课题3-酵母细胞的固定化课件.ppt

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1、 1概念概念 利用利用 方法将方法将酶酶或或细细胞固定在一定胞固定在一定空空间间内的技内的技术术。2方法方法 (1)：多适于：多适于 的固定化；的固定化；物理或化学物理或化学包埋法包埋法细细胞胞物理吸附法物理吸附法酶酶 3载载体体 包埋法固定化包埋法固定化细细胞常用的是不溶于水的多孔性胞常用的是不溶于水的多孔性载载体材料，如明胶、体材料，如明胶、琼琼脂糖、脂糖、醋酸、醋酸纤维纤维素素和聚丙和聚丙烯酰烯酰胺等。胺等。4优优点点 (1)固定化固定化酶酶既能与反既能与反应应物接触，又能与物接触，又能与产产物分离，物分离，可以可以 。(2)固定化固定化细细胞技胞技术术制制备备的的 低，操作容易。低，操

2、作容易。5实实例例 用固定化用固定化 酶酶生生产产高果糖高果糖浆浆。海藻酸海藻酸钠钠反复利用反复利用成本成本葡萄糖异构葡萄糖异构 1酶酶能加快化学反能加快化学反应应速率，但溶液中的速率，但溶液中的酶酶难难以回以回收，不能利用。要想既降低生收，不能利用。要想既降低生产产成本，又不影响成本，又不影响产产品品质质量，量，该该如何解决如何解决这这一一问题问题？提示：将提示：将酶酶固定于不溶于水的固定于不溶于水的载载体上，使体上，使酶酶既能与既能与反反应应物接触，又能与反物接触，又能与反应应物分离，物分离，还还可重复利用。可重复利用。2一种一种酶酶只能催化一种化学反只能催化一种化学反应应，而在生，而在生

3、产实产实践践中很多中很多产产物的形成都是通物的形成都是通过过一系列一系列酶酶促反促反应应才才获获得的。得的。如何解决如何解决这这一一问题问题？提示：将合成提示：将合成酶酶的的细细胞直接固定。胞直接固定。3固定化固定化酶酶和固定化和固定化细细胞一般采用什胞一般采用什么方法？么方法？为为什么？什么？提示：固定化提示：固定化酶酶常用化学常用化学结结合法或物理合法或物理吸附法。因吸附法。因酶酶分子小，易从包埋材料中漏出，分子小，易从包埋材料中漏出，故一般不用包埋法故一般不用包埋法进进行固定。固定化行固定。固定化细细胞常胞常用包埋法，因个大的用包埋法，因个大的细细胞胞难难以被吸附或以被吸附或结结合。合。

4、直接使用直接使用酶酶、固定化、固定化酶酶和固定化和固定化细细胞的比胞的比较较直接直接使用使用酶酶固定化固定化酶酶固定化固定化细细胞胞酶酶的种的种类类一种或一种或几种几种一种一种一系列一系列酶酶常用常用载载体体无无高岭土、皂土、高岭土、皂土、硅胶、凝胶硅胶、凝胶明胶、明胶、琼琼脂糖、海藻酸脂糖、海藻酸钠钠、醋酸、醋酸纤维纤维素、聚丙素、聚丙烯酰烯酰胺胺制作方法制作方法无无化学化学结结合固定化、合固定化、物理吸附固定化物理吸附固定化包埋法固定化包埋法固定化是否需要是否需要营营养物养物质质否否否否是是直接使用直接使用酶酶固定化固定化酶酶固定化固定化细细胞胞催化反催化反应应单单一或多种一或多种单单一一

5、一系列一系列反反应应底物底物各种物各种物质质(大分子、大分子、小分子小分子)各种物各种物质质(大分大分子、小分子子、小分子)小分子物小分子物质质优优点点催化效率高，低催化效率高，低耗能、低耗能、低污污染等染等被固定的被固定的酶酶可可重复使用重复使用成本低，操作成本低，操作更容易更容易缺点缺点对环对环境条件非境条件非常敏感，易失活；常敏感，易失活；难难回收，成本回收，成本高，影响高，影响产产品品质质量量不利于催化一不利于催化一系列的系列的酶酶促反促反应应反反应应物不易与物不易与酶酶接近，尤其接近，尤其是大分子物是大分子物质质，反反应应效率下降效率下降【巩固巩固1】固固定化定化酶酶和固定化和固定化

6、细细胞的主要区胞的主要区别别是是()。A前者只能固定胞外前者只能固定胞外酶酶，后者只能固定胞内，后者只能固定胞内酶酶B前者只能固定胞内前者只能固定胞内酶酶，后者只能固定胞外，后者只能固定胞外酶酶C前前者者可可以以固固定定胞胞内内酶酶和和胞胞外外酶酶，后后者者只只可可以以固固定定胞内胞内酶酶D前前者者只只可可以以固固定定胞胞外外酶酶，后后者者可可以以固固定定胞胞外外酶酶和和胞内胞内酶酶 答案答案C解析微生物产生的酶的种类很多，有的存在于细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

7、能固定胞内酶。定胞内酶和胞外酶，固定化细胞只能固定胞内酶。特别提醒特别提醒固定化细胞使用的都是活细胞，在反应时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。需要适宜的生存条件。由于被固定的细胞保证了完整性，酶的环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。境改变较小，所以对酶活性影响不大。1制制备备固定化酵母固定化酵母细细胞胞蒸蒸馏馏水水正常生活正常生活小火小火间间断加断加热热已活化已活化CaCl2溶液溶液 2用固定化酵母用固定化酵母细细胞胞发发酵酵 (1)操作步操作步骤骤：将用蒸：将用蒸馏馏水冲洗水冲洗过过的固定好的酵的固定好的酵母母细细胞胞()用于用于发

8、发酵的酵的 溶液中。溶液中。葡萄糖葡萄糖凝胶珠凝胶珠气泡气泡酒精味酒精味1固定化酵母细胞的制备固定化酵母细胞的制备酵酵母母细细胞胞的的活活化化：1 g干干酵酵母母10 mL蒸蒸馏馏水水50 mL烧烧杯中，杯中，搅搅拌均匀，放置拌均匀，放置1 h配配制制0.05 mol/L的的CaCl2溶溶液液：无无水水CaCl20.83 g150 mL蒸蒸馏馏水水200 mL烧烧杯杯配配制制海海藻藻酸酸钠钠溶溶液液：0.7 g海海藻藻酸酸钠钠10 mL水水放放入入50 mL小小烧烧杯杯小小火火加加热热，完完全全溶溶化化加加蒸蒸馏馏水定容至水定容至10 mL海海藻藻酸酸钠钠溶溶液液与与酵酵母母细细胞胞混混合合：

9、将将海海藻藻酸酸钠钠溶溶液液冷冷却却至至室室温温后后加加入入活活化化的的酵酵母母细细胞胞，充充分分搅搅拌拌使使其其混混合合均均匀匀，转转移至注射器中移至注射器中固固定定化化酵酵母母细细胞胞：以以恒恒定定的的速速度度缓缓慢慢地地将将注注射射器器中中的的溶溶液液滴滴加加至至配配制制好好的的CaCl2溶溶液液中中，形形成成凝凝胶胶珠珠，使使其其在在溶液中浸泡溶液中浸泡30 min冲冲洗洗：将将固固定定好好的的酵酵母母细细胞胞(凝凝胶胶珠珠)用用蒸蒸馏馏水水冲冲洗洗23次次发发酵酵：将将150 mL质质量量分分数数为为10%的的葡葡萄萄糖糖溶溶液液转转移移至至200 mL的的锥锥形形瓶瓶中中，加加入入

10、固固定定好好的的酵酵母母细细胞胞，25 下下发发酵酵24 h实验结实验结果分析与果分析与评评价价 (1)如果制作的凝胶珠如果制作的凝胶珠颜颜色色过过浅、呈白色，浅、呈白色，说说明海藻酸明海藻酸钠钠的的浓浓度偏低，固定的酵母度偏低，固定的酵母细细胞数目胞数目较较少；如果形成的凝胶珠不少；如果形成的凝胶珠不是是圆圆形或形或椭圆椭圆形，形，则说则说明海藻酸明海藻酸钠钠的的浓浓度偏高，制作失度偏高，制作失败败，需，需要再做要再做尝试尝试。(2)利用固定的酵母利用固定的酵母细细胞胞发发酵酵产产生酒精生酒精C6H12O6 2C2H5OH(酒精酒精)2CO2能量能量，可以看到，可以看到产产生了很多气泡，生了

11、很多气泡，同同时时会会闻闻到酒味，而不含酵母菌的凝胶珠所做的到酒味，而不含酵母菌的凝胶珠所做的对对照照实验则实验则无无此此现现象。象。2固定化实验中的有关问题固定化实验中的有关问题【巩巩固固2】酵酵母母细细胞胞固固定定化化的的实实验验中中，下下列列实实验验操作与目的不相符的是操作与目的不相符的是A干干酵酵母母加加入入蒸蒸馏馏水水搅搅拌拌均均匀匀后后，放放置置一一段段时间时间，使酵母，使酵母细细胞活化胞活化B采采用用小小火火间间断断加加热热的的方方法法，防防止止海海藻藻酸酸钠钠发发生焦糊生焦糊C将将活活化化的的酵酵母母细细胞胞加加入入海海藻藻酸酸钠钠溶溶液液，轻轻轻搅轻搅拌，以免拌，以免产产生气

12、泡生气泡D用用注注射射器器滴滴加加溶溶液液时时要要接接近近CaCl2溶溶液液的的液面，防止凝胶珠出液面，防止凝胶珠出现现“尾巴尾巴”D 例例1(2009江苏高考江苏高考)下列关于固定化下列关于固定化酶酶和固定化和固定化细细胞的胞的叙述，正确的是叙述，正确的是 ()A固定化固定化细细胞技胞技术术在多步在多步连续连续催化反催化反应应方面方面优势优势明明显显 B在固定化在固定化酶酶的的应应用中，要控制好用中，要控制好pH、温度和溶解氧、温度和溶解氧 C利用固定化利用固定化酶酶降解水体中有机磷降解水体中有机磷农药农药，需提供适宜的，需提供适宜的营营养条件养条件 D利用固定化酵母利用固定化酵母细细胞胞进

13、进行行发发酵，糖酵，糖类类的作用只是作的作用只是作为为反反应应底物底物(2)影响影响实验实验成成败败的关的关键键步步骤骤是是_(3)如果海藻酸如果海藻酸钠浓钠浓度度过过低，形成的凝胶珠所包埋的酵低，形成的凝胶珠所包埋的酵母母细细胞数目胞数目_。(4)观观察形成的凝胶珠的察形成的凝胶珠的颜颜色和形状：如果色和形状：如果颜颜色色过过浅，浅，说说明明_；如果形成的凝胶珠；如果形成的凝胶珠不是不是圆圆形或形或椭圆椭圆形，形，说说明明_。(5)制制备备固定化固定化酶酶不宜用包埋法，不宜用包埋法，为为什么？什么？配制海藻酸钠溶液配制海藻酸钠溶液减少减少固定的酵母细胞数目较少固定的酵母细胞数目较少海藻酸钠浓

14、度偏高，制作失败海藻酸钠浓度偏高，制作失败因为酶分子很小，容易从包埋材料中漏出。因为酶分子很小，容易从包埋材料中漏出。例例2 根据下面制根据下面制备备固定化酵母固定化酵母细细胞胞实验实验的流程回答的流程回答问题问题：酵母酵母细细胞活化胞活化配制配制CaCl2溶液溶液配制海藻酸配制海藻酸钠钠溶液溶液海藻海藻酸酸钠钠溶液与酵母溶液与酵母细细胞混合胞混合固定化酵母固定化酵母细细胞胞 (1)在在_状状态态下，微生物下，微生物处处于休眠状于休眠状态态。活化就是。活化就是让让处处于休眠状于休眠状态态的微生物恢复的微生物恢复_ 状状态态。活化前。活化前应选择应选择足足够够大的容器，因大的容器，因为为酵母酵母细细胞活化胞活化时时_。缺水缺水正常的生活正常的生活体积增大体积增大