選修1：4-3酵母細(xì)胞的固定化

1、課題課題3酵母細(xì)胞的固定化酵母細(xì)胞的固定化課程標(biāo)準(zhǔn)課程標(biāo)準(zhǔn)嘗嘗試制備和應(yīng)用固定化酶。試制備和應(yīng)用固定化酶。課標(biāo)解讀課標(biāo)解讀1.說說出固定化酶和固定化細(xì)胞的作用和原理。出固定化酶和固定化細(xì)胞的作用和原理。2.嘗試制備固定化酵母細(xì)胞。嘗試制備固定化酵母細(xì)胞。3.嘗試?yán)霉潭ɑ?xì)胞進(jìn)行酒精發(fā)酵。嘗試?yán)霉潭ɑ?xì)胞進(jìn)行酒精發(fā)酵。 1固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)是利用固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)是利用 和和 方法將酶或細(xì)胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)，包方法將酶或細(xì)胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)，包括括 、 和和 。 2固定化細(xì)胞多采用固定化細(xì)胞多采用 固定化，而固定固定化，而固定化酶多采用化酶多采用 和和 。與固定化酶技

2、術(shù)相比，固。與固定化酶技術(shù)相比，固定 化 細(xì) 胞 技 術(shù) 制 備 的 成 本定 化 細(xì) 胞 技 術(shù) 制 備 的 成 本 ， 操， 操作作 。固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù) 物理物理化學(xué)化學(xué)包埋法包埋法化學(xué)結(jié)合法化學(xué)結(jié)合法物理吸附法物理吸附法包埋法包埋法化學(xué)化學(xué)結(jié)合結(jié)合物理吸附法物理吸附法更低更低更容易更容易 3用包埋法固定化細(xì)胞是將微生物細(xì)胞均勻用包埋法固定化細(xì)胞是將微生物細(xì)胞均勻地包埋于地包埋于 中，常用的中，常用的包埋載體有包埋載體有 、 、 、 和和 等。等。 4固定化酶的應(yīng)用實(shí)例固定化酶的應(yīng)用實(shí)例高果糖漿的生產(chǎn)高果糖漿的生產(chǎn)固固定化酶技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于高果糖漿的生產(chǎn)中，定

3、化酶技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于高果糖漿的生產(chǎn)中，生產(chǎn)高果糖漿所需要的酶是生產(chǎn)高果糖漿所需要的酶是 ，所使用的反應(yīng)柱上的孔應(yīng)滿足所使用的反應(yīng)柱上的孔應(yīng)滿足 不不能通過篩板上的小孔，而能通過篩板上的小孔，而 卻可以自卻可以自由出入。由出入。 不溶于不溶于水的多孔性載體水的多孔性載體明膠明膠瓊脂糖瓊脂糖海藻酸鈉海藻酸鈉醋酸纖維素醋酸纖維素聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺葡萄糖異構(gòu)酶葡萄糖異構(gòu)酶酶顆粒酶顆粒反應(yīng)溶液反應(yīng)溶液思維激活思維激活1 日日常生活中人們用來(lái)蒸饅頭的發(fā)酵常生活中人們用來(lái)蒸饅頭的發(fā)酵粉在浸泡宜用涼水、溫水還是開水？粉在浸泡宜用涼水、溫水還是開水？提示提示浸泡發(fā)酵粉最好用溫水浸泡發(fā)酵粉最好用溫水溫度過低，不溫

4、度過低，不利于發(fā)揮酶活性；溫度過高會(huì)殺死酵母細(xì)胞。利于發(fā)揮酶活性；溫度過高會(huì)殺死酵母細(xì)胞。 1固定化酶的應(yīng)用實(shí)例固定化酶的應(yīng)用實(shí)例(1)固固定化酶的反應(yīng)柱示意圖：將酶固定在一定化酶的反應(yīng)柱示意圖：將酶固定在一種顆粒狀的載體上，再將這些酶顆粒裝到一個(gè)種顆粒狀的載體上，再將這些酶顆粒裝到一個(gè)反應(yīng)柱內(nèi)，柱子底端裝上分布著許多小孔的篩反應(yīng)柱內(nèi)，柱子底端裝上分布著許多小孔的篩板。酶顆粒無(wú)法通過篩板的小孔，而反應(yīng)溶液板。酶顆粒無(wú)法通過篩板的小孔，而反應(yīng)溶液卻可以自由出入。卻可以自由出入。(2)利用固定化酶技術(shù)生產(chǎn)高果糖漿的實(shí)例：利用固定化酶技術(shù)生產(chǎn)高果糖漿的實(shí)例：高果糖漿的生產(chǎn)需要使用葡萄糖異構(gòu)酶，它高果

5、糖漿的生產(chǎn)需要使用葡萄糖異構(gòu)酶，它能將葡萄糖轉(zhuǎn)化成果糖。生產(chǎn)過程中，將葡萄能將葡萄糖轉(zhuǎn)化成果糖。生產(chǎn)過程中，將葡萄糖溶液從反應(yīng)柱的上端注入，使葡萄糖溶液流糖溶液從反應(yīng)柱的上端注入，使葡萄糖溶液流過反應(yīng)柱，與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸，轉(zhuǎn)化過反應(yīng)柱，與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸，轉(zhuǎn)化成果糖，從反應(yīng)柱的下端流出。成果糖，從反應(yīng)柱的下端流出。2直接使用酶、固定化酶、固定化細(xì)胞的比較直接使用酶、固定化酶、固定化細(xì)胞的比較(見下表見下表)直接使用酶直接使用酶固定化酶固定化酶固定化細(xì)胞固定化細(xì)胞酶的種酶的種數(shù)數(shù)一種或幾種一種或幾種一種一種一系列酶一系列酶制作方制作方法法化學(xué)結(jié)合固化學(xué)結(jié)合固定定化、物理吸化、物理吸

6、附附固定化固定化包埋法固定包埋法固定化化是否需是否需要要營(yíng)養(yǎng)物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)質(zhì)缺缺點(diǎn)點(diǎn)對(duì)環(huán)境條件對(duì)環(huán)境條件非常敏感，易非常敏感，易失活失活難回收，難回收，成本高，影響成本高，影響產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)品質(zhì)量不利于催化一不利于催化一系列的酶促反系列的酶促反應(yīng)應(yīng)反應(yīng)物不易與反應(yīng)物不易與酶接近，尤其酶接近，尤其是大分子物質(zhì)，是大分子物質(zhì)，反應(yīng)效率下降反應(yīng)效率下降優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)催化效率高、催化效率高、耗能低、污染耗能低、污染低低既能與反應(yīng)既能與反應(yīng)物接觸，又能物接觸，又能與產(chǎn)物分離與產(chǎn)物分離可以反復(fù)利用可以反復(fù)利用成本低、操作成本低、操作容易容易實(shí)實(shí)例例果膠酶果膠酶固定化葡萄糖固定化葡萄糖異構(gòu)酶異構(gòu)酶固定化酵母細(xì)固定化酵母細(xì)

7、胞胞特別提醒特別提醒固定化酶和固定化細(xì)胞的共同點(diǎn)是所固定化酶和固定化細(xì)胞的共同點(diǎn)是所固定的酶都可以反復(fù)使用。固定的酶都可以反復(fù)使用?！眷柟天柟?】 固固定化酶和固定化細(xì)胞的主要區(qū)別定化酶和固定化細(xì)胞的主要區(qū)別是是()。A前者只能固定胞外酶，后者只能固定胞前者只能固定胞外酶，后者只能固定胞內(nèi)酶內(nèi)酶B前者只能固定胞內(nèi)酶，后者只能固定胞前者只能固定胞內(nèi)酶，后者只能固定胞外酶外酶C前者可以固定胞內(nèi)酶和胞外酶，后者只前者可以固定胞內(nèi)酶和胞外酶，后者只可以固定胞內(nèi)酶可以固定胞內(nèi)酶D前者只可以固定胞外酶，后者可以固定前者只可以固定胞外酶，后者可以固定胞外酶和胞內(nèi)酶胞外酶和胞內(nèi)酶解析解析微生物產(chǎn)生的酶的種類很

8、多，有的存微生物產(chǎn)生的酶的種類很多，有的存在于細(xì)胞內(nèi)，有的分泌到細(xì)胞外。因此，固定在于細(xì)胞內(nèi)，有的分泌到細(xì)胞外。因此，固定化酶可以固定胞內(nèi)酶和胞外酶，固定化細(xì)胞只化酶可以固定胞內(nèi)酶和胞外酶，固定化細(xì)胞只能固定胞內(nèi)酶。能固定胞內(nèi)酶。答案答案C 1制備固定化酵母細(xì)胞的操作步驟：酵母細(xì)制備固定化酵母細(xì)胞的操作步驟：酵母細(xì)胞的胞的 配制物質(zhì)的量濃度為配制物質(zhì)的量濃度為0.05 mol/L的的 溶液溶液配制配制 溶液溶液 溶液與溶液與 混合混合 酵母細(xì)胞。酵母細(xì)胞。 2在配制海藻酸鈉溶液時(shí)，加熱時(shí)要用在配制海藻酸鈉溶液時(shí)，加熱時(shí)要用 ，或者或者 ，反復(fù)幾次，直到海藻酸鈉完全，反復(fù)幾次，直到海藻酸鈉完全

9、為 止 。 如 果 加 熱 太 快 ， 海 藻 酸 鈉為 止 。 如 果 加 熱 太 快 ， 海 藻 酸 鈉會(huì)會(huì) 。酵母細(xì)胞的固定化技術(shù)酵母細(xì)胞的固定化技術(shù) 活化活化CaCl2海藻酸鈉海藻酸鈉海藻酸鈉海藻酸鈉酵母細(xì)胞酵母細(xì)胞固定化固定化小火小火間斷加熱間斷加熱溶化溶化發(fā)生焦糊發(fā)生焦糊3 固 定 化 酵 母 細(xì) 胞 需 要 的 材 料 固 定 化 酵 母 細(xì) 胞 需 要 的 材 料是是 、 、 。4用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵：將凝膠珠加入用用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵：將凝膠珠加入用于發(fā)酵的于發(fā)酵的 溶液后，發(fā)現(xiàn)有溶液后，發(fā)現(xiàn)有 產(chǎn)產(chǎn)生，同時(shí)有生，同時(shí)有 散發(fā)。散發(fā)。干酵母細(xì)胞干酵母細(xì)胞無(wú)水無(wú)水CaCl2海藻

10、酸鈉海藻酸鈉葡萄糖葡萄糖氣泡氣泡酒味酒味思維激活思維激活2 用用于固定酵母細(xì)胞的載體是什么？于固定酵母細(xì)胞的載體是什么？載體的濃度越高固定效果越好嗎？載體的濃度越高固定效果越好嗎？提示提示用于固定酵母細(xì)胞的載體是海藻酸鈉，海用于固定酵母細(xì)胞的載體是海藻酸鈉，海藻酸鈉的濃度關(guān)系到固定化細(xì)胞的質(zhì)量藻酸鈉的濃度關(guān)系到固定化細(xì)胞的質(zhì)量濃度過濃度過低形成的凝膠珠內(nèi)包埋的細(xì)胞過少，濃度過高則低形成的凝膠珠內(nèi)包埋的細(xì)胞過少，濃度過高則不易形成凝膠珠。不易形成凝膠珠。 1固定化酵母細(xì)胞的制備固定化酵母細(xì)胞的制備酵酵母細(xì)胞的活化：母細(xì)胞的活化：1 g干酵母干酵母10 mL蒸餾蒸餾水水50 mL燒杯中，攪拌均勻，

11、放置燒杯中，攪拌均勻，放置1 h 配制配制0.05 mol/L的的CaCl2溶液：無(wú)水溶液：無(wú)水CaCl20.83 g150 mL蒸餾水蒸餾水200 mL燒杯燒杯 配制海藻酸鈉溶液：配制海藻酸鈉溶液：0.7 g海藻酸鈉海藻酸鈉10 mL水放入水放入50 mL小燒杯小燒杯小火加熱，完全溶化加小火加熱，完全溶化加蒸餾水定容至蒸餾水定容至10 mL 海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合：將海藻酸鈉溶液海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合：將海藻酸鈉溶液冷卻至室溫后加入活化的酵母細(xì)胞，充分?jǐn)嚢枋估鋮s至室溫后加入活化的酵母細(xì)胞，充分?jǐn)嚢枋蛊浠旌暇鶆?，轉(zhuǎn)移至注射器中其混合均勻，轉(zhuǎn)移至注射器中固定化酵母細(xì)胞：以恒定的速度緩慢地

12、將注射器固定化酵母細(xì)胞：以恒定的速度緩慢地將注射器中的溶液滴加至配制好的中的溶液滴加至配制好的CaCl2溶液中，形成凝溶液中，形成凝膠珠，使其在溶液中浸泡膠珠，使其在溶液中浸泡30 min沖洗：將固定好的酵母細(xì)胞沖洗：將固定好的酵母細(xì)胞(凝膠珠凝膠珠)用蒸餾水沖用蒸餾水沖洗洗23次次發(fā)酵：將發(fā)酵：將150 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的葡萄糖溶液的葡萄糖溶液轉(zhuǎn)移至轉(zhuǎn)移至200 mL的錐形瓶中，加入固定好的酵母細(xì)的錐形瓶中，加入固定好的酵母細(xì)胞，胞，25 下發(fā)酵下發(fā)酵24 h2固定化實(shí)驗(yàn)中的有關(guān)問題固定化實(shí)驗(yàn)中的有關(guān)問題特別提醒特別提醒制備固定化酵母細(xì)胞的注意事項(xiàng)制備固定化酵母細(xì)胞的注意事項(xiàng)(

13、1)海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合：冷卻后再混海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合：冷卻后再混合，注意混合均勻，不要進(jìn)入氣泡。合，注意混合均勻，不要進(jìn)入氣泡。(2)凝膠珠的顏色和形狀：如果制作的凝膠珠顏凝膠珠的顏色和形狀：如果制作的凝膠珠顏色過淺、呈白色，說明海藻酸鈉的濃度偏低，固色過淺、呈白色，說明海藻酸鈉的濃度偏低，固定的酵母細(xì)胞數(shù)目較少；如果形成的凝膠珠不是定的酵母細(xì)胞數(shù)目較少；如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，則說明海藻酸鈉的濃度偏高，制圓形或橢圓形，則說明海藻酸鈉的濃度偏高，制作失敗，需要再作嘗試。作失敗，需要再作嘗試。(3)細(xì)胞的固定要在嚴(yán)格無(wú)菌條件下進(jìn)行；反復(fù)細(xì)胞的固定要在嚴(yán)格無(wú)菌條件下進(jìn)行；

14、反復(fù)使用固定化酵母細(xì)胞時(shí)，需要避免微生物的污染。使用固定化酵母細(xì)胞時(shí)，需要避免微生物的污染?！眷柟天柟?】 酵酵母細(xì)胞固定化的實(shí)驗(yàn)中，下列實(shí)母細(xì)胞固定化的實(shí)驗(yàn)中，下列實(shí)驗(yàn)操作與目的不相符的是驗(yàn)操作與目的不相符的是()。A干酵母加入蒸餾水?dāng)嚢杈鶆蚝?，放置一干酵母加入蒸餾水?dāng)嚢杈鶆蚝?，放置一段時(shí)間，使酵母細(xì)胞活化段時(shí)間，使酵母細(xì)胞活化B采用小火間斷加熱的方法，防止海藻酸采用小火間斷加熱的方法，防止海藻酸鈉發(fā)生焦糊鈉發(fā)生焦糊C將活化的酵母細(xì)胞加入海藻酸鈉溶液，將活化的酵母細(xì)胞加入海藻酸鈉溶液，輕輕攪拌，以免產(chǎn)生氣泡輕輕攪拌，以免產(chǎn)生氣泡D用注射器滴加溶液時(shí)要接近用注射器滴加溶液時(shí)要接近CaCl2溶液

15、溶液的液面，防止凝膠珠出現(xiàn)的液面，防止凝膠珠出現(xiàn)“尾巴尾巴”解析解析實(shí)驗(yàn)中，為了防止凝膠珠出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中，為了防止凝膠珠出現(xiàn)“尾巴尾巴”，注射器應(yīng)離注射器應(yīng)離CaCl2溶液的液面遠(yuǎn)一些。溶液的液面遠(yuǎn)一些。答案答案D 【例例1】 下下列說法不正確的是列說法不正確的是()。A固定化酶和固定化細(xì)胞的方法包括包埋固定化酶和固定化細(xì)胞的方法包括包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法B固定化酶更適合采用化學(xué)結(jié)合法和物理固定化酶更適合采用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法吸附法C由于細(xì)胞個(gè)體大，而酶分子很小，因此由于細(xì)胞個(gè)體大，而酶分子很小，因此細(xì)胞多采用物理吸附法固定細(xì)胞多采用物理吸附法固定D反應(yīng)物是大

16、分子物質(zhì)應(yīng)采用固定化酶反應(yīng)物是大分子物質(zhì)應(yīng)采用固定化酶酶的固定化技術(shù)酶的固定化技術(shù) 思維導(dǎo)圖：思維導(dǎo)圖：深度剖析深度剖析在酶和細(xì)胞的固定化技術(shù)中，通常有在酶和細(xì)胞的固定化技術(shù)中，通常有包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法，其中由于酶包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法，其中由于酶分子小，又多帶電荷，易從多孔性物質(zhì)中漏出，分子小，又多帶電荷，易從多孔性物質(zhì)中漏出，因此多使用化學(xué)結(jié)合法與物理吸附法，而細(xì)胞個(gè)因此多使用化學(xué)結(jié)合法與物理吸附法，而細(xì)胞個(gè)體大，難以被多孔性物質(zhì)吸附或結(jié)合，因而多采體大，難以被多孔性物質(zhì)吸附或結(jié)合，因而多采用包埋法。用包埋法。答案答案C歸納整合歸納整合固定化酶與固定化細(xì)胞技術(shù)及其應(yīng)用固

17、定化酶與固定化細(xì)胞技術(shù)及其應(yīng)用 【例例2】 試試分析下圖中與用海藻酸鈉作載體制分析下圖中與用海藻酸鈉作載體制的固定化酵母細(xì)胞相似的是的固定化酵母細(xì)胞相似的是()。思維導(dǎo)圖：思維導(dǎo)圖：酵母細(xì)胞的固定化酵母細(xì)胞的固定化 深度剖析深度剖析A、B選項(xiàng)適合于酶的固定化，選項(xiàng)適合于酶的固定化，C選選項(xiàng)既用于酶固定，也可用于細(xì)胞固定。制備固定項(xiàng)既用于酶固定，也可用于細(xì)胞固定。制備固定化酵母細(xì)胞用的是包埋法，即將酵母菌包埋在海化酵母細(xì)胞用的是包埋法，即將酵母菌包埋在海藻酸鈉制成的凝膠珠中，所以與藻酸鈉制成的凝膠珠中，所以與D選項(xiàng)相似。選項(xiàng)相似。答案答案D歸納提升歸納提升檢驗(yàn)?zāi)z珠制作是否成功，可用下列檢驗(yàn)?zāi)z

18、珠制作是否成功，可用下列方法：用鑷子夾起一個(gè)凝膠珠放在實(shí)驗(yàn)桌上用手方法：用鑷子夾起一個(gè)凝膠珠放在實(shí)驗(yàn)桌上用手?jǐn)D壓，如果不容易破裂，沒有液體流出就表明成擠壓，如果不容易破裂，沒有液體流出就表明成功地制成了凝膠珠；還可以用手將凝膠珠在實(shí)驗(yàn)功地制成了凝膠珠；還可以用手將凝膠珠在實(shí)驗(yàn)桌上用力摔打，如果凝膠珠很容易彈起，也表明桌上用力摔打，如果凝膠珠很容易彈起，也表明成功地制成了凝膠珠。成功地制成了凝膠珠。 單擊此處進(jìn)入單擊此處進(jìn)入 隨堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)隨堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)練習(xí)練習(xí)1答案直接使用酶、固定化酶和固定化細(xì)答案直接使用酶、固定化酶和固定化細(xì)胞催化的優(yōu)缺點(diǎn)如表所示。胞催化的優(yōu)缺點(diǎn)如表所示。類型類型優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)不足不足直接直接使使用酶用酶催化效率高，催化效率高，低耗能、低低耗能、低污染等污染等對(duì)環(huán)境條件非常敏感，對(duì)環(huán)境條件非常敏感，容易失容易失活；溶液中的酶很難回活；溶液中的酶很難回收，不能被再次利用，收，不能被再次利用，提高了生產(chǎn)成本；反應(yīng)提高了生產(chǎn)成本；反應(yīng)后酶會(huì)混在產(chǎn)物中，可后酶會(huì)混在產(chǎn)物中，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量能影響產(chǎn)品質(zhì)量2.略。略。(開放性題目，答案合理即可開放性題目，答案合理即可)3提示提示可以從酶的結(jié)構(gòu)的多樣性，對(duì)理化條可