酵母細胞的固定化(定)

1、.1.2閱讀課題背景并思考：1、直接使用酶制劑酶制劑在應(yīng)用中各有什么優(yōu)、缺點？如何解決使用酶制劑時的缺陷？2、固定化酶技術(shù)固定化酶技術(shù)在應(yīng)用中各有什么優(yōu)、缺點？如何解決使用固定化酶技術(shù)在應(yīng)用時的缺陷？3、固定化細胞固定化細胞在應(yīng)用中各有什么優(yōu)、缺點？.31 1、直接使用酶制劑、直接使用酶制劑天然酶通常對強酸、強堿、高溫和有機溶天然酶通常對強酸、強堿、高溫和有機溶 劑等條件非常敏感，劑等條件非常敏感，容易失活容易失活溶液中酶溶液中酶很難回收很難回收，不能再次利用，不能再次利用，提高提高了生產(chǎn)成本了生產(chǎn)成本反應(yīng)后，反應(yīng)后，酶會混在產(chǎn)物中酶會混在產(chǎn)物中，影響產(chǎn)品質(zhì)量，影響產(chǎn)品質(zhì)量，難以在工業(yè)生產(chǎn)中廣

2、泛應(yīng)用難以在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用（1 1）優(yōu)點優(yōu)點（2 2）缺點缺點催化效率高、低耗能、低污染催化效率高、低耗能、低污染，大規(guī)模地應(yīng)用于食，大規(guī)模地應(yīng)用于食品、化工等各個領(lǐng)域品、化工等各個領(lǐng)域.4（3 3）解決方案解決方案.5將酶固定在不溶于水的載體上。將酶固定在不溶于水的載體上。酶既酶既能與反應(yīng)物接觸能與反應(yīng)物接觸，又，又能與產(chǎn)物分離能與產(chǎn)物分離，同時，固，同時，固定在載體上的酶還可以被定在載體上的酶還可以被反復(fù)利用反復(fù)利用。缺點缺點 一種酶只能催化一種化學(xué)反應(yīng)，而在實際生產(chǎn)中，一種酶只能催化一種化學(xué)反應(yīng)，而在實際生產(chǎn)中，很多產(chǎn)物的形成是通過很多產(chǎn)物的形成是通過一系列的酶促反應(yīng)一系列的酶促反應(yīng)

3、才能得到。才能得到。利用固定化酶技術(shù)生產(chǎn)利用固定化酶技術(shù)生產(chǎn)“高果糖漿高果糖漿”。.6固定化酶的應(yīng)用實例：固定化酶的應(yīng)用實例：生產(chǎn)高果糖漿生產(chǎn)高果糖漿1 1、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？高果糖漿是果糖含量為42%左右的糖漿。作為蔗糖的替代品，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，對人的健康有利。再思考：果糖屬于什么糖?果糖是一種：單糖 分子式：C6H12O6.72、生產(chǎn)高果糖漿需要什么酶？其作用是什么？這種酶有何特點？直接使用酶時有什么缺點？生產(chǎn)高果糖漿需要：生產(chǎn)高果糖漿需要：作用：作用：特點：特點：直接使用酶時的缺點：直接使用酶時的缺點

4、：葡萄糖異構(gòu)酶葡萄糖異構(gòu)酶酶穩(wěn)定性好，可持續(xù)發(fā)揮作用酶穩(wěn)定性好，可持續(xù)發(fā)揮作用將葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖將葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖酶溶于葡萄糖溶液后，就無法酶溶于葡萄糖溶液后，就無法從糖漿中回收，從糖漿中回收，造成很大的浪造成很大的浪費。費。.83 3、改進：、改進：固定化酶技術(shù)固定化酶技術(shù) 4 4、具體做法：、具體做法： 5 5、優(yōu)點：、優(yōu)點：反應(yīng)柱能連續(xù)使用半年，大大降低了生產(chǎn)成本。提高了果糖的產(chǎn)量和品質(zhì)。.9將細胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)。將細胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)。成本低、操作容易、成本低、操作容易、對酶活性的影響更小、可以催對酶活性的影響更小、可以催化一系列的反應(yīng)、容易回收化一系列的反應(yīng)、容易回收缺

5、點缺點固定后的固定后的細胞與反應(yīng)物不容易接近細胞與反應(yīng)物不容易接近，可能導(dǎo)致反應(yīng)可能導(dǎo)致反應(yīng)效果下降，效果下降，由于由于大分子物質(zhì)難以自由通過細胞膜大分子物質(zhì)難以自由通過細胞膜，因此固定化細胞的因此固定化細胞的應(yīng)用也受到限制。應(yīng)用也受到限制。.10二、酶和細胞固定化方法二、酶和細胞固定化方法( (看課本看課本P P5050）思考：固定化酶或固定化細胞指什么？思考：固定化酶或固定化細胞指什么？ 可以采取哪些方法進行固定？各有什么利弊？可以采取哪些方法進行固定？各有什么利弊？ 物理吸附法物理吸附法包埋法包埋法化學(xué)結(jié)合法化學(xué)結(jié)合法 1 1、固定化酶或固定化細胞：、固定化酶或固定化細胞：指利用指利用物

6、理或化學(xué)方法物理或化學(xué)方法將酶或細胞固定在一定空間將酶或細胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)。內(nèi)的技術(shù)。 2 2、方法：、方法：.11將酶（或細胞）包埋在細微網(wǎng)格里將酶（或細胞）相互結(jié)合，或?qū)⑵浣Y(jié)合到載體上。將酶（或細胞）吸附在載體表面上包埋法化學(xué)結(jié)合法物理吸附法固定化酶或固定化細胞采取的方法固定化酶或固定化細胞采取的方法.12【比較比較】酶和細胞的固定方法和特點酶和細胞的固定方法和特點酶分子很小，酶分子很小，容易從包埋材料中漏容易從包埋材料中漏出。出。細胞體積大，細胞體積大，難以被吸附或結(jié)合。難以被吸附或結(jié)合。.13思考思考1對固定酶的作用影響較小的固定方對固定酶的作用影響較小的固定方法是什么？法是什

7、么？思考思考2將谷氨酸棒狀桿菌生產(chǎn)谷氨酸的發(fā)將谷氨酸棒狀桿菌生產(chǎn)谷氨酸的發(fā)酵過程變?yōu)檫B續(xù)的酶反應(yīng)，應(yīng)當(dāng)固定（酶、酵過程變?yōu)檫B續(xù)的酶反應(yīng)，應(yīng)當(dāng)固定（酶、細胞）。細胞）。吸附法。吸附法。.14三、實驗操作：包埋法固定細胞三、實驗操作：包埋法固定細胞明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素和聚丙烯明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等。酰胺等。 1 1、包埋法固定細胞：、包埋法固定細胞：即將微生物細胞均勻地包埋在不溶于水的多孔性即將微生物細胞均勻地包埋在不溶于水的多孔性載體中。載體中。 2 2、包埋時常用的載體包括：、包埋時常用的載體包括：.15海藻酸鈉：海藻酸鈉：一種天然一種天然多糖多糖，是由

8、海帶中提取的天然多糖碳水化合，是由海帶中提取的天然多糖碳水化合物，可作為食用的食品添加劑，也可作為支架材料用物，可作為食用的食品添加劑，也可作為支架材料用于醫(yī)學(xué)用途，其溫和的溶膠凝膠過程、良好的生物相于醫(yī)學(xué)用途，其溫和的溶膠凝膠過程、良好的生物相容性使其適于作為釋放或包埋藥物。容性使其適于作為釋放或包埋藥物。.16三、實驗操作三、實驗操作.171、酵母細胞的活化：、酵母細胞的活化：在缺水狀態(tài)下，微生物處于休眠狀態(tài)。在缺水狀態(tài)下，微生物處于休眠狀態(tài)?；罨侵缸尰罨侵缸屘幱谛菝郀顟B(tài)的微生物重新恢復(fù)正常生活狀態(tài)的過處于休眠狀態(tài)的微生物重新恢復(fù)正常生活狀態(tài)的過程。程。1g1g干酵母干酵母10mL10

9、mL蒸餾水蒸餾水50mL50mL燒杯燒杯攪拌均勻攪拌均勻放放置置1h1h，使之活化。，使之活化。思考思考活化是指什么？活化是指什么？操作提示操作提示酵母細胞活化時體積會變大，因此活化前應(yīng)該選擇酵母細胞活化時體積會變大，因此活化前應(yīng)該選擇體積足夠大的容器，以避免酵母細胞的活化液溢出體積足夠大的容器，以避免酵母細胞的活化液溢出容器外。容器外。.18.192 2、配制物質(zhì)的量濃度為、配制物質(zhì)的量濃度為0.05mol/L0.05mol/L的的CaClCaCl2 2溶液：溶液：0.83gCaCl0.83gCaCl2 2150mL150mL蒸餾水蒸餾水200mL200mL燒杯燒杯溶解備用。溶解備用。思考思

10、考為什么要用蒸餾水，而不用自來水？為什么要用蒸餾水，而不用自來水？操作提示操作提示溶解物質(zhì)要徹底。溶解物質(zhì)要徹底。.203 3、配制海藻酸鈉溶液、配制海藻酸鈉溶液0.7g海藻酸鈉海藻酸鈉10mL水水50mL燒杯燒杯酒精燈酒精燈微火（或間斷）加熱，并不斷攪拌，使之溶化微火（或間斷）加熱，并不斷攪拌，使之溶化蒸餾水定容到蒸餾水定容到10mL。加熱時要用加熱時要用小火小火，或者，或者間斷加熱間斷加熱，并攪拌，反復(fù)幾，并攪拌，反復(fù)幾次，直到海藻酸鈉溶化為止次，直到海藻酸鈉溶化為止思考思考為什么要用小火或間斷加熱，并不斷攪拌？為什么要用小火或間斷加熱，并不斷攪拌？防止海藻酸鈉發(fā)生焦糊。防止海藻酸鈉發(fā)生焦

11、糊。操作提示操作提示.21.22將溶化好的海藻酸鈉溶液將溶化好的海藻酸鈉溶液冷卻冷卻至室溫，加入至室溫，加入以活化的酵母細胞，進行充分以活化的酵母細胞，進行充分攪拌攪拌，再轉(zhuǎn)移，再轉(zhuǎn)移至注射器中至注射器中以免海藻酸鈉溫度過高殺死酵母菌以免海藻酸鈉溫度過高殺死酵母菌思考思考為什么要將海藻酸鈉冷卻至室溫？為什么要將海藻酸鈉冷卻至室溫？海藻酸鈉溶液必須冷卻至室溫，攪拌要徹底充分，海藻酸鈉溶液必須冷卻至室溫，攪拌要徹底充分，使兩者混合均勻，以免影響實驗結(jié)果的觀察。使兩者混合均勻，以免影響實驗結(jié)果的觀察。操作提示操作提示.23.24以恒定的速度緩慢的將注射器中的溶液滴加以恒定的速度緩慢的將注射器中的溶液

12、滴加CaClCaCl2 2溶液中，將形成的凝膠珠在溶液中，將形成的凝膠珠在CaClCaCl2 2溶液中浸泡溶液中浸泡30min30min左右。左右。思考思考 CaCl CaCl2 2溶液有什么作用？溶液有什么作用？使膠體聚沉，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的凝膠珠。使膠體聚沉，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的凝膠珠。操作提示操作提示滴加注射器中的溶液時，速度一定要恒定且緩慢，滴加注射器中的溶液時，速度一定要恒定且緩慢，以便形成的凝膠珠呈均勻的圓形或橢圓形。以便形成的凝膠珠呈均勻的圓形或橢圓形。.25.26.27（二）用固定化酵母細胞發(fā)酵（二）用固定化酵母細胞發(fā)酵將固定化酵母細胞（凝膠珠）用蒸餾水沖洗將固定化酵母細胞（凝膠珠）用蒸

13、餾水沖洗2 23 3次。次。將將150ml150ml質(zhì)量分數(shù)為質(zhì)量分數(shù)為1010的葡萄糖溶液轉(zhuǎn)移至的葡萄糖溶液轉(zhuǎn)移至200ml200ml的錐形瓶中，再加入固定好的酵母細胞，置于的錐形瓶中，再加入固定好的酵母細胞，置于2525C C下發(fā)酵下發(fā)酵24h24h思考思考 1 1、為什么要用蒸餾水沖洗凝膠珠？、為什么要用蒸餾水沖洗凝膠珠？洗去凝膠珠表面多余的洗去凝膠珠表面多余的CaClCaCl2 2溶液。溶液。以免對實驗造成影響。以免對實驗造成影響。思考思考 2 2、葡萄糖在這里有什么用？、葡萄糖在這里有什么用？既可以既可以作為發(fā)酵底物作為發(fā)酵底物，也作為酵母菌細胞的，也作為酵母菌細胞的營養(yǎng)物質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)

14、。.28.291 1、海藻酸鈉的濃度涉及到固定化細胞的質(zhì)量。、海藻酸鈉的濃度涉及到固定化細胞的質(zhì)量。如果海藻酸鈉濃度過如果海藻酸鈉濃度過高高：四、特別注意：四、特別注意：將很難形成凝膠珠。將很難形成凝膠珠。高濃度海藻酸鈉只能用粗針頭注高濃度海藻酸鈉只能用粗針頭注射，針頭粗也會粘著，難促使形成液滴。且高濃度海射，針頭粗也會粘著，難促使形成液滴。且高濃度海藻酸鈉不易形成滴狀下落，形成條狀，不是圓形或是藻酸鈉不易形成滴狀下落，形成條狀，不是圓形或是橢圓形，品相極差，并且凝膠珠容易破裂。橢圓形，品相極差，并且凝膠珠容易破裂。形成的凝膠珠所包埋的酵母細胞的數(shù)目少。形成的凝膠珠所包埋的酵母細胞的數(shù)目少。因

15、為包埋因為包埋不緊密，細胞容易從包埋材料中漏出。且形成的凝膠不緊密，細胞容易從包埋材料中漏出。且形成的凝膠珠可能帶細絲尾巴。珠可能帶細絲尾巴。如果濃度過如果濃度過低低：.30剛形成的凝膠珠應(yīng)在剛形成的凝膠珠應(yīng)在CaClCaCl2 2溶液中浸泡一段時溶液中浸泡一段時間，以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。檢驗?zāi)z珠的質(zhì)量間，以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。檢驗?zāi)z珠的質(zhì)量是否合格，可以使用下列方法。一是是否合格，可以使用下列方法。一是用鑷子夾用鑷子夾起一個凝膠珠放在實驗桌上用手擠壓，如果凝起一個凝膠珠放在實驗桌上用手擠壓，如果凝膠珠不容易破裂，沒有液體流出，就表明凝膠膠珠不容易破裂，沒有液體流出，就表明凝膠珠的制作成功。珠

16、的制作成功。二是二是在實驗桌上用力摔打凝膠珠，如果凝膠珠在實驗桌上用力摔打凝膠珠，如果凝膠珠很容易彈起，也能表明制備的凝膠珠是成功的很容易彈起，也能表明制備的凝膠珠是成功的2 2、酵母細胞的固定化、酵母細胞的固定化.31（一）觀察凝膠珠的顏色和形狀（一）觀察凝膠珠的顏色和形狀五、結(jié)果分析與評價五、結(jié)果分析與評價（二）觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液（二）觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液如果制作的如果制作的凝膠珠顏色過淺、呈白色：凝膠珠顏色過淺、呈白色：說明海藻酸鈉的濃度偏說明海藻酸鈉的濃度偏低低，固定的酵母，固定的酵母細胞數(shù)目較少細胞數(shù)目較少；如果如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形：形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形：說明海藻酸鈉的濃度偏高。說明海藻酸鈉的濃度偏高。二者都說明制作失敗，需要再作嘗試。二者都說