酵母细胞的固定化课件.ppt

酵母细胞的固定化课件现在学习的是第1页，共47页o4 4 果胶的单体是果胶的单体是_，果胶酶，果胶酶的单体是的单体是 _。o5 5 果胶酶是果胶酶是 _的总称，包括的总称，包括_ _ _、_、_等。果胶酶能够将等。果胶酶能够将_分分解为解为_，使果汁变得澄清。，使果汁变得澄清。o6 _6 _、_、_等条件都会等条件都会影响酶的活性。影响酶的活性。半乳糖醛酸半乳糖醛酸氨基酸氨基酸一类酶一类酶多聚半乳糖醛酸酶多聚半乳糖醛酸酶果胶分解酶果胶分解酶果胶酯酶果胶酯酶果胶果胶半乳糖醛酸半乳糖醛酸温度温度pH酶的抑制剂酶的抑制剂现在学习的是第2页，共47页 在食品、化工、轻纺、医药等在食品、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，你能举出一些例子使用有很多优点，你能举出一些例子吗？吗？催化效率高、低能耗、低污染等。催化效率高、低能耗、低污染等。但是从刚才的问题中，我们还但是从刚才的问题中，我们还可以发现酶制剂也存在着一些缺点，可以发现酶制剂也存在着一些缺点，你能找到吗？你能找到吗？现在学习的是第3页，共47页酶制剂存在的缺陷：酶制剂存在的缺陷：1 1、通常对强酸、强碱、高温和有机、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；溶剂等条件非常敏感，容易失活；2 2、溶液中的酶很难回收，不能被再、溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本；次利用，提高了生产成本；3 3、反应后会混在产物中，可能影响、反应后会混在产物中，可能影响产品质量。产品质量。现在学习的是第4页，共47页 如果你是工程如果你是工程技术人员，你如何技术人员，你如何解决这个问题？解决这个问题？现在学习的是第5页，共47页专题专题4 4 酶的研究与应用酶的研究与应用课题3酵母细胞的固定化现在学习的是第6页，共47页 优点：摧化效率高，低耗能，低污染优点：摧化效率高，低耗能，低污染 实际问题：实际问题：对环境条件敏感，易失活；对环境条件敏感，易失活；溶液中的酶很难收回，不能溶液中的酶很难收回，不能 被再次利用，提高了生产成本；被再次利用，提高了生产成本；反应后酶混在产物中，如不去反应后酶混在产物中，如不去 除，会影响产品除，会影响产品 的品质的品质 设想：将酶固定在不容于水的载体上设想：将酶固定在不容于水的载体上现在学习的是第7页，共47页优点：酶即能与反应物接触，又容易与反应物分离，优点：酶即能与反应物接触，又容易与反应物分离，同时，还可以反复利用同时，还可以反复利用实际问题：一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，实际问题：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的酶促反应才能完成的很多产物的形成都是通过一系列的酶促反应才能完成的 设想：酶是细胞合成的，能否设想：酶是细胞合成的，能否 将合成酶的将合成酶的 细胞直接固定？细胞直接固定？固定化细胞固定化细胞（操作简单，成本更低操作简单，成本更低）(利用物理或化学方法利用物理或化学方法将细胞固定在一定空间内将细胞固定在一定空间内)现在学习的是第8页，共47页 阅读阅读P49-50P49-50，并思考：，并思考：1 1、什么是高果糖浆？使用它有何好处？、什么是高果糖浆？使用它有何好处？2 2、生产高果糖浆需要什么酶？其作用是、生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什么？这种酶有何特点？什么？这种酶有何特点？3 3、了解高果糖浆生产过程。、了解高果糖浆生产过程。一、固定化酶的应用实例一、固定化酶的应用实例现在学习的是第9页，共47页1 1、高果糖浆、高果糖浆 高果糖浆是高果糖浆是果糖果糖含量为含量为42%42%左右的糖浆。作为蔗糖的替代品，高左右的糖浆。作为蔗糖的替代品，高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖尿病、龋齿和心血管病，尿病、龋齿和心血管病，对人的健康对人的健康有利有利。现在学习的是第10页，共47页2 2、用到的酶、用到的酶 生产高果糖浆需要葡萄糖异构生产高果糖浆需要葡萄糖异构酶；其作用是将葡萄糖转化为果糖；酶；其作用是将葡萄糖转化为果糖；这种酶稳定性好，可持续发挥作用。这种酶稳定性好，可持续发挥作用。你能写出果糖的分子式吗你能写出果糖的分子式吗?它属于什么糖它属于什么糖?C6H12O6单糖单糖现在学习的是第11页，共47页3 3、固定化酶技术生产高果糖浆的图示固定化酶技术生产高果糖浆的图示：注意反应柱的注意反应柱的各部分名称。各部分名称。你能说出反应你能说出反应柱的优点吗？柱的优点吗？现在学习的是第12页，共47页 反应柱能连续使用半年，大反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本，提高果糖的大降低了生产成本，提高果糖的产量和质量。产量和质量。优点：优点：现在学习的是第13页，共47页生产流程生产流程含淀粉含淀粉的浆液的浆液-淀粉酶淀粉酶糊精糊精糖化酶糖化酶葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖异构酶异构酶葡萄糖的葡萄糖的异构化异构化42%42%45%45%转化成果糖转化成果糖果葡糖浆果葡糖浆果糖和葡果糖和葡萄糖分离萄糖分离葡萄糖再葡萄糖再次异构化次异构化反复多次反复多次果糖含量果糖含量70%70%90%90%高果糖浆高果糖浆现在学习的是第14页，共47页练习：练习：1 1、下列说法不正确的是（、下列说法不正确的是（）A A、葡萄糖与固定化葡萄糖异构酶接触，、葡萄糖与固定化葡萄糖异构酶接触，转化成的是果糖转化成的是果糖B B、从固定化酶反应柱下端流出的是果糖、从固定化酶反应柱下端流出的是果糖C C、高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖尿病、龋齿和心血管病糖尿病、龋齿和心血管病D D、酶溶解于葡萄糖溶液，可以从糖浆、酶溶解于葡萄糖溶液，可以从糖浆中回收中回收D现在学习的是第15页，共47页2 2、研究认为，用固定化酶技术处理污、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的有机剂，可以用来降解残留在土壤中的有机磷农药，与用微生物降解相比，其作用磷农药，与用微生物降解相比，其作用不需要适宜的（不需要适宜的（）A A、温度、温度 B B、PHPHC C、水分、水分 D D、营养、营养D现在学习的是第16页，共47页 在生产实际中使用固定化酶在生产实际中使用固定化酶技术有无不足技术有无不足?如有不足如有不足,怎么办怎么办?有。一种酶只能催化一种化有。一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实际中很多产学反应，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。应才能进行，所以操作比较麻烦。可采用固定化细胞技术。可采用固定化细胞技术。现在学习的是第17页，共47页二、固定化细胞技术二、固定化细胞技术1 1、概念：、概念：利用物理或化学方法将细胞固利用物理或化学方法将细胞固定在一定空间的技术。定在一定空间的技术。细胞中含有一系列酶，在细胞细胞中含有一系列酶，在细胞正常生命活动的过程中，通过正常生命活动的过程中，通过代谢产生所需要的代谢产物。代谢产生所需要的代谢产物。阅读阅读P50P50：思考第二段的问题：思考第二段的问题现在学习的是第18页，共47页2.2.将酶或细胞固定化的方法将酶或细胞固定化的方法将酶（或细胞）包埋在将酶（或细胞）包埋在细微网格里细微网格里将酶（或细胞）相互将酶（或细胞）相互连接起来连接起来将酶（或细胞）吸附在载将酶（或细胞）吸附在载体表面上体表面上包埋法包埋法化学结合法化学结合法吸附法吸附法现在学习的是第19页，共47页酶和细胞固定方法的选择酶和细胞固定方法的选择酶适合采用化学结合和物理吸附酶适合采用化学结合和物理吸附法固定法固定细胞适合采用包埋法固定细胞适合采用包埋法固定（1 1）、方法）、方法（2 2）、原因）、原因细胞个大，酶分子很小细胞个大，酶分子很小个体大的细胞难以被吸附或结合而个小个体大的细胞难以被吸附或结合而个小的酶容易从包埋的材料中漏出的酶容易从包埋的材料中漏出现在学习的是第20页，共47页3 3、固定化细胞常用的载体、固定化细胞常用的载体常用的不溶于水的多孔性载体有常用的不溶于水的多孔性载体有哪些？哪些？明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺等酸纤维素、聚丙烯酰胺等 现在学习的是第21页，共47页练习：练习：1.1.使用固定化细胞的优点是使用固定化细胞的优点是()()。A.A.能催化大分子物质的水解能催化大分子物质的水解 B.B.可催化一系列化学反应可催化一系列化学反应C.C.与反应物易接近与反应物易接近 D.D.有利于酶在细胞外发挥作用有利于酶在细胞外发挥作用B现在学习的是第22页，共47页2 2、如果反应物是大分子物质，采、如果反应物是大分子物质，采用那种方法催化受限制用那种方法催化受限制()()。A A直接使用酶直接使用酶 B B使用化学方法结合的酶使用化学方法结合的酶C C使用固定化细胞使用固定化细胞 D D使用物理吸附法固定的酶使用物理吸附法固定的酶C现在学习的是第23页，共47页3 3、下列关于酶和细胞的固定叙述不、下列关于酶和细胞的固定叙述不正确的是正确的是()()。A A 酶分子很小，易采用包埋法酶分子很小，易采用包埋法 B B酶分子很小，易采用化学结合或酶分子很小，易采用化学结合或物理吸附法固定的酶物理吸附法固定的酶C C细胞个大，难被吸附或结合细胞个大，难被吸附或结合 D D细胞易采用包埋法固定细胞易采用包埋法固定A现在学习的是第24页，共47页4 4、固定化细胞对酶的活性影响最小，根本、固定化细胞对酶的活性影响最小，根本原因是原因是()()。A A避免了细胞破碎、酶的提取纯化过程避免了细胞破碎、酶的提取纯化过程 B B固定化细胞在多种酶促反应中连续发挥固定化细胞在多种酶促反应中连续发挥作用作用C C促化反应结束后，能被吸收和重复利用促化反应结束后，能被吸收和重复利用D D细胞结构保证了各种酶在细胞内化学反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应中有效的发挥作用D现在学习的是第25页，共47页三、实验操作三、实验操作（一）制备固定化酵母细胞（一）制备固定化酵母细胞阅读阅读P50P505151思考下列问题：思考下列问题：（1 1）制备过程包括哪几个步骤？）制备过程包括哪几个步骤？（2 2）你认为哪个步骤的操作是最重）你认为哪个步骤的操作是最重要的一环？要的一环？（3 3）各步骤应当分别注意什么问题）各步骤应当分别注意什么问题？现在学习的是第26页，共47页1 1、酵母细胞的活化、酵母细胞的活化思考：思考：关于酵母菌你有哪些知识？关于酵母菌你有哪些知识？什么是活化？什么是活化？怎样活化？怎样活化？应注意什么？应注意什么？现在学习的是第27页，共47页现在学习的是第28页，共47页活化：活化：让处于休眠状态的微生物重新恢复让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态；正常的生活状态；本质：本质：加快新陈代谢；加快新陈代谢；方法：方法：加入适量的水。加入适量的水。你能说出理由吗？你能说出理由吗？现在学习的是第29页，共47页取取1g1g干酵母干酵母，放入，放入50ml50ml的小烧杯中，的小烧杯中，加入加入蒸馏水蒸馏水10ml10ml，用，用玻璃棒搅拌玻璃棒搅拌，使酵母细胞混合均使酵母细胞混合均匀，成糊状，匀，成糊状，放置放置1h1h左右左右使其活化使其活化现在学习的是第30页，共47页思考：思考：你认为酵母的活化操作有哪你认为酵母的活化操作有哪些注意事项？些注意事项？1 1、所用容器要大一些；、所用容器要大一些；2 2、要保证酵母菌的活性；、要保证酵母菌的活性；3 3、物种要单一；、物种要单一；4 4、注意水的用量。、注意水的用量。现在学习的是第31页，共47页2 2、配制物质的量浓度为、配制物质的量浓度为0.05mol/L0.05mol/L的的CaClCaCl2 2溶液溶液称取称取无水无水CaclCacl2 2 0.83g 0.83g。放入。放入200mL200mL的烧杯中，加入的烧杯中，加入150mL150mL的的蒸馏水蒸馏水，使其充分溶解，待用。使其充分溶解，待用。现在学习的是第32页，共47页3 3、配制海藻酸钠溶液、配制海藻酸钠溶液现在学习的是第33页，共47页操作：操作：称取称取0.7g0.7g海藻酸钠，放入海藻酸钠，放入50mL50mL小小烧杯中烧杯中.加人加人10mL10mL水，用酒精灯加热，水，用酒精灯加热，边加热边搅拌，将海藻酸钠调成糊边加热边搅拌，将海藻酸钠调成糊状，直至状，直至完全溶化完全溶化，用，用蒸馏水定容至蒸馏水定容至10mL10mL。注意，加热时要用。注意，加热时要用小火小火，或者，或者间断加热间断加热，反复几次，直到海藻酸钠，反复几次，直到海藻酸钠溶化为止溶化为止现在学习的是第34页，共47页 加热使海藻酸钠溶化是操作中最加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环，重要的一环，涉及到实验的成败涉及到实验的成败，一，一定要按照教材的提示进行操作。定要按照教材的提示进行操作。海藻海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质量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如果海藻酸钠浓度过高高，将很难形，将很难形成凝胶珠；如果浓度过成凝胶珠；如果浓度过低低，形成的凝，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少，影胶珠所包埋的酵母细胞的数目少，影响实验效果。响实验效果。应当注意什么问题？应当注意什么问题？现在学习的是第35页，共47页4 4、海藻酸钠溶液与酵母细胞混合、海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 将溶化好的海藻酸钠溶液将溶化好的海藻酸钠溶液冷却冷却至至室温，加入已活化的醉母细胞，进行室温，加入已活化的醉母细胞，进行充分搅拌充分搅拌，使其混合均匀，再转移至，使其混合均匀，再转移至注射器中。注射器中。为什么海藻酸钠溶液要冷却为什么海藻酸钠溶液要冷却？现在学习的是第36页，共47页现在学习的是第37页，共47页5 5、固定化酵母细胞、固定化酵母细胞 以以恒定恒定的速度的速度缓慢缓慢地将注射地将注射器中的溶液器中的溶液滴加滴加到配制好的到配制好的Cacl2Cacl2溶液中，观察液滴在溶液中，观察液滴在Cacl2Cacl2溶液中溶液中形成凝胶珠的情形。将这些凝胶形成凝胶珠的情形。将这些凝胶珠在珠在Cacl2Cacl2溶液中溶液中浸泡浸泡30 min30 min左右。左右。现在学习的是第38页，共47页现在学习的是第39页，共47页课后思考：o检验凝胶珠的质量是否合格，有哪些方法？检验凝胶珠的质量是否合格，有哪些方法？o如何用固定的酵母细胞进行酒精发酵？如何用固定的酵母细胞进行酒精发酵？o如果凝胶珠的质量不合格，对之后的酒精发如果凝胶珠的质量不合格，对之后的酒精发酵有怎样的影响？酵有怎样的影响？现在学习的是第40页，共47页练习练习:1 1、制备固定化酵母细胞的过程中错误的是、制备固定化酵母细胞的过程中错误的是（）A A、取干酵母，加入蒸馏水，使其活化、取干酵母，加入蒸馏水，使其活化B B、配制海藻酸钠时，加热用大火，直到海、配制海藻酸钠时，加热用大火，直到海藻酸钠溶化为止藻酸钠溶化为止C C、将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，、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加入已活化的酵母细胞D D、将凝胶珠在、将凝胶珠在Cacl2Cacl2溶液中浸泡溶液中浸泡30 min30 min左左右右B现在学习的是第41页，共47页2 2、下列叙述不正确的是（、下列叙述不正确的是（）A A、从操作角度来考虑，固定化细胞比、从操作角度来考虑，固定化细胞比固定化酶容易固定化酶容易B B、固定化细胞比固定化酶对酶的活、固定化细胞比固定化酶对酶的活性影响更小性影响更小C C、固定化细胞固定的是一种酶、固定化细胞固定的是一种酶D D、将微生物的发酵过程变成连续的酶反、将微生物的发酵过程变成连续的酶反应应选择固定化细胞技术应应选择固定化细胞技术C现在学习的是第42页，共47页 刚形成的凝胶珠应在刚形成的凝胶珠应在CaCl2CaCl2溶液中浸泡一段溶液中浸泡一段时间，以便时间，以便形成稳定的结构形成稳定的结构。检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列方检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列方法：法：一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，如果凝胶珠手挤压，如果凝胶珠不容易破裂，没有液体不容易破裂，没有液体流出流出，就表明凝胶珠的制作成功。，就表明凝胶珠的制作成功。二是在实验桌上二是在实验桌上用力摔打凝胶珠用力摔打凝胶珠，如果凝胶，如果凝胶珠很珠很容易弹起容易弹起，也能表明制备的凝胶珠是成，也能表明制备的凝胶珠是成功的。功的。现在学习的是第43页，共47页三是观察凝胶珠的颜色和形状三是观察凝胶珠的颜色和形状:如果制作的凝胶珠如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色颜色过浅、呈白色，说明海藻酸钠的浓度偏低，说明海藻酸钠的浓度偏低，固定的酵固定的酵母细胞数目较少母细胞数目较少；如果形成的凝胶；如果形成的凝胶珠珠不是圆形或椭圆形不是圆形或椭圆形，则说明海藻，则说明海藻酸钠的浓度偏高，制作失败，需要酸钠的浓度偏高，制作失败，需要再作尝试。再作尝试。现在学习的是第44页，共47页（二）用固定化细胞发酵（二）用固定化细胞发酵1 1、将固定好的酵母细胞、将固定好的酵母细胞(凝胶珠凝胶珠)用蒸馏水冲洗用蒸馏水冲洗2-32-3次。次。2 2、将将150mL150mL质量分数为质量分数为10%10%的葡的葡萄糖溶液转移到萄糖溶液转移到200mL200mL的锥形瓶中，的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于再加入固定好的酵母细胞，置于2525下发酵下发酵24h24h。现在学习的是第45页，共47页现在学习的是第46页，共47页这一阶段成功与否呢？怎样这一阶段成功与否呢？怎样评价？评价？观察发酵的葡萄糖溶液；观察发酵的葡萄糖溶液；利用固定的酵母细胞发酵产生酒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，精，可以看到产生了很多气泡，同时会闻到酒味。同时会闻到酒味。还有其他方法吗？还有其他方法吗？现在学习的是第47页，共47页