人教版高中生物课件选修一酵母细胞的固定化PPT
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课题3 酵母细胞的固定化
在食品、化工、轻纺、医药等领域大规模使用 酶制剂，说明酶制剂使用有很多优点，你能举 出一些吗？ 酶制剂的优点：催化效率高、低能耗、低污染等。
生产中直接使用酶存在哪些问题？你知道吗？ 酶制剂存在的缺陷：
1、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、溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提 高了生产成本；
3、反应后会混在产物中，可能影响产品质量。
如果你是工程技术人 员，领导要你解决这个 问题，你怎么办？
固定化酶技术
什么是固定化酶？
水溶性酶
水不溶性载体
固定化技术 水不溶性酶 （固定化酶）
一、基础知识
（一）固定化酶的应用实例
阅读P49独立思考和讨论： 1、解决酶应用中存在问题的方法是？ 2、什么是高果糖浆？使用它有何好处？ 3、生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什么？ 这种酶有何特点？ 4、介绍一下反应柱及其优点 5、了解高果糖浆生产过程。 6、这种方法的优点是什么？
二、实验操作——酵母细胞的固定化
1、步骤： （1）酵母细胞的活化： （2）配制CaCl2溶液：
• 是最重要的环节： ➢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
（3）配制海藻酸钠溶液： 细胞的数目少，影响实
意事项：
加热时要用小火， 或者间断加热（目的？）
课堂总结
• 1、酶更适合采用——————固定化，而 细胞多采用——————固定化
• 2、制定固定化酵母细胞的步骤： • 3、海藻酸钠溶液浓度过高——————；
过低，———————— • 4、固定化酶固定的是——种酶，固定化细
胞固定的是——酶
练习:
1、制备固定化酵母细胞的过程中错误的 是（ B ） A、取干酵母，加入蒸馏水，使其活化 B、配制海藻酸钠时，加热用大火，直到 海藻酸钠溶化为止 C、将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温， 加入已活化的酵母细胞 D、将凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30 min 左右
（2）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
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。
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。
1、步骤：
（1）酵母细胞的活化：〖思考1〗活化是指什么？ 方法？
〖思考2〗在活化酵母的过程 中要注意？
1、酵母细胞活化时体积会变大， 所用容器要大一些，防止活化液溢出； 2、选用的干酵母有较强的活性且物种单一；
二、实验操作——酵母细胞的固定化
1、步骤：
（1）酵母细胞的活化： （2）配制CaCl2溶液：
一、基础知识 （一）固定化酶的应用实例 1、固定化酶技术：将酶固定在一定空间内的
技术。（如固定在不溶于 水的载体上）
2、固定化酶技术的优点：
（1）使酶既能与反应物接触，又能与产物 分离； （2）固定在载体上的酶可以被反复利用。
3、高果糖浆是：果糖含量为42%左右的糖浆
思考：果糖的分子式？属于什么糖？使用高果糖 浆的好处？
二、实验操作——酵母细胞的固定化
1、步骤：
（1）酵母细胞的活化：
（2）配制CaCl2溶液：
（3）配制海藻酸钠溶液：
必须将溶化的海藻酸钠
（4）海藻酸钠溶液与 溶液冷却至室温才能与
酵母细胞的混合：
酵母细胞进行混合。
为什么？搅拌的目的？
二、实验操作——酵母细胞的固定化
1、步骤：
（1）酵母细胞的活化： （2）配制CaCl2溶液：
思考：用什么方法对酵母细胞的固定化？
包埋法
包埋法常用哪些载体？
明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸 纤维素、聚丙烯酰胺等
二、实验操作
（一）制备固定化酵母细胞
观看视频思考下列问题：
（1）制备过程包括哪几个步骤？ （2）你认为哪个步骤的操作是最重要 的一环？ （3）各步骤应当分别注意什么问题？
二、实验操作——酵母细胞的固定化
的有机磷农药，与用微生物降解相比，
其作用不需要适宜的（
D）
A、温度
B、PH
C、水分
D、营养
3. 关于固定化酶的叙述不正确的是 ( C )。 A．既能与反应物接触，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
二、实验操作——酵母细胞的固定化
4、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）葡萄糖异构酶的优点： 稳定性好、可以持续发挥作用
（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
5、固定化酶的反应柱示意图
（1）注意反应柱 各部分的名称
（2）反应柱的优点：
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。
物理吸附法是指将酶吸附到固体吸附剂的表面
包埋法
适用于 固定固化定酶化细胞
或者固定化细胞
化学 分别适用哪些方
结合法 法？原适因用？于
固定化酶
物理吸附法
(阅读P50，思考回答)
1．从操作角度来考虑，你认为固定化酶技术与
固哪定一化种细方胞法技对术酶哪 活一 性种 的方 影法 响更 更容 小易 ？？固定化细胞 固定化细胞
•难回收，成本高
•酶混在产物中影 响产品质量。
不利于催 化一系列 的酶促反 应
反应物尤其 是大分子不 易与酶接近， 反应效果下 降等
2、下列关于酶和细胞的固定叙述 不正确的是( A)。 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．细胞个大，难被吸附或结合 D．细胞易采用包埋法固定
3、固定化细胞对酶的活性影响最小， 根本原因是( )。D A．避免了细胞破碎、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．促化反应结束后，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
(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；
4、固定化酶和固定化细胞常用的载体材料 明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素 和聚丙烯酰胺等，
其共同的特点是不溶于水的多孔性载体
规律总结：
酶的种类：一种
• 固定化酶
所需条件：适宜的温度，PH值 酶的种类：多种 固定化细胞
二、实验操作： （二）用固定化酵母进行发酵
〖思考〗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〗锥形瓶中的气泡和酒精是怎样形成的？
酵母菌进行无氧呼吸产生的
〖思考〗在利用固定化酶或固定化细胞进行工业生
产的过程中，需要无菌操作吗？ 需要
这一阶段成功与否呢？怎样评价？
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。
在生产实际中使用固定化酶技 术有无不足?如有不足,怎么办?
有。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。
可采用固定化细胞技术
（包埋二法）是指固将定微生化物酶的技细胞术均和匀包固埋定在不化溶细于胞水的技多术孔性
载体中
化1学、结合概法念是：指将利酶用分子物或理细或胞相化互学结合方或法将其将结酶合 到或载体细上胞固定在一定空间的技术。
（3）配制海藻酸钠溶液：
（4）海藻酸钠溶液与 酵母细胞的混合：
（5）固定化酵母细胞：
CaCl2溶液的作用？
使胶体聚沉。 所形成的凝胶珠在CaCl2溶 液中浸泡的目的？
形成稳定的结构
2、如何判断固定化酵母细胞是否成功？ 观察凝胶珠的颜色和形状
（1）若凝胶珠颜色过浅，说明海藻酸钠的浓 度偏低，固定的酵母细胞数目较少
2．固定化细胞固定的是一种酶还是一系列酶？
固定化细胞固定的是一系列酶
3．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？ 固定化细胞技术
4．如果反应物是大分子物质，又应该选择哪种
方法？ 固定化酶技术
3、固定化酶和固定化细胞的联系与区别
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；
所需条件：适宜的温度，PH值，营养 物质
练习： 1.使用固定化细胞的优点是( )B。 A.能催化大分子物质的水解 B.可催化一系列化学反应 C.与反应物易接近 D.有利于酶在细胞外发挥作用
2、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
得到的磷酸三酯酶固定到尼龙膜上制
成制剂，可以用来降解残留在土壤中
直接使用酶
固定化酶
固定化细胞
酶的种类 一种或多种
一种
一系列
营养物质 催化反应
不需要 一种或多种
不需要 一种
需要 一系列
反应底物 大分子、小分子 大分子、小分子 小分子
优点
催化效率高，低 耗能、低污染等
固定在载体上 的酶可被反复 利用
•成本低，操 作更容易。
•酶活性不易 受到影响
缺点
•对环境条件敏感， 易失活
在食品、化工、轻纺、医药等领域大规模使用 酶制剂，说明酶制剂使用有很多优点，你能举 出一些吗？ 酶制剂的优点：催化效率高、低能耗、低污染等。
生产中直接使用酶存在哪些问题？你知道吗？ 酶制剂存在的缺陷：
1、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、溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提 高了生产成本；
3、反应后会混在产物中，可能影响产品质量。
如果你是工程技术人 员，领导要你解决这个 问题，你怎么办？
固定化酶技术
什么是固定化酶？
水溶性酶
水不溶性载体
固定化技术 水不溶性酶 （固定化酶）
一、基础知识
（一）固定化酶的应用实例
阅读P49独立思考和讨论： 1、解决酶应用中存在问题的方法是？ 2、什么是高果糖浆？使用它有何好处？ 3、生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什么？ 这种酶有何特点？ 4、介绍一下反应柱及其优点 5、了解高果糖浆生产过程。 6、这种方法的优点是什么？
二、实验操作——酵母细胞的固定化
1、步骤： （1）酵母细胞的活化： （2）配制CaCl2溶液：
• 是最重要的环节： ➢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
（3）配制海藻酸钠溶液： 细胞的数目少，影响实
意事项：
加热时要用小火， 或者间断加热（目的？）
课堂总结
• 1、酶更适合采用——————固定化，而 细胞多采用——————固定化
• 2、制定固定化酵母细胞的步骤： • 3、海藻酸钠溶液浓度过高——————；
过低，———————— • 4、固定化酶固定的是——种酶，固定化细
胞固定的是——酶
练习:
1、制备固定化酵母细胞的过程中错误的 是（ B ） A、取干酵母，加入蒸馏水，使其活化 B、配制海藻酸钠时，加热用大火，直到 海藻酸钠溶化为止 C、将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温， 加入已活化的酵母细胞 D、将凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30 min 左右
（2）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
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。
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。
1、步骤：
（1）酵母细胞的活化：〖思考1〗活化是指什么？ 方法？
〖思考2〗在活化酵母的过程 中要注意？
1、酵母细胞活化时体积会变大， 所用容器要大一些，防止活化液溢出； 2、选用的干酵母有较强的活性且物种单一；
二、实验操作——酵母细胞的固定化
1、步骤：
（1）酵母细胞的活化： （2）配制CaCl2溶液：
一、基础知识 （一）固定化酶的应用实例 1、固定化酶技术：将酶固定在一定空间内的
技术。（如固定在不溶于 水的载体上）
2、固定化酶技术的优点：
（1）使酶既能与反应物接触，又能与产物 分离； （2）固定在载体上的酶可以被反复利用。
3、高果糖浆是：果糖含量为42%左右的糖浆
思考：果糖的分子式？属于什么糖？使用高果糖 浆的好处？
二、实验操作——酵母细胞的固定化
1、步骤：
（1）酵母细胞的活化：
（2）配制CaCl2溶液：
（3）配制海藻酸钠溶液：
必须将溶化的海藻酸钠
（4）海藻酸钠溶液与 溶液冷却至室温才能与
酵母细胞的混合：
酵母细胞进行混合。
为什么？搅拌的目的？
二、实验操作——酵母细胞的固定化
1、步骤：
（1）酵母细胞的活化： （2）配制CaCl2溶液：
思考：用什么方法对酵母细胞的固定化？
包埋法
包埋法常用哪些载体？
明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸 纤维素、聚丙烯酰胺等
二、实验操作
（一）制备固定化酵母细胞
观看视频思考下列问题：
（1）制备过程包括哪几个步骤？ （2）你认为哪个步骤的操作是最重要 的一环？ （3）各步骤应当分别注意什么问题？
二、实验操作——酵母细胞的固定化
的有机磷农药，与用微生物降解相比，
其作用不需要适宜的（
D）
A、温度
B、PH
C、水分
D、营养
3. 关于固定化酶的叙述不正确的是 ( C )。 A．既能与反应物接触，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
二、实验操作——酵母细胞的固定化
4、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）葡萄糖异构酶的优点： 稳定性好、可以持续发挥作用
（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
5、固定化酶的反应柱示意图
（1）注意反应柱 各部分的名称
（2）反应柱的优点：
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。
物理吸附法是指将酶吸附到固体吸附剂的表面
包埋法
适用于 固定固化定酶化细胞
或者固定化细胞
化学 分别适用哪些方
结合法 法？原适因用？于
固定化酶
物理吸附法
(阅读P50，思考回答)
1．从操作角度来考虑，你认为固定化酶技术与
固哪定一化种细方胞法技对术酶哪 活一 性种 的方 影法 响更 更容 小易 ？？固定化细胞 固定化细胞
•难回收，成本高
•酶混在产物中影 响产品质量。
不利于催 化一系列 的酶促反 应
反应物尤其 是大分子不 易与酶接近， 反应效果下 降等
2、下列关于酶和细胞的固定叙述 不正确的是( A)。 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．细胞个大，难被吸附或结合 D．细胞易采用包埋法固定
3、固定化细胞对酶的活性影响最小， 根本原因是( )。D A．避免了细胞破碎、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．促化反应结束后，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
(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；
4、固定化酶和固定化细胞常用的载体材料 明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素 和聚丙烯酰胺等，
其共同的特点是不溶于水的多孔性载体
规律总结：
酶的种类：一种
• 固定化酶
所需条件：适宜的温度，PH值 酶的种类：多种 固定化细胞
二、实验操作： （二）用固定化酵母进行发酵
〖思考〗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〗锥形瓶中的气泡和酒精是怎样形成的？
酵母菌进行无氧呼吸产生的
〖思考〗在利用固定化酶或固定化细胞进行工业生
产的过程中，需要无菌操作吗？ 需要
这一阶段成功与否呢？怎样评价？
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。
在生产实际中使用固定化酶技 术有无不足?如有不足,怎么办?
有。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。
可采用固定化细胞技术
（包埋二法）是指固将定微生化物酶的技细胞术均和匀包固埋定在不化溶细于胞水的技多术孔性
载体中
化1学、结合概法念是：指将利酶用分子物或理细或胞相化互学结合方或法将其将结酶合 到或载体细上胞固定在一定空间的技术。
（3）配制海藻酸钠溶液：
（4）海藻酸钠溶液与 酵母细胞的混合：
（5）固定化酵母细胞：
CaCl2溶液的作用？
使胶体聚沉。 所形成的凝胶珠在CaCl2溶 液中浸泡的目的？
形成稳定的结构
2、如何判断固定化酵母细胞是否成功？ 观察凝胶珠的颜色和形状
（1）若凝胶珠颜色过浅，说明海藻酸钠的浓 度偏低，固定的酵母细胞数目较少
2．固定化细胞固定的是一种酶还是一系列酶？
固定化细胞固定的是一系列酶
3．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？ 固定化细胞技术
4．如果反应物是大分子物质，又应该选择哪种
方法？ 固定化酶技术
3、固定化酶和固定化细胞的联系与区别
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；
所需条件：适宜的温度，PH值，营养 物质
练习： 1.使用固定化细胞的优点是( )B。 A.能催化大分子物质的水解 B.可催化一系列化学反应 C.与反应物易接近 D.有利于酶在细胞外发挥作用
2、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
得到的磷酸三酯酶固定到尼龙膜上制
成制剂，可以用来降解残留在土壤中
直接使用酶
固定化酶
固定化细胞
酶的种类 一种或多种
一种
一系列
营养物质 催化反应
不需要 一种或多种
不需要 一种
需要 一系列
反应底物 大分子、小分子 大分子、小分子 小分子
优点
催化效率高，低 耗能、低污染等
固定在载体上 的酶可被反复 利用
•成本低，操 作更容易。
•酶活性不易 受到影响
缺点
•对环境条件敏感， 易失活