酵母细胞的固定化

高二生物选修

酵母细胞的固定化

【学习目标】

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。

【活动方案】

一．了解固定化酶的作用及其在生产中的应用

活动要求：结合教材 P49“固定化酶的应用实例”相关内容，思考并回答下列问题：

1.与一般酶制剂相比，固定化酶的突出优点是___________________ 。

2.右图中③的作用是 __________________________________________ 。

3.关于固定化酶中用到的反应柱 , 理解正确的是

A.反应物和酶均可自由通过反应柱

B.反应物和酶均不能通过反应柱

C.反应物能通过 , 酶不能通过

D.反应物不能通过 , 酶能通过

二．了解固定化酶和固定化细胞的方法

活动要求：阅读课本P50 内容，判断下列说法是否正确：

（ 1）酶的固定方法除了包埋法、化学结合法、和物理吸附法之外，还可以将酶制成固

体酶制剂，如加酶洗衣服中的酶。（）

（2）一般来说，细胞适合采用化学结合和物理吸附法固定，而酶多采用包埋法固定。

（3）使用固定化酶的优点有：既与反应物接触，又能与反应物分离；固定在载体上的

酶可被反复利用。（）

（ 4）使用固定化细胞的优点有可催化一系列化学反应、有利于酶在细胞外发挥作用等。

（ 5）如果反应物是大分子物质，使用固定化细胞的方法催化受限制。（）

（ 6）固定化常用载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。（）三、酵母细胞的固定化

活动要求：观看实验录像，并进行实验分析

一．实验原理

海藻酸钠溶液在遇到钙离子后会形成凝胶珠，从而将酵母细胞包埋在凝胶珠中。

二．实验试剂与仪器

试管、 2mL吸管 2 支、水浴锅、漏斗、海藻酸钠若干克、酵母液、 CaCl2。

三．固定化酵母细胞的制作（按照以下实验操作流程完成实验，并思考问题）

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

酒精发酵冲洗凝胶珠固定化酵母细胞

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（ 1）对酵母细胞活化的试剂和目的是什么？活化过程中应该使用足够大的烧杯，主要

原因是什么？

活化试剂为：。

活化的目的是。

用较大烧杯的原因是：。（ 2） CaCl2溶液的作用是什么?。（ 3）①配制的海藻酸钠溶液具体作用是什么？。

②海藻酸钠完全溶化后，仍要用蒸馏水定容至10ml，目的是什么？

。

③海藻酸钠溶液浓度不能太高也不能太低，太高很难形成凝胶珠，太低形成的凝胶

珠所包埋的酵母细胞的数目，凝胶珠颜色。

④为了避免海藻酸钠焦糊并溢出烧杯，应如何做？。（ 4）将海藻酸钠溶液与酵母细胞混合之前，应特别注意将溶液冷却到室温，目的是：

。（ 5）刚形成的凝胶珠要在CaCl2溶液中浸泡30min 左右，目的是。（ 6）用手挤压凝胶球，发现容易破裂、有液体流出，试分析原因。

_________ 。

（ 7）请同学们分析出现右图（拖尾）现象的可能原因：

________________________________________________________ 。

四．用固定化酵母细胞发酵

1.冲洗：将固定的酵母细胞（凝胶珠）用冲洗2～3次。

2.发酵：150mL10％葡萄糖＋固定化酵母细胞→200mL锥形瓶→（酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件）→25℃发酵 24h。

思考：凝胶珠为什么要先用蒸馏水冲洗2— 3 次？发酵时为什么要将温度控制在25℃？五．课题成果评价：

（ 1）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，固定的酵母细胞数目；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，制作失败，需要再作尝试。

（ 2 ）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，同时会闻到。

★读一读：

检验凝胶珠的质量检查：一是用手挤压一个凝胶珠，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。

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。

【典例分析】

1.下列关于酶和细胞的固定叙述不正确的是

A. 酶分子很小，易采用包埋法

B. 酶分子很小，易采用化学结合或物理吸附法固定的酶

C. 细体积大，难被吸附或结合

D.细胞易采用包埋法固定

2.关于固定化酶的叙述不正确的是

A. 既与反应物接触，又能与反应物分离

B.固定在载体上的酶可被反复利用

C. 可催化一系列反应

D.酶的活性和稳定性受到限制

3.固定化细胞对酶的活性影响最小，根本原因是

A. 避免细胞破碎、酶的提取纯化过程

B. 固定化细胞在多种酶促反应中连续发挥作用

C.催化反应结束后能被吸收和重复利用

D.细胞结构保证了各种酶在细胞内化学反应中有效的发挥作用

4．关于酵母细胞活化的说法，不正确的是

A. 酵母细胞活化就是由无氧呼吸变成有氧呼吸 C.酵母细胞活化所需要的时间较短

B. 活化就是让处于休眠状态的细胞恢复生活状态 D.酵母细胞活化后体积增大

5.对配制海藻酸钠溶液的叙述不正确的是

A. 加热使海藻酸钠溶化是最重要的一环C. 海藻酸钠的浓度过高，易形成凝胶珠

B.海藻酸钠的浓度影响固定化细胞的质量

D. 海藻酸钠的浓度过低，形成凝胶珠内包埋细胞过少

6．下面是某同学所做的生啤酒酿造实验，请根据其实验过程，回答相关的问题：实验原理：利用固定化啤酒酵母分解麦芽汁，生成啤酒。

实验步骤：

第一步：啤酒酵母细胞活化。取一克干酵母，放入50mL的小烧杯中，加蒸馏水10mL，用玻璃棒搅拌均匀，放置一小时，使其活化。ks5u

第二步：配制海藻酸钠溶液。取0.7g 海藻酸钠，放入另一只50mI 的小烧杯中，加蒸

馏水 10mL，并搅拌，直至溶化，用蒸馏水定容至10mL。加热时，注意火候。

第三步：海藻酸钠与啤酒酵母细胞混合。将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入

活化的酵母细胞，充分搅拌均匀。

第四步：用注射器以恒定的速度将上述混合液滴加到0.05mol/LCaCl 2。溶液。制成凝

胶珠。

第五步：倒去CaCl 2溶液，加无菌水洗涤三次后，将凝胶珠放入500mL 三角瓶中，加

入300mL麦芽汁溶液，置于 25℃下封口，发酵五天后，倒出发酵后的麦芽汁即为啤酒，品

尝其口味。

（ 1）啤酒酵母细胞活化的作用是。第二步中注意火候指的是。第三步中为什么要等海

藻酸钠溶液冷却至室温，再加入活化的酵母细胞？。

（ 2）凝胶珠的组成是海藻酸钠与。海藻酸钠的主要作用是。

（ 3）上述固定化细胞的方法称为，形成的凝胶珠颜色为色。

（ 4）与固定化酶相比，该方法的优点是。

（ 5）要想反复使用固定化啤酒酵母细胞，实验过程要在严格的条件下进行。