课题3 酵母细胞的固定化
酵母细胞的固定化ppt课件
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海藻酸钠
Ca2+
海藻酸钙
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图9 海藻酸钠中加入酵母菌液
图10 混合均匀的海藻酸钠和酵母菌液
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先匀速推，即将滴落时暂停
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固定化酵母细胞凝胶珠
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凝胶珠弹性测试
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几组凝胶珠对比
低浓度海藻酸钠凝胶珠
高浓度海藻酸钠凝胶珠
（左1g/100mL和右2g/100mL） （3.5g/100mL即教材浓度和2g/100mL）
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思考 20 、结合专题 2 的无菌操作技术，想一想如果要求制作反复使用的固定化 酵母细胞，应该在实验过程中注意哪些问题？
分析：如果希望反复使用固定化酵母细胞，就需要避免 其他微生物的污染 。 在工业生产中，细胞的固定化是在严格 无菌 的条件下进行的。例如，配置好的 CaCl2溶液、溶化后的海藻酸钠溶液、葡萄糖溶液都需要经过 高压蒸汽灭菌 处 理；制备好的凝胶珠用 无菌 水冲洗等。
专题3 酵母细胞的固定化
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一、为什么要固定化酶 思考1、细胞中的酶，有的是游离的，也有的附着在生物膜上。有序排列在生物
膜上的一系列酶可以催化连续的化学反应，这有什么好处？ 分析：使生命活动更为 有序 和 高效 。 思考2、应用酶的过程中，人们发现了一些实际问题，例如：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 ；溶液中的酶很难回收，不 能被 再次利用 ，提高了生产成本；反应后酶会混在 产物 中，可能影响产品 质量。
结构，使酵母菌更易固定。
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思考14、本实验中，海藻酸钠的浓度对凝胶珠的形态和颜色有哪此影响？
分析：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
课题3 酵母细胞的固定化
课题3酵母细胞的固定化课题背景如今，酶已经大规模地应用于食品、化工、轻纺、医药等各个领域。
在应用酶的过程中，人们发现了一些实际问题：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；溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本：反应后酶会混在产物中，可能影响产品质量。
于是，有人设想，将酶固定在不溶于水的载体上，使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。
现代的固定化酶技术已完全实现了这一设想。
高果糖浆的生产就是固定化酶技术成功地应用于工业生产的实例。
酶是由细胞合成的，于是，又有人设想，能否将合成酶的细胞直接固定？自20世纪70年代，在固定化酶技术的基础上，又发展出了细胞固定化技术。
与固定化酶技术相比，固定化细胞制备的成本更低，操作更容易。
在本课题中，我们将动手制备固定化酵母细胞，体会固定化酶的作用。
（一）固定化酶的应用实例我们以高果糖浆的生产为例来了解固定化酶技术在生产实践中的应用。
高果糖浆的生产需要使用葡萄糖异构酶，它能将葡萄糖转化成果糖。
这种酶的稳定性好，可以持续发挥作用。
但是，酶溶解于葡萄糖溶液后，就无法从糖浆中回收，造成很大的浪费。
使用固定化酶技术，将这种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（图4-5），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，而反应溶液却可以自由出入。
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。
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。
目前，用固定化葡萄糖异构酶生产高果糖浆的规模已经超过了每年1000万吨。
高果糖浆是指果糖含量为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，对人类的健康更有益。
（二）固定化细胞技术固定化酶和固定化细胞技术是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括包埋法、化学结合法（将酶分子或细胞相互结合，或将其结合到载体上）和物理吸附法（图4-6）。
高中生物酵母细胞的固定化 (3)
↓ 冲洗：将固定好的酵母细胞(凝胶珠)用蒸馏水冲洗 2～3 次
↓ 发酵：将 150 mL 质量分数为 10%的葡萄糖溶液转移至 200 mL 的锥形瓶中，加入固定好的酵母细胞，25 ℃下发酵 24 h
3．用包埋法固定化细胞是将微生物细胞均匀地包埋于 不溶于水的多孔性载体 中，常用的包埋载体有
明胶 、 琼脂糖 、 海藻酸钠 、 醋酸纤维素 和 聚丙烯酰胺 等。 4．固定化酶的应用实例——高果糖浆的生产 固定化酶技术已经应用于高果糖浆的生产中，生产 高果糖浆所需要的酶是 葡萄糖异构酶 ，所使用的反 应柱上的孔应满足 酶颗粒 不能通过筛板上的小孔， 而 反应溶液却可以自由出入。
(3)影响实验成败的关键步骤是________________。 (4)海藻酸钠溶化过程的注意事项是______________。 (5)如果海藻酸钠浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞 数目_____。如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形 ，说明 ______。 (6)该实验中CaCl2溶液的作用是__________。
解析 (1)酵母细胞在缺水的状态下休眠。活化是加入水使酵 母菌恢复到生活状态。酵母细胞活化后体积会增大。(2)固定 化酶常用化学结合法和物理吸附法固定化。(3)实验的关键是 配制海藻酸钠溶液，得到凝胶珠。(4)海藻酸钠溶化过程要小 火加热(小火间断加热)不断搅拌，使海藻酸钠完全溶化，又 不会焦糊。(5)海藻酸钠浓度过低，包埋的酵母菌就过少；海 藻酸钠浓度过高，不易与酵母菌混合均匀。(6)氯化钙能使海 藻酸钠形成聚沉。
反应物不易 与酶接近， 尤其是大分 子物质，反 应效率下降
高三生物《专题4课题3酵母细胞的固定化》
四、固定化酵母细胞
（一）制备固定化酵母细胞
1. 酵母细胞的活化
（1）什么是活化？ 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）怎样活化？
四、固定化酵母细胞
（一）制备固定化酵母细胞
1. 酵母细胞的活化
（1）什么是活化？ 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）怎样活化？
2.将酶或细胞固定化的方法
包埋法
化学结合法
物理吸附法
三、固定化细胞技术 3. 酶和细胞固定方法的选择
三、固定化细胞技术 3. 酶和细胞固定方法的选择 （1）方法
三、固定化细胞技术
3. 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
三、固定化细胞技术
3. 酶和细胞固定方法的选择 （1）方法
（二）用固定化细胞发酵
1. 冲洗：将固定的酵母细胞凝胶珠用蒸馏水冲洗 2～3次。
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。
四、固定化酵母细胞
（二）用固定化细胞发酵
1. 冲洗：将固定的酵母细胞凝胶珠用蒸馏水冲洗 2～3次。
3. 固定化酶技术的优点：
使酶既能与反应物接触，又能与产物分离；固定 在载体上的酶可以被反复利用。
4. 固定化酶技术的缺点：
一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实际中 很多产物的形成都通过一系列的酶促反应才能进 行，所以操作比较麻烦。
三、固定化细胞技术 1. 概念：
三、固定化细胞技术 1. 概念：
（2）原因
①细胞个大，酶分子很小
酵母细胞的固定化
可多次使用、便于产物分离、提高产品质量。
增加 2.0mol.L-1
凝胶珠机械强度过大，通透性降低，影响糖进入颗粒内部。
小火或间断加热 冷却至室温 酵母细胞从颗粒中漏出
定在一定空间的技术。
四、固定化技术常用的方法
包埋法、化学结合法、物理吸附法
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 接起来或结合到载体上
将酶（或细胞）吸附在 载体表面上
五、固定化酶技术
1、概念:固定化酶是利用物理或化学方法将酶固 定在一定载体内的技术,多采用 化学结合或物理 吸附法固定化。
课题3 酵母细胞的固定化
一、酶应用存在的问题
1、酶易受外界条件的影响而失活。
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、反应后酶会混在产物中，可能会影响产 品质量。
二、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 酶 （2）葡萄糖异构酶的固定
3、细胞固定化的条件：无菌条件、适宜温度
4、优点： 成本更低，操作更容易
5、实验操作 （1）制备固定化酵母细胞
①酵母细胞的活化。 ②配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2 溶液。 ③配制海藻酸钠溶液。 ④海藻酸钠溶液与酵母细胞混合。 ⑤固定化酵母细胞。
（2）用固定化酵母细胞发酵
①将固定好的酵母细胞用蒸馏水冲洗2—3次。
2、优点:与一般酶制剂相比,固定化酶既能与反应 物接触，又能与 产物 分离,同时还可以被 反复利 用。
专题4 课题3 酵母细胞的固定化
课题3 酵母细胞的固定化学习目标：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酵。
(难点)1．固定化酶的应用实例——生产高果糖浆 (1)反应原理：葡萄糖――――――――→葡萄糖异构酶果糖。
(2)生产原理：将葡萄糖异构酶固定在颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装入反应柱中，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，而反应溶液可以自由出入。
(3)生产操作：①将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入。
②使葡萄糖溶液流过反应柱，与固定化葡萄糖异构酶接触。
③转化成的果糖，从反应柱的下端流出。
(4)固定化酶的优点：酶既能与反应物接触，又能与产物分离，还可以被反复利用。
2．固定化酶和固定化细胞技术(1)概念：利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术。
(2)常用方法[连线]：①－c－Ⅰ②－b－Ⅰ③－a－Ⅱ(3)载体：包埋法固定化细胞常用的是不溶于水的多孔性载体，如明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。
3．固定化酵母细胞的实验操作配制CaCl2溶液海藻酸钠溶液与酵母细胞混合↓固定化酵母细胞(1)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。
(2)配制海藻酸钠溶液时，要使用小火或者间断加热，反复几次，直到海藻酸钠溶化为止。
(3)溶化好的海藻酸钠溶液要先冷却至室温，再加入已活化的酵母细胞。
(4)在CaCl2溶液中形成的凝胶珠需在CaCl2溶液中浸泡30 min左右。
1．判断对错(1)从酶的固定方式看，吸附法比化学结合法对酶活性影响小。
()(2)作为消化酶使用时，蛋白酶制剂以口服方式给药。
()(3)尿糖试纸含有固定化的葡萄糖酶和过氧化氢酶，可以反复使用。
()(4)将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去CaCl2和杂菌。
()提示：(1)√(2)√(3)×尿糖试纸是一种酶试纸，是将葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶和某种无色化合物固定在纸条上，制成测试尿糖含量的酶试纸，这种酶试纸与尿液相遇时，很快会因为尿液中葡萄糖含量的多少而呈现一定的颜色，再次使用时颜色会有掩盖作用，所以不能反复利用。
酵母细胞的固定化(公开课)
酵母细胞的固定化(公开课)酵母细胞的固定化(公开课)介绍酵母是一种常见的微生物，被广泛应用于食品工业、酿酒工业和生物技术等领域。
酵母细胞的固定化是指将酵母细胞固定在一定的载体上，以便于对其进行分离和重复利用。
固定化技术可以有效提高酵母细胞的稳定性和生产效率，具有重要的实际应用价值。
1. 酵母细胞固定化的原理酵母细胞固定化的原理是利用一定的载体材料将细胞固定在固定床内，形成“细胞载体复合物”。
载体材料通常选择具有良好的稳定性和生物相容性的材料，如多孔陶瓷、海藻酸钙和高分子材料等。
载体表面的孔隙结构提供了良好的生长环境和微观结构，有利于细胞的附着和生长。
2. 酵母细胞固定化的优势相比于游离状态下的酵母细胞，固定化酵母细胞具有以下优势：- 稳定性提高：固定化酵母细胞不易受到环境条件的影响，能够在不同的温度、pH值和抑制物浓度下保持较高的活性。
- 操作简便：固定化酵母细胞可以灵活地进行操作和控制，方便分离和回收，减少了生产过程中的工艺复杂性。
- 循环利用：固定化酵母细胞能够重复利用，提高了酵母细胞的利用率和产能，减少了资源的浪费。
3. 酵母细胞固定化的应用酵母细胞固定化技术在食品工业、酿酒工业和生物技术等领域有着广泛的应用。
3.1 食品工业酵母细胞固定化在食品工业中常被用于发酵产品的生产，如面包、酸奶和啤酒等。
固定化酵母细胞能够提高发酵效率和产品品质，同时还能够减少生产过程中的能耗和废水排放。
3.2 酿酒工业在酿酒工业中，固定化酵母细胞能够提高酿酒过程中的稳定性和酒品质量。
固定化酵母细胞还可以在高温和高浓度的条件下继续进行发酵，从而减少了生产时间和成本。
3.3 生物技术在生物技术领域，固定化酵母细胞常被用于生产生物活性物质，如药物、酶和蛋白质等。
固定化酵母细胞能够提高生产效率和纯度，并且易于回收和再利用，有利于大规模生产。
4. 酵母细胞固定化的方法酵母细胞固定化的方法多种多样，常见的方法包括胶包固定化、吸附固定化、凝胶固定化和共价固定化等。
课题3 酵母细胞的固定化
2．配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液 配制物质的量浓度为0.05mol/L的 0.05mol/L
思考： 、配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液有什 思考：2、配制物质的量浓度为 的 么作用？ 么作用？
3．配制海藻酸钠溶液 ． 思考： 配制的海藻酸钠溶液具体作用是什么？ 思考：①配制的海藻酸钠溶液具体作用是什么？ 包埋酶或细胞 ②在加热的过程中，为什么要用小火，或者间断加热？ 在加热的过程中，为什么要用小火，或者间断加热？ 防止焦糊 4．海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 ． 5．固定化酵母细胞 ． 思考： 为什么刚形成的凝胶珠要在 思考：①为什么刚形成的凝胶珠要在CaCl2溶液中 溶液中 浸泡30min左右？ 左右？ 浸泡 左右 形成稳定的凝胶珠 ②如何检验凝胶珠的质量是否合格？ 如何检验凝胶珠的质量是否合格？
四．实验操作结果分析与评价
1．观察凝胶珠的颜色和形状问题思考： ．观察凝胶珠的颜色和形状问题思考： 如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，则说明什么？ ①如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，则说明什么？ 如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明什么？ ②如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明什么？ 如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色， 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； 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， 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。 制作失败，需要再作尝试。 2．观察发酵的葡萄糖溶液 ． 问题思考：当观察到哪些现象时，可说明实验获得成功？ 问题思考：当观察到哪些现象时，可说明实验获得成功？ 为什么？ 为什么？ 利用固定的酵母细胞发酵产生酒精， 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。 很多气泡，同时会闻到酒味。
课题3酵母细胞的固定化
课题3酵母细胞的固定化1．酶能加快化学反应速率，但溶液中的酶难以回收，不能利用。
要想既降低生产成本，又不影响产品质量，该如何解决这一问题？2．固定化酶和固定化细胞一般采用什么方法？为什么？3．从操作角度来考虑，你认为固定化酶技术与固定化细胞技术哪一种方法更容易？哪一种方法对酶活性的影响更小？4．固定化细胞固定的是一种酶还是一系列酶？如果想将微生物的发酵过程变成连续的酶反应，应该选择哪种方法？5．如果反应物是大分子物质，又应该采用哪种方法？为什么？[特别提醒](1)固定化细胞使用的都是活细胞，在反应时需要适宜的生存条件。
(2)由于被固定的细胞保证了完整性，酶的环境改变较小，所以对酶活性影响不大。
6、制备固化酵母细胞的步骤有哪些？7．在配制海藻酸钠溶液时，用小火加热并不断搅拌的目的是什么？8．为什么海藻酸钠溶液要冷却后才能加入酵母细胞？9．将凝胶珠在CaCl 2溶液中浸泡30 min 的作用是什么？[例1] 下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是( )A ．固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显B ．在固定化酶的应用中，要控制好pH 、温度和溶解氧C ．利用固定化酶降解水体中有机磷农药，需提供适宜的营养条件D ．利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用只是作为反应底物[例2] ．下列关于固定化酶技术的说法，正确的是( )A ．固定化酶技术就是固定反应物，使酶依附着载体围绕反应物旋转的技术1．固定化酶常采用化学结合法和物理吸附法，而固定化细胞则常采用包埋法。
2．制备固定化酵母细胞的基本步骤是：酵母细胞的活化―→配制CaCl 2溶液―→配制海藻酸钠溶液―→海藻酸钠与酵母细胞混合―→固定化酵母细胞。
3．配制海藻酸钠溶液浓度过高，则难以形成凝胶珠；若浓度过低，则固定的酵母细胞少，影响实验效果。
4．配制海藻酸钠溶液应小火加热或间断加热。
5．固定化酶和固定化细胞技术既实现了对酶的重复利用，降低了成本，又提高了产品质量。
(人教)选修1课件：专题4课题3酵母细胞的固定化(生物)
2．用固定化酵母细胞发酵。 将固定好的酵母细胞(凝胶珠)加入用于发酵的葡萄 糖溶液后，发现有气泡产生，同时有酒味散发。
预习反馈
判断正误： (1)葡萄糖异构酶将葡萄糖转化成果糖。(√) (2)酶分子很小常采用包埋法固定化。(×) (3)包埋法常用的载体是不溶于水的多孔性载体。(√) (4)配制海藻酸钠加热时要用小火，或者间断加热。 (√) (5)将固定好的酵母细胞用盐酸冲洗 2～3 次。(×)
答案：D
要点二 固定化酵母细胞的制备与应用
1．怎样制备固定化酵母细胞？ 2．如何用固定化酵母细胞发酵？
归纳提升
1．固定化酵母细胞的制备 (1)酵母细胞的活化：在缺水的状态下，微生物会处 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。 (2)配制 CaCl2 溶液：0.83 g 无水 CaCl2＋150 mL 蒸 馏水→200 mL 烧杯→溶解备用。
拌，而不应用自来水，因为自来水可能会有杂菌；为避免
海藻酸钠发生焦煳，溶化时要小火或间断加热；
如果将刚溶化好的海藻酸钠与已活化的酵母细胞混 合，有可能会杀死酵母细胞；将与酵母细胞混匀的海藻酸 钠的混合液用注射器缓慢滴加到 CaCl2 溶液中，而不是注 入。
答案：B
酵母细胞的固定化的实验需要注意的事项 (1)选用的干酵母要具有较强的活性，而且物种单一。 (2)酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应选择 体积足够大的容器，防止酵母细胞的活化液溢出。 (3)溶解 CaCl2 时勿用自来水，以免杂质离子影响实 验结果。
(1) 图 中 代 表 酶 的 是 ________ ， 做 出 判 断 的 依 据 是 __________________。
(2)从图①和图②可以反映出酶具有________性，做 出判断的依据是__________________。
《酵母细胞的固定化》课件
酵母细胞固定化的方法
固定化方法：吸附法、包埋法、交联法等 固定化材料：海藻酸钠、壳聚糖、硅胶等 固定化过程：将酵母细胞与固定化材料混合，形成固定化酵母细胞 固定化效果：提高酵母细胞的稳定性和活性，提高发酵效率
酵母细胞固定化的优缺点
优点：提高酵母细胞的活性和稳定性，提高发酵效率 优点：减少酵母细胞的流失，降低生产成本 缺点：固定化过程可能导致酵母细胞活性降低 缺点：固定化过程可能导致酵母细胞代谢产物积累，影响产品质量
背景：随着生物技术的发展，酵母细胞在生物技术中的应用越来越广泛，固定化 技术成为提高酵母细胞生产效率的重要手段 意义：酵母细胞固定化可以提高生产效率，降低生产成本，提高产品质量，具有 重要的应用价值和经济价值。
酵母细胞固定化的意义和应用
提高发酵效率和产品质量
减少污染和浪费，降低生产 成本
提高酵母细胞的活性和稳定 性
固定化细胞培养：将固定化细胞在培养 基中培养
固定化细胞检测：检测固定化细胞的活 性和固定化效果
实验结果分析
固定化酵母细胞活性：观察固定化 酵母细胞的活性，判断固定化效果
固定化酵母细胞稳定性：观察固定 化酵母细胞的稳定性，判断固定化 效果
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固定化酵母细胞产量：分析固定化 酵母细胞的产量，判断固定化效果
● a. 酵母细胞培养：将酵母细胞接种到培养基中，培养至一定浓度 ● b. 固定化载体处理：将固定化载体进行清洗、消毒、干燥等处理 ● c. 固定化操作：将酵母细胞与固定化载体混合，进行固定化操作 ● d. 培养观察：将固定化后的酵母细胞进行培养，观察其生长情况
● 注意事项： a. 操作过程中要保持无菌操作，防止污染 b. 固定化操作时要注意控制温度、湿度等条件 c. 培养观察 时要注意观察酵母细胞的生长情况，及时调整培养条件
高中生物选修一专题四课题三
3．生产操作：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。
二、固定化酶和固定化细胞技术 1．概念：利用 物理 或 化学 方法将酶或细胞固定在一定 空间内的技术。
包埋法：多适于细胞的固定化
2．方法
化物学理结吸合附法法多适于酶的固定化
3．载体：包埋法固定化细胞常用的是 不溶于水的多孔性 载体，如 明胶 、琼脂糖、 海藻酸钠 、醋酸纤维素和聚丙 烯酰胺等。
4．优点 (1)固定化酶既能与 反应物 接触，又能与 产物 分离，可 以反复利用。 (2)固定化细胞技术制备的成本 低 、操作更 容易 。 5．实例：用固定化葡萄糖异构酶生产高果糖浆。
①对环境条件非常
与酶接触，
敏感，易失活
不利于催化一系
尤其是大分
②难回收，成本 列的酶促反应
子物质，反
高，影响产品质量
应效率下降
优点
催化效率 高、耗能 低、低污染
①既能与反应物接 成本低、
触，又能与产物分离 操作容易
②可以反复利用
(1)固定化细胞使用的都是活细胞，应该为其提供一定的营 养物质，而固定化酶不需要。
(4)制作固定化葡萄糖异构酶所用的方式有________或
________。
(5)研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的，
如将从大肠杆菌中得到的三磷酸酯酶固定到尼龙膜上制成制
剂，可用于降解残留在土壤中的有机磷农药，与微生物降解相
比，其作用不需要适宜的( )
A．温度
B．酸碱度 C．水分
D．营养
3．刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，形成 稳定的结构。
4-3 课题3 酵母细胞的固定化
化酶常用化学结合法和物理吸附法固定化。(3)实验的关键是
配制海藻酸钠溶液，得到凝胶珠。(4)海藻酸钠溶化过程要小 火加热(小火间断加热)不断搅拌，使海藻酸钠完全溶化，又 不会焦糊。(5)海藻酸钠浓度过低，包埋的酵母菌就过少；海 藻酸钠浓度过高，不易与酵母菌混合均匀。(6)氯化钙能使海
藻酸钠形成聚沉。
( (2)固定化细胞相当于固定了一系列酶。 ( ) )
(3)生产高果糖浆时所固定的葡萄糖异构酶可以无休止重复使 用下去。 ( )
预习导学
课堂讲义
预习导学
专题4
酶的研究与应用
(4)配制海藻酸钠时，加热要间断加热或用小火加热。 ( )
(5)用固定化细胞进行酒精发酵时，不受温度的影响。
( 答案 (1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)× )
聚丙烯酰胺 等。
4．固定化酶的应用实例——高果糖浆的生产 固定化酶技术已经应用于高果糖浆的生产中，生产 高果糖浆所需要的酶是 葡萄糖异构酶 ，所使用的反
应柱上的孔应满足 酶颗粒 不能通过筛板上的小孔，
而 反应溶液 却可以自由出入。
预习导学 课堂讲义
预习导学
专题4
酶的研究与应用
二、 酵母细胞的固定化技术
预习导学 高中生物 · 选修1· 人教版
专题4
酶的研究与应用
课题3 酵母细胞的固定化
预习导学
课堂讲义
专题4
酶的研究与应用
【目标导航】
1.说出固定化酶和固定化细胞的作用和原理。
2.尝试制作固定化酵母细胞，并利用固定化酵母细胞进行酒
精发酵。
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专题4
酶的研究与应用
一、 固定化酶和固定化细胞技术 1．固定化酶和固定化细胞技术是利用 物理和 化学方
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2．固定化实验中的有关问题
【巩固2】 酵母细胞固定化的实验中，下列实验 操作与目的不相符的是
A．干酵母加入蒸馏水搅拌均匀后，放置一段 时间，使酵母细胞活化 B．采用小火间断加热的方法，防止海藻酸钠 发生焦糊 C．将活化的酵母细胞加入海藻酸钠溶液，轻 轻搅拌，以免产生气泡 D．用注射器滴加溶液时要接近CaCl2溶液的 液面，防止凝胶珠出现“尾巴”
解析 微生物产生的酶的种类很多，有的存在于细 胞内，有的分泌到细胞外。因此，固定化酶可以固 定胞内酶和胞外酶，固定化细胞只能固定胞内酶。
答案 C
[特别提醒] ①固定化细胞使用的都是活细胞，在反应时
需要适宜的生存条件。
②由于被固定的细胞保证了完整性，酶的环 境改变较小，所以对酶活性影响不大。
1．制备固定化酵母细胞 酵母细胞的活化 向干酵母中加入 蒸馏水 ，使其恢复
(1)操作步骤：将用蒸馏水冲洗过的固定好的酵 母细胞( 凝胶珠 ) 加―― 入→到 用于发酵的 葡萄糖 溶液中。
(2)现象有 有
气泡 酒精味
产生 散发
1．固定化酵母细胞的制备 酵母细胞的活化：1 g干酵母＋10 mL蒸馏水 →50 mL烧杯中，搅拌均匀，放置1 h
↓ 配制0.05 mol/L的CaCl2溶液：无水CaCl20.83 g＋150 mL蒸馏水→200 mL烧杯
↓ 配制海藻酸钠溶液：0.7 g海藻酸钠＋10 mL水 放入50 mL小烧杯→小火加热，完全溶化加蒸 馏水定容至10 mL
↓
海藻酸钠溶液与酵母细胞混合：将海藻酸钠溶液冷却 至室温后加入活化的酵母细胞，充分搅拌使其混合均 匀，转移至注射器中
↓
固定化酵母细胞：以恒定的速度缓慢地将注射器中的 溶液滴加至配制好的CaCl2溶液中，形成凝胶珠，使其 在溶液中浸泡30 min
固定化细胞 一系列
反应底物 各种物质(大分子、 各种物质(大分 小分子物质
小分子)
子、小分子)
优点
催化效率高，低耗 被固定的酶可重 成本低，操作
能、低污染等 复使用
更容易
缺点
①对环境条件非常
反应物不易与
敏感，易失活；② 不利于催化一系 酶接近，尤其
难回收，成本高， 列的酶促反应 是大分子物质，
影响产品质量
直接使用酶、固定化酶和固定化细胞的比较
酶的种类 常用载体
直接 使用酶 一种或
几种
无
固定化酶
固定化细胞
一种
一系列酶
高岭土、皂土、
明胶、琼脂糖、海藻酸 钠、醋酸纤维素、聚丙
硅胶、凝胶
烯酰胺
制作方法
化学结合固定化、
无
物理吸附固定化
包埋法固定化
是否需要
否
否
是
营养物质
催化反应
直接使用酶 单一或多种
固定化酶 单一
可以
反复利。用
(2)固定化细胞技术制备的 成本 低，操作容易。
5．实例
用固定化 葡萄糖异构 酶生产高果糖浆。
1．酶能加快化学反应速率，但溶液中的酶难以回 收，不能利用。要想既降低生产成本，又不影响产品 质量，该如何解决这一问题？
提示：将酶固定于不溶于水的载体上，使酶既能 与反应物接触，又能与反应物分离，还可重复利用。
2．一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践 中很多产物的形成都是通过一系列酶促反应才获得的。 如何解决这一问题？
提示：将合成酶的细胞直接固定。
3．固定化酶和固定化细胞一般采用什 么方法？为什么？
提示：固定化酶常用化学结合法或物理 吸附法。因酶分子小，易从包埋材料中漏出， 故一般不用包埋法进行固定。固定化细胞常 用包埋法，因个大的细胞难以被吸附或结合。
↓ 冲洗：将固定好的酵母细胞(凝胶珠)用蒸馏水冲洗2～3 次
↓ 发酵：将150 mL质量分数为10%的葡萄糖溶液转移至 200 mL的锥形瓶中，加入固定好的酵母细胞，25 ℃下 发酵24 h
实验结果分析与评价 (1)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， 需要再做尝试。
1．概念 利用 物理或化学方法将酶或细胞固定在一定
空间内的技术。
2．方法 (1) 包埋法 ：多适于 细胞 的固定化；
(2)
化学结合法 物理吸附法
多适于
酶 的固定化。
3．载体
包埋法固定化细胞常用的是不溶于水的多孔性
载体材料，如明．优点
(1)固定化酶既能与反应物接触，又能与产物分离，
D
[例1] (2009·江苏高考)下列关于固定化酶和固定化细胞的
叙述，正确的是
()
A．固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显
B．在固定化酶的应用中，要控制好pH、温度和溶解氧
C．利用固定化酶降解水体中有机磷农药，需提供适宜的
营养条件
D．利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用只是作为
反应底物
(2)影响实验成败的关键步骤是__配__制__海__藻___酸__钠溶液
正常生活 状态
配制CaCl2溶液 物质的量浓度为 0.05 mol/L
配制海藻酸钠溶液 加热时要小火 或 间断加热 ，反复几次
海藻酸钠溶液与 酵母细胞混合 向冷却至室温的海藻酸 钠溶液中加入 已活化 的 酵母细胞
固定化酵母细胞 将混合的海藻酸钠溶液与酵母细胞 滴加到配制好的 CaCl2溶液 中
2．用固定化酵母细胞发酵
(3)如果海藻酸钠浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵
母细胞数目___减___少__。
(4)观察形成的凝胶珠的颜色和形状：如果颜色过浅， 说明___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__浓__度__偏__高__，__制__作__失__败___________。 (5)制备固定化酶不宜用包埋法，为什么？
反应效率下降
【 巩 固 1】 固 定 化 酶 和 固 定 化 细 胞 的 主 要 区 别 是 ( )。
A．前者只能固定胞外酶，后者只能固定胞内酶 B．前者只能固定胞内酶，后者只能固定胞外酶 C．前者可以固定胞内酶和胞外酶，后者只可以固定 胞内酶 D．前者只可以固定胞外酶，后者可以固定胞外酶和 胞内酶