4-3酵母细胞的固定化课件高二下学期生物人教版选修一

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固定化酶
指限制或固定于特定空间位置的酶，
具体来说，是指经物理或化学方法处理，
使酶变成不易随水流失即运动受到限制，
而又能发挥催化作用的酶制剂。
水溶性酶
水不溶性载体
固定化技术
水不溶性酶
（固定化酶）
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基础知识
（一）利用固定化酶技术生产高果糖浆的实例
（1）需要酶 葡萄糖异构酶
（2）葡萄糖异构酶的优点
稳定性好、可以持续发挥作用
共价结合法：酶和载体以共价键的形式结合 在一起的方法，这种方法需要酶和载体都具 有氨基、羧基或羟基等官能团。
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酶和细胞的固定方法和特点
固定对象
酶
细胞
适宜固 化学结合法、物
定法
理吸附法
包埋法
特 体积小，固定一 体积大，固定一
点 种酶。
系列酶。
包埋法容易丢失 难以化学结合和
吸附
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2.固定化酶和固定化细胞的联系与区别
微囊化法：将酶溶液或悬浮液包裹在膜内， 膜既可以使酶存在于类似细胞内的环境中， 又阻止酶的脱落或直接与微囊外环境接触。 小分子底物能迅速通过膜与酶作用，产物也 能扩散出来。
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（3）化学结合法
①定义：将酶分子相互结合，或将其结合到 纤维素、琼脂糖，离子交换树脂等载体上的 固定方式。
②种类
交联法：通过双功能试剂，将酶和酶联结成 网状结构的方法。
以恒定的速度缓慢的将注射器中的溶液滴加 到配制好的CaCl2溶液中，将形成的凝胶珠 在CaCl2溶液中浸泡30min左右。
②注意事项
A、可利用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶 珠，用作对照
B、海藻酸钠胶体在CaCl2这种电解质的作 用下，发生聚沉，形成凝胶珠，需稳定
30min左右
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（三）用固定化酵母细胞发酵
在缺水状态下，微生物处于休眠状态。活化 就是让处于( 休眠状)态的微生物重新恢复正 常的生活状态。
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2、配置0.05mol/L的CaCl2溶液
① 过程
称取无水CaCl2 0.83g，放入200ml的烧杯中 ，加入150ml的蒸馏水，使其充分溶解，待 用。
②注意事项
溶解物质要彻底，勿用自来水溶解，以防 自来水中各种离子影响实验结果。
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4、海藻酸钠溶液和酵母细胞混合
① 过程
将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温， 加入以活化的酵母细胞，进行充分搅拌 ，再转移至注射器中。
②注意事项
A、溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至 室温，否则会因温度过高杀死酵母菌
B、搅拌要彻底充分，使两者混合均匀，
以免影响实验结果的观察
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5、固定化酵母细胞
① 过程
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课题成果评价 （一）观察凝胶珠的颜色和形状
如果制作的凝胶珠颜色过浅、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；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形 ，则说明海藻酸钠的浓度偏高，制作失败， 需要再作尝试。
（二）观察发酵的葡萄糖溶液
利用固定的酵母细胞发酵产生酒精，可以看 到产生了很多气泡，同时会闻到酒味
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固定化细胞
固定化技术：将细胞限制或定位于特定空间位 置的方法称为细胞固定化技术。
固定化细胞：被限制或定位于特定空间位置 的细胞称为固定化细胞。
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（二）固定化细胞技术 1.将酶或细胞固定化的方法
包埋法 化学结合法
吸附法
将酶（或细胞）包埋在 细微网格里
将酶（或细胞）相互连 接起来
将酶（或细胞）吸附在
4.3 酵母细胞的固定化
学习内容：
1.说出固定化酶的作用和原理。（重点）
2.尝试制备固定化酵母细胞，并利用固定
化酵母细胞进行酒精发清 酵。（难点）
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酶的应用
优点：催化效率高、低耗能、低污染。
缺点：
如何解决？
1、对环境条件敏感、易失活；
2、难回收、不能再次利用、成本高；
3、反应后，酶混在产物中，影响产品质量。
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3、配制海藻酸钠溶液
① 过程
称取0.7g海藻酸钠，放入50ml小烧杯 中，加入10ml水，用酒精灯加热，边 加热边搅拌，将海藻酸钠调成糊状，直 至完全溶化，用蒸馏水定容至10ml。
②注意事项
加热时要用 小火，或者 到海藻酸钠溶化为止。
间断反加复热几次，直
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海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质 量。如果海藻酸钠浓度过高，将很难形 成凝胶珠；如果浓度过低，形成的凝胶 珠所包埋的酵母细胞的数目少。
载体表面上
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（1）物理吸附法 将酶吸附到固体吸附剂表面的方法，固 体吸附剂多为活性碳、多孔玻璃等。
（2）包埋法
①定义：将酶包裹在多孔的载体中，包埋成 格子型或包埋成微胶囊型。
②载体：明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤 维素和聚丙烯酰胺。
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③种类
凝胶包埋法：将个别酶分子包在高聚物格子 中，可以将块状聚合形成的凝胶切成小块， 也可以直接包埋在珠状聚合物中，这样作可 以使固定化酶机械强度提高10倍，并改进酶 脱落的情况。
（3）在生产中直接使用酶有什么缺点？
酶溶解于葡萄糖溶液后，无法回收， 造成浪费
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固定化酶的反应柱示意图
葡萄糖
上端注入
反应柱
下端流出
果糖
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固定化酶在生产实践中的优点
（1）反应柱能连续使用半年，大大降 低了生产成本。
（2）提高了果糖的产量和质量。
酶既能与反应物接触，又容易与产 物分离，提高产品质量；同时固定在载 体上的酶还可以反复利用，节约成本。
1、将固定化的酵母细胞（凝胶珠）用蒸 馏水冲洗2到3次。
2、将150ml质量分数为10%的葡萄糖溶液 转移到200ml的锥形瓶中，再加入固定好 的酵母细胞，置于25摄氏度下发酵24h。
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注意事项 ①控制好发酵温度，一般是室温25 °C
②发酵时间可视具体情况而定，一般时间稍 长一些，效果明显
③可用不含酵母的凝胶珠做相同的处理，对 照实验结果
用固定化酵母 细胞发酵
冲洗凝胶珠
固定化酵母细胞
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实验操作
（一）方法 1、包埋法固定化细胞 2、海藻酸钠作载体包埋酵母细胞
（二）制备固定化酵母细胞
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1、酵母细胞的活化
① 过程
称取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 。 ②注意事项
联系：应用相同，都能催化某些反应
区别： （1）固定化细胞技术操作容易，成本低， 容易回收； （2）固定化细胞技术对酶活性影响更小； （3）固定化细胞固定的一系列酶；
（4）由于大分子难以通过细胞膜，因此固 定化细胞的应用有一定的限制。
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实验操作
酵母细胞的活化 配制CaCl2溶液 配制海藻酸钠溶液
将海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合