人教版高二选修一4.3酵母细胞的固定化课件28PPT

二、实验操作
（一）制备固定化酵母细胞
1.酵母细胞的活化：
（1）活化是指什么？ 在缺水状态下，微生物处于休眠状态。活化是指让处于休眠 状态的微生物重新恢复正常生活状态的过程。
（2）活化过程 1g干酵母＋10mL蒸馏水→50mL烧杯→搅拌均匀→放置1h，使之活化。
（3）操作提示 酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应该选择体积足够大的容 器，以避免酵母细胞的活化液溢出容器外。
②体积大的细胞难以被吸附或结合而体积小的酶容易 从包埋的材料中漏出
一、基பைடு நூலகம்知识
（二）固定化细胞技术
包埋法
将酶包埋在细微网格里
化学结合法 将酶与载体相互连接起来
物理吸附法 将酶吸附在载体表面上
一、基础知识
（二）固定化细胞技术
包埋法固定细胞 1.包埋法固定细胞：
即将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中。 2.包埋时常用的载体包括：
洗去凝胶珠表面多余的CaCl2溶液。以免对实验造成影响。 2.葡萄糖在这里有什么用？
既可以作为发酵底物，也作为酵母菌细胞的营养物质。
特别注意：
1.海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质量。
如果浓度过高：
将很难形成凝胶珠。高浓度海藻酸钠只能用粗针头注射， 针头粗也会粘着，难促使形成液滴。且高浓度海藻酸钠不易 形成滴状下落，形成条状，不是圆形或是椭圆形，品相极差， 并且凝胶珠容易破裂。
明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。
海藻酸钠：
一种天然多糖，是由海带中提取的天然多糖碳水化合物， 可作为食用的食品添加剂，也可作为支架材料用于医学用途， 其温和的溶胶凝胶过程、良好的生物相容性使其适于作为释 放或包埋药物。
二、实验操作
（一）制备固定化酵母细胞 （二）用固定化酵母细胞发酵
一、基础知识
（一）固定化酶的应用实例
2.固定化酶技术生产高果糖浆
③生产优点
反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本， 提高了果糖的产量和质量
一、基础知识
（二）固定化细胞技术
酶和细胞固定方法的选择
1.方法 ①酶适合采用化学结合和物理吸附法固定
②细胞适合采用包埋法固定 2.原因
①细胞体积大，酶分子很小
（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
三、结果分析与评价
〖思考〗 1.发酵过程中锥形瓶为什么要密封？
酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。
〖思考〗 2.锥形瓶中的气泡和酒精是怎么形成的？
酵母菌进行无氧呼吸产生的
课后习题
直接使用酶、固定化酶、固定化细胞各有什么优缺点？
二、实验操作
（一）制备固定化酵母细胞
1.酵母细胞的活化：
二、实验操作
（一）制备固定化酵母细胞
2.配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液：
0.83gCaCl2＋150mL蒸馏水→200mL烧杯→溶解备用。
〖思考〗为什么要用蒸馏水，而不用自来水？ 防止自来水中各种离子影响实验结果
二、实验操作
一、基础知识
（一）固定化酶的应用实例
2.固定化酶技术生产高果糖浆
②生产过程
使用固定化酶技术，将葡萄糖异构酶固定 在一种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到 一个反应柱内，柱子底端装上分布着许多小孔 的筛板。酶颗粒无法通过筛板上的小孔，而反 应液却可以自由出入。生产过程中，将葡萄糖 溶液从反应柱的上端注入，使葡萄糖溶液流过 反应柱，与固定化葡萄糖异构酶接触转化成果 糖，从反应柱的下端流出。
专题4 酶的研究与应用
课题3 酵母细胞的固定化
课题背景
阅读课题背景并思考：
1.直接使用酶制剂在应用中有什么优、缺点？如何解 决使用酶制剂时的缺陷？
2.固定化酶技术在应用中有什么优、缺点？如何解决 使用固定化酶技术在应用时的缺陷？
3.固定化细胞在应用中有什么优、缺点？
一、课题背景
1.直接使用酶制剂
果糖，与传统的天然糖之间最大的区别就是升糖指数低，即GI值低， GI(Glycemic Index)是反映食物引起人体血糖升高程度的指标。实验证明， 在同等条件下，如果将食用葡萄糖后所产生的血糖升高指数当作100的话， 那么食用果糖后，人体的血糖升高指数仅为23，甚至有的能低至19，而蔗 糖则高达65。也就是说，食用果糖后人体血糖的升高程度要远远低于其他 传统的天然糖品，也因此，果糖以及相关制品被广泛应用于糖尿病患者与 肝功能不全者的饮食结构中。
一、基础知识
（一）固定化酶的应用实例
1.高果糖浆 ①生产原料
葡萄糖，葡萄糖是由淀粉转化而来 ②生产机理
是以酶法糖化淀粉所得的糖化液，经葡萄糖异构 酶的异构作用，将其中一部分葡萄糖异构成果糖， 由葡萄糖和果糖而组成的一种混合糖糖浆
一、基础知识
③生产流程
含淀粉 α-淀粉酶 的浆液
高果糖浆
糊精 糖化酶 葡萄糖
二、实验操作
（一）制备固定化酵母细胞
4.海藻酸钠溶液和酵母细胞混合
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 〖思考〗为什么要将海藻酸钠冷却至室温？
以免海藻酸钠温度过高杀死酵母菌 操作提示
海藻酸钠溶液必须冷却至室温，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。
（一）制备固定化酵母细胞
3.配制海藻酸钠溶液 →实验成败的关键步骤 0.7g海藻酸钠＋10mL水→50mL烧杯→酒精灯微火（或间断） 加热，并不断搅拌，使之溶化→蒸馏水定容到10mL。
〖思考〗为什么要用小火或间断加热，并不断搅拌？
防止海藻酸钠发生焦糊。 操作提示
加热时要用小火，或者间断加热，并搅拌，反复几次， 直到海藻酸钠溶化为止
二、实验操作
（一）制备固定化酵母细胞
5.固定化酵母细胞
以恒定的速度缓慢的将注射器中的溶液滴加CaCl2溶液中，将形 成的凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30min左右。
〖思考〗 CaCl2溶液有什么作用？ 使胶体聚沉，凝胶珠形成稳定的结构。刚形成的凝胶珠应在 CaCl2溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。
（1）优点
如何解决 这些问题？
催化效率高、低耗能、低污染，大规模地应用于食品、化工等 各个领域
（2）缺点
①天然酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶 剂等条件非常敏感， 容易失活
②溶液中酶很难回收，不能再次利用，提高了生产成本
③反应后，酶会混在产物中，影响产品质量，难以在工业生产中 广泛应用
课题背景
2.固定化酶
（1）含义： 将酶固定在不溶于水的载体上。
（2）实例： 利用固定化酶技术生产“高果糖浆”
（3）优点： 酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时，固定
在载体上的酶还可以被反复利用。
（4）缺点： 一种酶只能催化一种化学反应，而在实际生产中，
很多产物的形成是通过一系列的酶促反应才能得到。
（5）解决方案： 固定化细胞技术
操作提示
滴加注射器中的溶液时，速度一定要恒定且缓慢，以便形成的 凝胶珠呈均匀的圆形或椭圆形。
二、实验操作
（一）制备固定化酵母细胞
5.固定化酵母细胞
二、实验操作
（二）用固定化酵母细胞发酵
①将固定化酵母细胞（凝胶珠）用蒸馏水冲洗2－3次。
②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 〖思考〗 1.为什么要用蒸馏水冲洗凝胶珠？
二是在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶 珠很容易弹起，也能表明制备的凝胶珠是成功的
三、结果分析与评价
（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： 说明海藻酸钠的浓度偏高。 二者都说明制作失败，需要再作尝试。
如果浓度过低：
形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少。因为包埋不 紧密，细胞容易从包埋材料中漏出。且形成的凝胶珠可能带 细丝尾巴。
特别注意：
2.酵母细胞的固定化
刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段 时间，以便形成稳定的结构。检验凝胶珠的质量 是否合格，可以使用下列方法。
一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用 手挤压，如果凝胶珠不容易破裂，没有液体流出， 就表明凝胶珠的制作成功。
比较 优点
直接使用酶 固定化酶 固定化细胞
催化效率高； 低耗能；低 污染
可反复使用； 易与产物分 离；稳定性 能好
可反复使用； 操作简便对 酶活性影响 小
缺点
对环境条件 敏感易失活； 不利于催化 难回收影响 一系列酶促 产品质量 反应
反应物不易 与酶接近尤 其是大分子 物质反应速 率下降
谢谢聆听！
葡萄糖的 葡萄糖 异构化 异构酶
果糖含量 70%～90%
反复多次 葡萄糖再 次异构化
42%～45% 转化成果糖
果糖和葡 萄糖分离 果葡糖浆
一、基础知识
（一）固定化酶的应用实例
2.固定化酶技术生产高果糖浆
①什么是高果糖浆？使用它有何好处？
高果糖浆是果糖含量为42%左右的糖浆。作为蔗糖的替代品，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，对人的健康有利。