左右。左右。 你知道還有什么地方可以用你知道還有什么地方可以用到氯化鈣？到氯化鈣？ 剛形成的凝膠珠應在剛形成的凝膠

23、珠應在CaCl2CaCl2溶液中浸泡溶液中浸泡一段時間一段時間, ,以便形成穩(wěn)定的結構。以便形成穩(wěn)定的結構。 檢驗凝膠珠的質量是否合格檢驗凝膠珠的質量是否合格, ,可以使用可以使用下列方法：下列方法： 一是用鑷子夾起一個凝膠珠放在實驗桌一是用鑷子夾起一個凝膠珠放在實驗桌上用手擠壓上用手擠壓, ,如果凝膠珠不容易破裂如果凝膠珠不容易破裂, ,沒有液沒有液體流出體流出, ,就表明凝膠珠的制作成功。就表明凝膠珠的制作成功。 二是在實驗桌上用力摔打凝膠珠二是在實驗桌上用力摔打凝膠珠, ,如果如果凝膠珠很容易彈起凝膠珠很容易彈起, ,也能表明制備的凝膠珠也能表明制備的凝膠珠是成功的。是成功的。這一階段成

24、功與否呢？怎樣評價？這一階段成功與否呢？怎樣評價？觀察凝膠珠的顏色和形狀觀察凝膠珠的顏色和形狀:如果制作的凝膠珠顏色過淺、呈白如果制作的凝膠珠顏色過淺、呈白色色,說明海藻酸鈉的濃度偏低說明海藻酸鈉的濃度偏低,固定固定的酵母細胞數(shù)目較少；如果形成的的酵母細胞數(shù)目較少；如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形凝膠珠不是圓形或橢圓形,則說明則說明海藻酸鈉的濃度偏高海藻酸鈉的濃度偏高,制作失敗制作失敗,需需要再作嘗試。要再作嘗試。（二）用固定化細胞發(fā)酵（二）用固定化細胞發(fā)酵1 1、將固定好的酵母細胞、將固定好的酵母細胞( (凝膠凝膠珠珠) )用蒸餾水沖洗用蒸餾水沖洗2-32-3次。次。 2 2、 將將150mL150mL質量分數(shù)為質量分數(shù)為10%10%的的葡萄糖溶液轉移到葡萄糖溶液轉移到200mL200mL的錐形的錐形瓶中瓶中, ,再加入固定好的酵母細胞再加入固定好的酵母細胞, ,置于置于2525下發(fā)酵下發(fā)酵24h24h。這一階段成功與否呢？怎這一階段成功與否呢？怎樣評價？樣評價？觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液；觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液；利用固定的酵母細胞發(fā)酵產生利用固定的酵母細胞發(fā)酵產生酒精酒精,可以看到產生了很多氣泡可以看到產生了很多氣泡,同時會聞到酒味。同時會聞到酒味。還有其他方法嗎？還有其他方法嗎？請思考課后練習請思考課后練習 P52類型類型優(yōu)點優(yōu)點不足不足直直接接使使用用酶酶催