酵母细胞的固定化(原创,上课用)

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分析：
1、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。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。
√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。
（二）观察发酵的葡萄糖溶液（P51） 利用固定的酵母细胞发酵产生酒精，若产生了很 多气泡，同时有酒味，则说明发酵成功 思考 1、酵母菌发酵过程中锥形瓶为什么要密封？ 酵母菌的酒精发酵是无氧呼吸需要缺 氧条件。 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
本 节 结 束
请 完 成 导 学 案
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）固定化酶缺点：
一种酶只能催化一种化学反应，不能催化一系列 的酶促反应。
（5）解决方案：
固定化细胞技术
（二）固定化细胞技术（P50） 1.含义： 2.操作示意图：
反应物
利用化学或物理方法将细胞固定在一定空 间内的技术。
4.固定化细胞缺点：
固定的细胞与反应物不易接近，可能导致反应效果下降； 且不适用催化大分子反应。
但固定化细胞技术相对较为完善。
5.酶和细胞固定化方法
①包埋法
②物理吸附法
③化学结合法
5.酶和细胞固定化方法（图4-6）
将酶（或细胞）包埋在细微网格里 包埋法： 用于固定化细胞。因为细胞体积大，难以被吸 附或结合 将酶（或细胞）相互结合，或将其 结合到载体上。
4、海藻酸钠溶液和酵母细胞混合
以免温度过高杀死酵母菌
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？
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。
（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溶液的作用？ 使胶体聚沉，凝胶珠形成稳定的结构。
课题3
酵母细胞的固定化
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一、课题背景
请同学们阅读课题背景并思考： 1、在应用中直接使用酶制剂缺点是什么？ ①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。
催化效率高、低耗能、低污染。 酶制剂优点： 2、固定化酶技术优点是什么？ 既能与反应物接触，又能与产物分离；反复利用
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。 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。
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合 格
洗去凝胶珠表面多余的 （二）用固定化酵母细胞发酵 CaCl2溶液，以免影响实 验。 ①将固定化酵母细胞（凝胶珠）用蒸馏水冲洗2－3次。 既作为发酵反应物，也为酵母菌提供营养 。 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，密封 后置于25°C下发酵24h 〖思考〗 1、为什么要用蒸馏水冲洗凝胶珠？ 〖思酶。因为酶分子很小，用包 埋法酶容易从包埋材料中漏出 物理吸附法 将酶（或细胞）吸附在载体表面上
〖思考1〗哪一种方法更容易？ 包埋法固定化细胞 〖思考2〗哪一种方法对酶的活性影响更小？ 物理吸附法。 〖思考3〗固定化细胞固定一种酶还是多种酶？ 多种酶 〖思考4〗将微生物的发酵过程变为连续的酶 反应，应当固定酶还是细胞？
思考：1.固定化细胞含有一 种酶还是多种酶？ 多种酶。可以催化一系列 的酶促反应
固定化细 胞
2.是否适用催化反应物是大 分子的反应？ 不适用。因为大分子物质难 以自由通过细胞膜进入细胞
产物 固定化细胞反应柱示意图
（二）固定化细胞技术（P50） 3.优点：成本低、操作容易；对酶活性影响更小，
可以催化一系列的酶促反应，易回收。
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）制备固定化酵母细胞 1、酵母细胞的活化：
1g干酵母＋10mL蒸馏水→50mL烧杯→搅拌均匀→放 置1h，使之活化。 〖思考〗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。
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四、结果分析与评价
（一）观察凝胶珠的颜色和形状（P51）
（1）若凝胶珠颜色过浅、呈白色： 说明海藻酸钠浓度偏低，固定的细胞数目较少； （2）若凝胶珠不是圆形或椭圆形： 说明海藻酸钠浓度偏高。
二者都说明制作失败，需要再作尝试。
分 析
检验凝胶珠的质量是否合格，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。 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
酵母细胞活化时体积会变大，活化前选择体积足够 大的容器，避免酵母细胞的活化液溢出容器外。
2、配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液： 不用自来水，防止自来水中各种离子 影响实验结果 〖思考〗为什么要用蒸馏水配制，而不用自来水？
0.83gCaCl2＋150mL蒸馏水→200mL烧杯→溶解备用。
3、固定化细胞优点是什么？ 成本低，操作容易；对酶活性影响更小，可以催 化一系列酶促反应，易回收
一、基础知识 （一）固定化酶的应用实例
1.利用固定化酶技术生产高果糖浆的实例 （1）高果糖浆的生产需要 葡萄糖异构 葡萄糖异构酶 葡萄糖 果糖 再思考：果糖属于什么糖? 酶
果糖是一种：单糖
单糖分子式：C6H12O6 稳定性好、可以持续发挥作用 （2）葡萄糖异构酶的优点：
溶解物质要彻底。
3、配制海藻酸钠溶液 0.7g海藻酸钠＋10mL水→50mL烧杯→酒精灯 小火加热（或间断加热），并不断搅拌，使之溶 化→蒸馏水定容到10mL。
防止海藻酸钠发生焦糊。 〖思考〗为什么要用小火或间断加热，并不断搅拌？
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
（3）直接使用酶的缺点： 无法回收，造成浪费
（3）改进： 固定化酶技术（将酶固定在一种颗粒状载体上）
（4）固定化酶反应柱示意图
（5）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 品质。
反应物
产物
2、固定化酶 利用化学或物理方法酶固定在不 （1）固定化酶含 溶于水的载体上。 义： 利用固定化酶技术生产“高果糖浆”。 （2）实例： （3）优点：
固定化细胞
〖思考5〗如果反应物是大分子，应当固定酶 还是细胞？ 固定化酶
6.包埋法固定细胞
√ 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。
√ 包埋时常用的载体包括： 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。