酵母细胞的固定化 课件-高中生物选择性必修1
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④中海藻酸钠溶液冷却至常温再加入酵母细胞 A．________________________；B．___________________。
下图1为杨桃干型果酒固定化发酵流程图，图2为用B酵母和复合酵母对固 定化发酵的影响。请回答下列相关问题
让处于休眠状态的酵母菌重新恢复正常的生活状态 （1）酵母菌的活化是指___________________________________；对增 殖后的酵母细胞常采用_包__埋__法____法进行固定化，这是因为 _体__积__大__的__细__胞__难__以__被__吸__附__或__结。合（而包埋不易脱落）
（2）“预处理杨桃汁”过程中使用果胶酶处理可使浑浊果汁变得澄清，其 原因是_果__胶__酶__能__够__将__果__胶__分__解__成__可__溶__性__的__半_乳___糖__醛__酸_____。 （3）根据图2分析，发酵速度较快的是__复__合__酵__母__发__酵_____；在发酵后期， B酵母和复合酵母发酵的速率都变慢，主要原因是 _营__养__物__质__减__少__、__酒__精__浓__度__过__高__________。
① 充足的营养物质，如碳源等 ② 合适的环境条件，如：温度、pH、氧气、渗透压等 【思考9】在包埋法固定某种细胞时，若有杂菌污染，对催化效率有无影响？ 包埋细胞时，应严格进行无菌操作，否则易被杂菌污染影响实验结果。
【小结】固定化技术
二、固定化技术 p50
4、实例：高果糖浆的生产 【思考1】浓度越高越好吗？流速越快越好吗？
（2）将形成的凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30min左右。以形成稳定的结构。
2、注意：用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠（对照）
三、酵母细胞的固定化
3、检验凝胶珠是否合格的办法： 法1：目测法
若凝胶珠颜色过浅、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
合格的凝胶珠应该是淡黄色，圆形或椭圆形。
可直接固定酶，也可固定细胞
二、固定化技术 p50
2、常见载体 （1）特点：不溶于水的多孔材料 （2）例：明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺
二、固定化技术 p50
3、常见方法：物理吸附法、化学结合法、包埋法
通过通过物理吸附 将酶吸附在载体上
利用共价键、离子键将 酶或细胞固定在载体上
将酶或细胞均匀地 包埋在微网格中
固定化 酵母细胞
冲洗
发酵
1、操作： 葡萄糖溶液浓度过高，酵母菌会失水过多而死亡
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
既可作为发酵底物，还能为酵母菌细胞的营养物质。 2、现象：
若进行发酵产生酒精，可以看到产生了很多气泡，同时会闻到酒味。
（1）溶液浓度过高，将很难形成圆形或椭圆形凝胶珠； （2）浓度过低，凝胶珠包埋的酵母细胞数量较少，凝胶珠颜色过浅，呈 白色。
酵母细胞 的活化
海藻酸钠溶液 与酵母菌混合
2、配制氯化钙溶液：
浓度过大，凝胶珠硬度大，易开裂； 浓度过小，不易形成凝胶珠。
（1）浓度要求：物质的量浓度为0.05mol/L
使海藻酸钠聚沉形成凝胶珠
三、酵母细胞的固定化
酵母细胞 的活化
海藻酸钠溶液 与酵母菌混合
1、配制海藻酸钠溶液：
防止海藻酸钠焦糊
操作：小火、间断加热，并不断搅拌
不同浓度海藻酸钠对应实验现象
三、酵母细胞的固定化
酵母细胞 的活化
海藻酸钠溶液 与酵母菌混合
1、配制海藻酸钠溶液： 实验成功的关键步骤 操作：小火、间断加热，并不断搅拌
尿糖试纸不能重复使用，原因是某种无色的化合物与原子氧反应后，形成有色的化合 物，而有色的化合物不能再变为无色的化合物，以及尿糖试纸由于使用后不能将反应
物和酶分开，而不能再次使用
【例】下图所示分别是什么方法在固定酶？
a、将酶吸附在载体表面，属于物理吸附法 b、酶包埋在细微的网格中，属于包埋法 c、酶分子相互结合，属于交联法/化学结合法 d、将酶包埋在以海藻酸钠等为载体的微囊型中，属于包埋法
【思考4】哪种方法固定的酶种类最多？ 包埋法 【思考5】若要催化一系列化学反应，选哪种方法最合适？ 包埋法 【思考6】包埋法固定的酶在细胞内还是细胞外起作用？ 在细胞内 【思考7】若催化的底物是大分子最好不要选哪种方法？为什么？ 不选包埋法，因大分子物质不能或不易进入细胞内（膜的选择透过性） 【思考8】若要使用包埋法，则需控制哪些条件以保证细胞正常生活？
）
√ 2、固定化细胞对酶的活性影响最小（ ） 原因是酶在细胞内受到保护作用，受外界影响较小，维持相关酶的活性，保证了各
种酶在细胞内的化学反应中有效地发挥作用
× 3、固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定的酶都在细胞外起作用（ ）
固定化细胞的酶促反应需在细胞内进行
√ 4、固定化酶和固定化细胞都能反复利用，但酶的活性可能下降（ ）
法2：机械法
若凝胶珠不是圆形或椭圆形，则可 能是：海藻酸钠浓度过高，注射器
用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上
离液面过近，注射器推进过快等。
用手挤压，若凝胶珠不容易破裂，没有液体流出。或在实验桌上用力摔打凝胶珠，
若凝胶珠很容易弹起，则制备成功。
【基础判断】
× 1、用包埋法将果胶酶固定化后，其活性明显增强（
6、酶制剂存在的缺陷p49 ① 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 溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本； ③ 反应后会混在产物中，可能影响产品质量。
① 能固定在不溶于水的载体上 ③又能与产物分离
②能与反应物接触 ④还可以反复利用
二、固定化技术 p50
1、含义：利用物理或化学方法将酶固定在一定空间内的技术。
母细胞进行酒精发酵的示意图。请分析回答：
（1）图1中X溶液为__C_a_C__l2_溶__液______， 其作用是_使__海__藻__酸__钠__与__酵__母__菌__混__合___。
液形成凝胶珠 （2）图1中制备的凝胶珠用 _蒸__馏__水________洗涤后再转移到图2装置中。图2发酵过程中搅拌的目的是
1、操作：干酵母加蒸馏水
2、作用：让处于休眠状态的生物重新恢复正常生活状态，本质是加快新陈代谢
3、注意：选择体积足够大的容器，防止因酵母菌活化时体积变大而导致活化液溢出 4、步骤：取1g干酵母，放入50ml的小烧杯中，加入蒸馏水10ml，用玻璃棒搅拌，
使酵母细胞混合均匀，成糊状，放置1h左右使其活化
酶的活性可能随使用次数增加而下降
√ 5、固定化细胞技术是在固定化酶技术的基础上发展起来的（ ）
四、固定化酵母细胞的发酵
酵母细胞 的活化
海藻酸钠溶液 与酵母菌混合
固定化 酵母细胞
冲洗
用蒸馏水洗去凝胶珠表面多余的CaCl2溶液。以免对实验造成影响。
四、固定化酵母细胞的发酵
酵母细胞 的活化
海藻酸钠溶液 与酵母菌混合
【拓展】糖尿试纸
1、含义：尿糖患者用来检查自己尿糖情况的专用试纸。
2、制作原理：根据葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化作用 下形成葡萄糖酸和过氧化氢，过氧化氢在过氧化氢酶的 催化作用下形成水和原子氧，以及原子氧可以将某种无色的化合物氧化成有色的化合物。
3、制作方法：将上述两种酶和无色化合物固定在纸条上
【判断】尿糖试纸含有固定化的葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶，可反复使用
浓度过高，流速过快，反应不彻底。
【思考2】该反应柱可以永久使用吗？为什么？
随着使用次数的增多，酶活性会有所下降。 例：某些产物可能会与酶分子结合在一起，导 致酶结构改变，进而影响酶活性。
三、酵母细胞的固定化
酵母细胞 的活化
缺水状海与藻酵态酸母下钠菌，溶混液合微生物处于酵固母休定细眠化胞状态 p50
（2）氯化钙作用：Ca2+ 使海藻酸钠溶液形成不溶于水的海藻酸钙凝胶珠，从而将 酵母细胞包埋在凝胶珠中，达到固定效果。
（3）操作：0.83gCaCl2＋150mL蒸馏水→200mL烧杯→充分溶解备用 防止自来水中各种离子影响实验结果
三、酵母细胞的固定化
酵母细胞 的活化
海藻酸钠溶液 与酵母菌混合
防止因温度过高杀死酵母菌
选修一 第四章 第三节
4.3 酵母细胞的固定化
一、高果糖浆
1、含义：是果糖含量为42%左右的糖浆。
2、作用：作为蔗糖的替代品
3、应用：作为营养性甜味剂运用在碳酸饮料、果 汁饮料、运动饮料、糖浆、果冻等含糖产品中。
4、优点：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， 对人的健康更有益。p49
【变式】糖化酶是一种重要的工业酶制剂，常用于将淀粉水解为葡萄糖。 如图是工业生产中糖化酶的一种固定化方法，图中（ ） A．1表示受体 糖化酶 B．2表示糖化酶 承载物 C．3表示淀粉 底物淀粉 D．4表示承载物 承载物和酶连接的化学键
例：图1表示制备固定化酵母细胞的某一操作步骤。图2是利用固定化酵
【思考1】哪种更适合固定细胞，哪种适合固定酶？
【思考1】哪种更适合固定细胞，而不适合固定酶？ 个大的细胞难以被吸附或结合，宜采用包埋法。 个小的酶容易从包埋材料中漏出，宜采用物理吸附法或化学结合法。 【思考2】以上三种方法哪种操作最简单？ 包埋法
【思考3】你认为将酶固定化后对酶活性有损伤吗？ 有影响，如化学结合法易对酶的活性部位造成影响。 对酶活性影响最小的是包埋法
一、高果糖浆 5、生产原理： 葡萄糖
葡萄糖异构酶 42%～45%转化成果糖
【拓展】酶制剂 1．酶制剂可以改进生产工艺、简化生产过程 2．胞内酶和胞外酶均可用于制成酶制剂 3．酶制品的生产包括酶的生产、提取、分离纯化和固定化等 4．目前大量生产酶制剂都是通过微生物发酵生产的
5、酶制剂的优点：催化效率高、低耗能、低污染
为了使__为__了__使__培__养__液__与__酵__母__菌__充__分__接__触__________________________。
（3）某同学在图1步骤结束后得到图3所示的实验结果，出现此结果的可能原因除了 海藻酸钠与酵母菌混合液浓度影响以外，还可能是 __注__射__器__中__的__混__合__液__推__进__速__度__过__快__（__或__注__射__时。针头离氯化钙溶液距离太近） （4）下列为实验小组某同学制备固定化酵母细胞的过程： ① 使干酵母与蒸馏水混合并搅拌，使酵母菌活化； ② 将图1中的X溶解在蒸馏水中，配成X溶液； ③ 用酒精灯大火连续加热配制海藻酸钠溶液； ④ 向刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入已活化的酵母细胞，充分搅拌并混合均匀； ⑤ 将与酵母混匀的海藻酸钠液滴加到X溶液中。 请你改正其中的两处错误的操作： ③中海藻酸钠溶解应用小火或间断加热
• 将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温， • 加入已活化的酵母细胞，进行充分搅拌，使其混
合均匀（不能出现气泡），再转移至注射器中。
三、酵母细胞的固定化
酵母细胞 的活化
海藻酸钠溶液 与酵母菌混合
固定化 酵母细胞
1、操作： （1）在距液面15—30cm处，以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到配制好的 CaCl2溶液中。
下图1为杨桃干型果酒固定化发酵流程图，图2为用B酵母和复合酵母对固 定化发酵的影响。请回答下列相关问题
让处于休眠状态的酵母菌重新恢复正常的生活状态 （1）酵母菌的活化是指___________________________________；对增 殖后的酵母细胞常采用_包__埋__法____法进行固定化，这是因为 _体__积__大__的__细__胞__难__以__被__吸__附__或__结。合（而包埋不易脱落）
（2）“预处理杨桃汁”过程中使用果胶酶处理可使浑浊果汁变得澄清，其 原因是_果__胶__酶__能__够__将__果__胶__分__解__成__可__溶__性__的__半_乳___糖__醛__酸_____。 （3）根据图2分析，发酵速度较快的是__复__合__酵__母__发__酵_____；在发酵后期， B酵母和复合酵母发酵的速率都变慢，主要原因是 _营__养__物__质__减__少__、__酒__精__浓__度__过__高__________。
① 充足的营养物质，如碳源等 ② 合适的环境条件，如：温度、pH、氧气、渗透压等 【思考9】在包埋法固定某种细胞时，若有杂菌污染，对催化效率有无影响？ 包埋细胞时，应严格进行无菌操作，否则易被杂菌污染影响实验结果。
【小结】固定化技术
二、固定化技术 p50
4、实例：高果糖浆的生产 【思考1】浓度越高越好吗？流速越快越好吗？
（2）将形成的凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30min左右。以形成稳定的结构。
2、注意：用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠（对照）
三、酵母细胞的固定化
3、检验凝胶珠是否合格的办法： 法1：目测法
若凝胶珠颜色过浅、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
合格的凝胶珠应该是淡黄色，圆形或椭圆形。
可直接固定酶，也可固定细胞
二、固定化技术 p50
2、常见载体 （1）特点：不溶于水的多孔材料 （2）例：明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺
二、固定化技术 p50
3、常见方法：物理吸附法、化学结合法、包埋法
通过通过物理吸附 将酶吸附在载体上
利用共价键、离子键将 酶或细胞固定在载体上
将酶或细胞均匀地 包埋在微网格中
固定化 酵母细胞
冲洗
发酵
1、操作： 葡萄糖溶液浓度过高，酵母菌会失水过多而死亡
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
既可作为发酵底物，还能为酵母菌细胞的营养物质。 2、现象：
若进行发酵产生酒精，可以看到产生了很多气泡，同时会闻到酒味。
（1）溶液浓度过高，将很难形成圆形或椭圆形凝胶珠； （2）浓度过低，凝胶珠包埋的酵母细胞数量较少，凝胶珠颜色过浅，呈 白色。
酵母细胞 的活化
海藻酸钠溶液 与酵母菌混合
2、配制氯化钙溶液：
浓度过大，凝胶珠硬度大，易开裂； 浓度过小，不易形成凝胶珠。
（1）浓度要求：物质的量浓度为0.05mol/L
使海藻酸钠聚沉形成凝胶珠
三、酵母细胞的固定化
酵母细胞 的活化
海藻酸钠溶液 与酵母菌混合
1、配制海藻酸钠溶液：
防止海藻酸钠焦糊
操作：小火、间断加热，并不断搅拌
不同浓度海藻酸钠对应实验现象
三、酵母细胞的固定化
酵母细胞 的活化
海藻酸钠溶液 与酵母菌混合
1、配制海藻酸钠溶液： 实验成功的关键步骤 操作：小火、间断加热，并不断搅拌
尿糖试纸不能重复使用，原因是某种无色的化合物与原子氧反应后，形成有色的化合 物，而有色的化合物不能再变为无色的化合物，以及尿糖试纸由于使用后不能将反应
物和酶分开，而不能再次使用
【例】下图所示分别是什么方法在固定酶？
a、将酶吸附在载体表面，属于物理吸附法 b、酶包埋在细微的网格中，属于包埋法 c、酶分子相互结合，属于交联法/化学结合法 d、将酶包埋在以海藻酸钠等为载体的微囊型中，属于包埋法
【思考4】哪种方法固定的酶种类最多？ 包埋法 【思考5】若要催化一系列化学反应，选哪种方法最合适？ 包埋法 【思考6】包埋法固定的酶在细胞内还是细胞外起作用？ 在细胞内 【思考7】若催化的底物是大分子最好不要选哪种方法？为什么？ 不选包埋法，因大分子物质不能或不易进入细胞内（膜的选择透过性） 【思考8】若要使用包埋法，则需控制哪些条件以保证细胞正常生活？
）
√ 2、固定化细胞对酶的活性影响最小（ ） 原因是酶在细胞内受到保护作用，受外界影响较小，维持相关酶的活性，保证了各
种酶在细胞内的化学反应中有效地发挥作用
× 3、固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定的酶都在细胞外起作用（ ）
固定化细胞的酶促反应需在细胞内进行
√ 4、固定化酶和固定化细胞都能反复利用，但酶的活性可能下降（ ）
法2：机械法
若凝胶珠不是圆形或椭圆形，则可 能是：海藻酸钠浓度过高，注射器
用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上
离液面过近，注射器推进过快等。
用手挤压，若凝胶珠不容易破裂，没有液体流出。或在实验桌上用力摔打凝胶珠，
若凝胶珠很容易弹起，则制备成功。
【基础判断】
× 1、用包埋法将果胶酶固定化后，其活性明显增强（
6、酶制剂存在的缺陷p49 ① 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 溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本； ③ 反应后会混在产物中，可能影响产品质量。
① 能固定在不溶于水的载体上 ③又能与产物分离
②能与反应物接触 ④还可以反复利用
二、固定化技术 p50
1、含义：利用物理或化学方法将酶固定在一定空间内的技术。
母细胞进行酒精发酵的示意图。请分析回答：
（1）图1中X溶液为__C_a_C__l2_溶__液______， 其作用是_使__海__藻__酸__钠__与__酵__母__菌__混__合___。
液形成凝胶珠 （2）图1中制备的凝胶珠用 _蒸__馏__水________洗涤后再转移到图2装置中。图2发酵过程中搅拌的目的是
1、操作：干酵母加蒸馏水
2、作用：让处于休眠状态的生物重新恢复正常生活状态，本质是加快新陈代谢
3、注意：选择体积足够大的容器，防止因酵母菌活化时体积变大而导致活化液溢出 4、步骤：取1g干酵母，放入50ml的小烧杯中，加入蒸馏水10ml，用玻璃棒搅拌，
使酵母细胞混合均匀，成糊状，放置1h左右使其活化
酶的活性可能随使用次数增加而下降
√ 5、固定化细胞技术是在固定化酶技术的基础上发展起来的（ ）
四、固定化酵母细胞的发酵
酵母细胞 的活化
海藻酸钠溶液 与酵母菌混合
固定化 酵母细胞
冲洗
用蒸馏水洗去凝胶珠表面多余的CaCl2溶液。以免对实验造成影响。
四、固定化酵母细胞的发酵
酵母细胞 的活化
海藻酸钠溶液 与酵母菌混合
【拓展】糖尿试纸
1、含义：尿糖患者用来检查自己尿糖情况的专用试纸。
2、制作原理：根据葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化作用 下形成葡萄糖酸和过氧化氢，过氧化氢在过氧化氢酶的 催化作用下形成水和原子氧，以及原子氧可以将某种无色的化合物氧化成有色的化合物。
3、制作方法：将上述两种酶和无色化合物固定在纸条上
【判断】尿糖试纸含有固定化的葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶，可反复使用
浓度过高，流速过快，反应不彻底。
【思考2】该反应柱可以永久使用吗？为什么？
随着使用次数的增多，酶活性会有所下降。 例：某些产物可能会与酶分子结合在一起，导 致酶结构改变，进而影响酶活性。
三、酵母细胞的固定化
酵母细胞 的活化
缺水状海与藻酵态酸母下钠菌，溶混液合微生物处于酵固母休定细眠化胞状态 p50
（2）氯化钙作用：Ca2+ 使海藻酸钠溶液形成不溶于水的海藻酸钙凝胶珠，从而将 酵母细胞包埋在凝胶珠中，达到固定效果。
（3）操作：0.83gCaCl2＋150mL蒸馏水→200mL烧杯→充分溶解备用 防止自来水中各种离子影响实验结果
三、酵母细胞的固定化
酵母细胞 的活化
海藻酸钠溶液 与酵母菌混合
防止因温度过高杀死酵母菌
选修一 第四章 第三节
4.3 酵母细胞的固定化
一、高果糖浆
1、含义：是果糖含量为42%左右的糖浆。
2、作用：作为蔗糖的替代品
3、应用：作为营养性甜味剂运用在碳酸饮料、果 汁饮料、运动饮料、糖浆、果冻等含糖产品中。
4、优点：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， 对人的健康更有益。p49
【变式】糖化酶是一种重要的工业酶制剂，常用于将淀粉水解为葡萄糖。 如图是工业生产中糖化酶的一种固定化方法，图中（ ） A．1表示受体 糖化酶 B．2表示糖化酶 承载物 C．3表示淀粉 底物淀粉 D．4表示承载物 承载物和酶连接的化学键
例：图1表示制备固定化酵母细胞的某一操作步骤。图2是利用固定化酵
【思考1】哪种更适合固定细胞，哪种适合固定酶？
【思考1】哪种更适合固定细胞，而不适合固定酶？ 个大的细胞难以被吸附或结合，宜采用包埋法。 个小的酶容易从包埋材料中漏出，宜采用物理吸附法或化学结合法。 【思考2】以上三种方法哪种操作最简单？ 包埋法
【思考3】你认为将酶固定化后对酶活性有损伤吗？ 有影响，如化学结合法易对酶的活性部位造成影响。 对酶活性影响最小的是包埋法
一、高果糖浆 5、生产原理： 葡萄糖
葡萄糖异构酶 42%～45%转化成果糖
【拓展】酶制剂 1．酶制剂可以改进生产工艺、简化生产过程 2．胞内酶和胞外酶均可用于制成酶制剂 3．酶制品的生产包括酶的生产、提取、分离纯化和固定化等 4．目前大量生产酶制剂都是通过微生物发酵生产的
5、酶制剂的优点：催化效率高、低耗能、低污染
为了使__为__了__使__培__养__液__与__酵__母__菌__充__分__接__触__________________________。
（3）某同学在图1步骤结束后得到图3所示的实验结果，出现此结果的可能原因除了 海藻酸钠与酵母菌混合液浓度影响以外，还可能是 __注__射__器__中__的__混__合__液__推__进__速__度__过__快__（__或__注__射__时。针头离氯化钙溶液距离太近） （4）下列为实验小组某同学制备固定化酵母细胞的过程： ① 使干酵母与蒸馏水混合并搅拌，使酵母菌活化； ② 将图1中的X溶解在蒸馏水中，配成X溶液； ③ 用酒精灯大火连续加热配制海藻酸钠溶液； ④ 向刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入已活化的酵母细胞，充分搅拌并混合均匀； ⑤ 将与酵母混匀的海藻酸钠液滴加到X溶液中。 请你改正其中的两处错误的操作： ③中海藻酸钠溶解应用小火或间断加热
• 将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温， • 加入已活化的酵母细胞，进行充分搅拌，使其混
合均匀（不能出现气泡），再转移至注射器中。
三、酵母细胞的固定化
酵母细胞 的活化
海藻酸钠溶液 与酵母菌混合
固定化 酵母细胞
1、操作： （1）在距液面15—30cm处，以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到配制好的 CaCl2溶液中。