酵母細胞的固定化2015323

酵母細胞的固定化課題3如今，酶已經(jīng)大規(guī)模地應用于食品、化工、輕紡、醫(yī)藥等各個領(lǐng)域。在應用酶的過程中，人們發(fā)現(xiàn)了一些實際問題：酶通常對強酸、強堿、高溫和有機溶劑等條件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很難回收，不能被再次利用，提高了生產(chǎn)成本；反應后酶會混中產(chǎn)物中，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量。課題背景于是，有人設(shè)想，將酶固定在不溶于水的載體上，使酶既能與反應物接觸，又能與產(chǎn)物分離，同時，固定在載體上的酶還可以被反復利用?，F(xiàn)代的固定化酶技術(shù)已完全實現(xiàn)了這一設(shè)想。高果糖漿的生產(chǎn)就是固定化酶技術(shù)成功地應用于工業(yè)生產(chǎn)的實例。酶是由細胞合成的，于是，又有人設(shè)想，能否將合成酶的細胞直接固定？自20世紀70年代，在固定化酶技術(shù)的基礎(chǔ)上，又發(fā)展出了細胞固定化技術(shù)。與固定化酶技術(shù)相比，固定化細胞制備的成本更低，操作更容易。本課題中，我們將動手制備固定化酵母細胞，體會固定化酶的作用。課題背景通過課題背景分析，你有何體會？酶：固定化酶：

固定化細胞：思考:優(yōu)點：實際問題：設(shè)想：催化效率高，低耗能，低污染①對強酸、強堿、、高溫等環(huán)境條件敏感，易失活；③反應后酶混在產(chǎn)物中，如不去除，會影響產(chǎn)品的品質(zhì).將酶固定在不溶于水的載體上.②溶液中的酶很難收回，不能被再次利用，提高了生產(chǎn)成本；酶既能與反應物接觸，又容易與反應物分離，同時，還可以反復利用.優(yōu)點：實際問題：一種酶只能催化一種化學反應，而在生產(chǎn)實踐中，很多產(chǎn)物的形成都是通過一系列的酶促反應才能完成的.

酶是細胞合成的，能否將合成酶的細胞直接.固定？成本低，操作更容易.設(shè)想：優(yōu)點：

閱讀P49，并思考：1、解決酶應用中存在問題的方法是什么？2、這種方法的優(yōu)點是什么？3、什么是高果糖漿？使用它有何好處？4、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？5、了解高果糖漿生產(chǎn)過程。一、固定化酶的應用實例基礎(chǔ)知識固定化酶技術(shù)。即將酶固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)（如固定在不溶于水的載體上）。（1）使酶既能與反應物接觸，又能與產(chǎn)物分離；（2）固定在載體上的酶可以被反復利用。1、解決酶應用中存在問題的方法是什么？2、這種方法的優(yōu)點是什么？3、什么是高果糖漿？使用它有何好處？一、固定化酶的應用實例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。4、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？生產(chǎn)高果糖漿需要葡萄糖異構(gòu)酶；其作用是將葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖；這種酶穩(wěn)定性好，可持續(xù)發(fā)揮作用。5、了解高果糖漿生產(chǎn)過程。注意反應柱的各部分名稱。你能說出反應柱的優(yōu)點嗎？反應柱能連續(xù)使用半年，大大降低了生產(chǎn)成本，提高果糖的產(chǎn)量和質(zhì)量。

思考：在生產(chǎn)實際中使用固定化酶技術(shù)有什么不足?有什么解決辦法?一種酶只能催化一種化學反應，而在生產(chǎn)實際中很多產(chǎn)物的形成都通過一系列的酶促反應才能進行，所以操作比較麻煩。不足：解決辦法：可采用固定化細胞技術(shù)。1、什么是固定化酶或細胞技術(shù)？閱讀P50內(nèi)容，思考以下問題：二、固定化細胞技術(shù)2、細胞（或酶）固定化的常用方法有哪些？3、酶和細胞固定方法的選擇及原因？4、固定化細胞常用的不溶于水的多孔性載體有哪些？二、固定化細胞技術(shù)1、什么是固定化酶或細胞技術(shù)？2、細胞（或酶）固定化的常用方法有哪些？利用物理或化學方法將酶或細胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)。包埋法將酶（或細胞）包埋在細微網(wǎng)格里化學結(jié)合法將酶（或細胞）相互連接起來吸附法將酶（或細胞）吸附在載體表面【比較】酶和細胞的固定方法和特點固定對象酶細胞適宜固定法化學結(jié)合法、物理吸附法包埋法特點體積小，固定一種酶。包埋法容易丟失體積大，固定一系列酶。難以化學結(jié)合和吸附3、酶和細胞固定方法的選擇及原因？①酶適合采用化學結(jié)合和物理吸附法固定②細胞適合采用包埋法固定（1）方法（2）原因①細胞體積大，酶分子很?、隗w積大的細胞難以被吸附或結(jié)合，而體積小的酶容易從包埋的材料中漏出4、固定化細胞常用的不溶于水的多孔性載體有哪些？明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素、聚丙烯酰胺等1．從操作角度來考慮，你認為固定化酶技術(shù)與固定化細胞技術(shù)哪一種方法更容易？哪一種方法對酶活性的影響更??？固定化細胞技術(shù)固定化細胞固定的是一系列酶固定化細胞技術(shù)固定化酶技術(shù)2．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，應該選擇哪種方法？4．如果反應物是大分子物質(zhì)，又應該選擇哪種方法？思考（大分子物質(zhì)不能進入細胞）（一）制備固定化酵母細胞閱讀P50～51思考下列問題：（1）制備過程包括哪幾個步驟？（2）你認為哪個步驟的操作是最重要的一環(huán)？（3）各步驟應當分別注意什么問題？實驗操作1、酵母細胞的活化思考：

關(guān)于酵母菌你有哪些知識？

（一）制備固定化酵母細胞什么是活化？其本質(zhì)是什么？活化的方法是什么？具體操作過程？操作過程中應注意什么？1、酵母細胞的活化（一）制備固定化酵母細胞本質(zhì)：方法：活化：讓處于休眠狀態(tài)的微生物重新恢復正常的生活狀態(tài)。加快新陳代謝。加入適量的水。操作過程：注意事項：取1g干酵母，放入50ml的小燒杯中，加入蒸餾水10ml，用玻璃棒攪拌，使酵母細胞混合均勻，成糊狀，放置1h左右使其活化。（1）所用容器要大一些；（2）要保證酵母菌的活性；（3）物種要單一；（4）注意水的用量。2、配制物質(zhì)的量濃度為0.05mol/L的CaCl2溶液稱取無水CaCl20.83g，放入200ml的燒杯中，加入150ml的蒸餾水，使其充分溶解，待用。溶解物質(zhì)要徹底，勿用自來水溶解，以防自來水中各種離子影響實驗結(jié)果。操作過程：注意事項：3、配制海藻酸鈉溶液稱取0.7g海藻酸鈉，放入50mL小燒杯中。加人10mL蒸餾水，用酒精燈加熱，邊加熱邊攪拌，將海藻酸鈉調(diào)成糊狀，直至完全溶化，用蒸餾水定容至10mL。加熱時要用小火，或者間斷加熱，反復幾次，直到海藻酸鈉溶化為止。操作過程：注意事項：包埋酶或細胞防止焦糊①配制的海藻酸鈉溶液具體作用是什么？②在加熱的過程中，為什么要用小火，或者間斷加熱？思考①加熱使海藻酸鈉溶化是操作中最重要的一環(huán)，涉及到實驗的成敗，一定要按照教材的提示進行操作。

②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高，將很難形成凝膠珠；如果濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細胞的數(shù)目少，影響實驗效果。特別提醒將溶化好的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫，加入已活化的酵母細胞，進行充分攪拌，使其混合均勻，再轉(zhuǎn)移至注射器中。操作過程：注意事項：①溶化好的海藻酸鈉溶液必須冷卻至室溫，否則會因溫度過高殺死酵母菌。②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。4、海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合5、固定化酵母細胞以恒定的速度緩慢地將注射器中的溶液滴加到配制好的CaCl2溶液中，將形成的凝膠珠在CaCl2溶液中浸泡30min左右。操作過程：①可利用海藻酸鈉制成不含酵母菌的凝膠珠，用作對照。②海藻酸鈉膠體在CaCl2這種電解質(zhì)的作用下，發(fā)生聚沉，形成凝膠珠，需穩(wěn)定30min左右。注意事項：①剛形成的凝膠珠應在CaCl2溶液中浸泡一段時間，以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。②檢驗凝膠珠的質(zhì)量是否合格，可以使用下列方法：一是用鑷子夾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，就表明凝膠珠的制作成功。二是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。特別提醒（二）用固定化酵母細胞發(fā)酵操作過程：注意事項：1、將固定好的酵母細胞(凝膠珠)用蒸餾水沖洗2-3次。2、將150mL質(zhì)量分數(shù)為10%的葡萄糖溶液轉(zhuǎn)移到200mL的錐形瓶中，再加入固定好的酵母細胞，置于25℃下發(fā)酵24h。①控制好發(fā)酵溫度，一般是室溫25℃。②發(fā)酵時間一般時間稍長一些，效果明顯。③可用不含酵母的凝膠珠做相同的處理，對照實驗結(jié)果。結(jié)果分析與評價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，固定的酵母細胞數(shù)目較少。（一）觀察凝膠珠的顏色和形狀①如果制作的凝膠珠顏色過淺、呈白色，則說明什么？②如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，則說明什么？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，制作失敗，需要再作嘗試。當觀察到哪些現(xiàn)象時，可說明實驗獲得成功？為什么？利用固定的酵母細胞發(fā)酵產(chǎn)生酒精，可以看到產(chǎn)生了很多氣泡，同時會聞到酒味。（二）觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液〖思考1〗發(fā)酵過程中錐形瓶為什么要密封？〖思考2〗錐形瓶中的氣泡和酒精是怎樣形成的？〖思考3〗在利用固定化酶或固定化細胞進行生產(chǎn)的過程中，需要無菌操作嗎？酵母菌的酒精發(fā)酵需要缺氧條件。酵母菌進行無氧呼吸產(chǎn)生的。需要。課后練習3.因為酶的結(jié)構(gòu)具有多樣性，對理化條件的敏感程度不同。2、葡萄糖通過裝有固定化酵母細胞的反應柱，在無氧條件下，在固定化酵母細胞分泌的酶的作用下變?yōu)榫凭?，酒精通過底部的篩板濾除，固定化酵母細胞仍然保留在反應柱內(nèi)。類型優(yōu)點不足直接使用酶催化效率高，低耗能、低污染等。對環(huán)境條件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很難回收，不能被再次利用，提高了生產(chǎn)成本；反應后酶會混在產(chǎn)物中，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量。固定化酶酶既能與反應物接觸，又能與產(chǎn)物分離，同時，固定在載體上的酶還可以被反復利用。一種酶只能催化一種化學反應，而在生產(chǎn)實踐中，很多產(chǎn)物的形成都通過一系列的酶促反應才能得到的。固定化細胞成本低，操作更容易。固定后的酶或細胞與反應物不容易接近，可能導致反應效果下降等。1.1、酶固定化技術(shù)與細胞固定化技術(shù)的關(guān)系是A酶固定化技術(shù)是細胞固定化技術(shù)的基礎(chǔ)B細胞固定化技術(shù)是酶固定化技術(shù)的基礎(chǔ)C酶固定化技術(shù)與細胞固定化技術(shù)是同時發(fā)展起來的D固定化細胞技術(shù)先于酶固定化技術(shù)練習鞏固2、固定化酶技術(shù)常采用A包埋法B化學結(jié)合和物理吸附法C活化法D微囊化法3、海藻酸鈉在水中溶解的速度較慢，需要經(jīng)過加熱促進其溶解，采用的最好加熱方法是A快速加熱B持續(xù)高溫加熱C小火間斷加熱D灼燒加熱4、酵母菌的活化是指A讓酵母細胞恢復運動狀態(tài)B讓酵母細胞在缺水狀態(tài)下更容易休眠C讓酵母細胞內(nèi)酶活性加倍D讓處于休眠狀態(tài)的酵母細胞重新恢復正常的生活狀態(tài)5、細胞固定化技術(shù)與酶固定化技術(shù)相比，所具備的特點是A成本更低、操作更容易、不能連續(xù)性生產(chǎn)B成本更高、操作更難、不能連續(xù)性生產(chǎn)C成本更低、操作更容易、能連續(xù)性生產(chǎn)D成本更低、操作更難、能連續(xù)性生產(chǎn)6、下列說法不正確的是A、葡萄糖與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸，轉(zhuǎn)化成的是果糖B、從固定化酶反應柱下端流出的是果糖C、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D、酶溶解于葡萄糖溶液，可以從糖漿中回收7、研究認為，用固定化酶技術(shù)處理污染物是很有前途的。如將從大腸桿菌得到的磷酸三酯酶固定到尼龍膜上制成制劑，可以用來降解殘留在土壤中的有機磷農(nóng)藥，與用微生物降解相比，其作用不需要適宜的A、溫度B、PHC、水分D、營養(yǎng)8、目前，日用化工廠大量生產(chǎn)的酶制劑，其中的酶大都來自A、化學合成B、動物體內(nèi)C、植物體內(nèi)D、微生物體內(nèi)9.使用固定化細胞的優(yōu)點是A.能催化大分子物質(zhì)的水解B.可催化一系列化學反應C.與反應物易接近D.有利于酶在細胞外發(fā)揮作用10.酶的固定方法不包括A.將酶吸附在固體表面上B．將酶相互連接起來C．將酶包埋在細微網(wǎng)格里D．將酶制成固體酶制劑，如加酶洗衣粉中的酶11、如果反應物是大分子物質(zhì)，采用那種方法催化受限制A．直接使用酶B．使用化學方法結(jié)合的酶C．使用固定化細胞D．使用物理吸附法固定的酶12、下列關(guān)于酶和細胞的固定敘述不正確的是A．酶分子很小，易采用包埋法B．酶分子很小，易采用化學結(jié)合或物理吸附法固定的酶C．細胞個大，難被吸附或結(jié)合D．細胞易采用包埋法固定13.關(guān)于固定化酶的敘述不正確的是A．既能與反應物接觸，又能與反應物分離B．固定在載體