酵母細胞的固定化

1、2021/8/141思考：通過課題背景分析，你有何體會？思考：通過課題背景分析，你有何體會？酶酶： 優(yōu)點優(yōu)點：催化效率高，低耗能，低污染：催化效率高，低耗能，低污染 實際問題實際問題：對環(huán)境條件敏感，易失活；溶液中的酶：對環(huán)境條件敏感，易失活；溶液中的酶 很難收回，不能被再次利用，提高了生產(chǎn)成本；很難收回，不能被再次利用，提高了生產(chǎn)成本； 反應后酶混在產(chǎn)物中，如不去除，會影響產(chǎn)品的品質(zhì)反應后酶混在產(chǎn)物中，如不去除，會影響產(chǎn)品的品質(zhì) 設想設想：將酶固定在不溶于水的載體上：將酶固定在不溶于水的載體上固定化酶固定化酶：優(yōu)點優(yōu)點：酶即能與反應物接觸，又容易：酶即能與反應物接觸，又容易與反應物分離，同時

2、，還可以反復利用與反應物分離，同時，還可以反復利用 實際問題實際問題：一種酶只能催化一種化：一種酶只能催化一種化學反應，而在生產(chǎn)實踐中，很多產(chǎn)物的形成都是通過學反應，而在生產(chǎn)實踐中，很多產(chǎn)物的形成都是通過一系列的酶促反應才能完成的一系列的酶促反應才能完成的 設想設想：酶是細胞合成的，能否將合：酶是細胞合成的，能否將合成酶的細胞直接固定？成酶的細胞直接固定？ 固定化固定化細胞細胞：成成本低，操作本低，操作更容易更容易2021/8/142課題3酵母細胞的固定化 2021/8/143【學習目標】【學習目標】1.1.舉例說明固定化技術的種類及應用。舉例說明固定化技術的種類及應用。2.2.比較直接使用酶

3、、固定化酶和固定化細胞的比較直接使用酶、固定化酶和固定化細胞的異同點。異同點。3.3.初步學會制備固定化酵母細胞并用其進行酒初步學會制備固定化酵母細胞并用其進行酒精發(fā)酵。精發(fā)酵。2021/8/144【自主預習】【自主預習】一、固定化酶的應用實例一、固定化酶的應用實例生產(chǎn)高果糖漿生產(chǎn)高果糖漿1.1.生產(chǎn)高果糖漿的原理生產(chǎn)高果糖漿的原理: :葡萄糖葡萄糖 果糖。果糖。葡萄糖異構(gòu)酶葡萄糖異構(gòu)酶2021/8/1452.2.傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的優(yōu)缺點傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的優(yōu)缺點: :(1)(1)優(yōu)點優(yōu)點:_:_好好, ,能持續(xù)發(fā)揮作用。能持續(xù)發(fā)揮作用。(2)(2)缺點。缺點。酶通常對強酸、強堿、高溫和有機溶劑等條酶通

4、常對強酸、強堿、高溫和有機溶劑等條件非常件非常_,_,容易容易_。穩(wěn)定性穩(wěn)定性敏感敏感失活失活2021/8/146溶液中的酶很難回收溶液中的酶很難回收, ,不能不能_,_,提高了提高了生產(chǎn)成本。生產(chǎn)成本。反應后會混在反應后會混在_中中, ,可能影響產(chǎn)品質(zhì)量?？赡苡绊懏a(chǎn)品質(zhì)量。被再次利用被再次利用產(chǎn)物產(chǎn)物2021/8/1473.3.使用固定化酶的生產(chǎn)原理使用固定化酶的生產(chǎn)原理: :(1)(1)制備固定化酶制備固定化酶: :將葡萄糖異構(gòu)酶固定在顆粒狀將葡萄糖異構(gòu)酶固定在顆粒狀的的_上。上。(2)(2)制備固定化酶反應柱制備固定化酶反應柱: :將這些酶顆粒裝入將這些酶顆粒裝入_中中, ,柱子底端裝上

5、分布著許多小孔的篩板。柱子底端裝上分布著許多小孔的篩板。(3)(3)酶與反應液分離的原理酶與反應液分離的原理:_:_無法通過篩無法通過篩板上的小孔板上的小孔, ,而而_可以自由出入?？梢宰杂沙鋈?。載體載體反應柱反應柱酶顆粒酶顆粒反應溶液反應溶液2021/8/1484.4.生產(chǎn)操作生產(chǎn)操作: :(1)(1)將葡萄糖溶液從反應柱的將葡萄糖溶液從反應柱的_注入。注入。(2)(2)使葡萄糖溶液流過反應柱使葡萄糖溶液流過反應柱, ,與與_接觸。接觸。(3)(3)轉(zhuǎn)化成的果糖從反應柱的轉(zhuǎn)化成的果糖從反應柱的_流出。流出。上端上端固定化葡萄糖異構(gòu)酶固定化葡萄糖異構(gòu)酶下端下端2021/8/149二、固定化酶和

6、固定化細胞技術二、固定化酶和固定化細胞技術1.1.概念概念: :利用利用_或或_方法將酶或細胞固定方法將酶或細胞固定在一定空間內(nèi)的技術。在一定空間內(nèi)的技術。物理物理化學化學2021/8/1410方法方法原原 理理適用對象適用對象包埋包埋法法將聚合物的單體與酶溶液混合，將聚合物的單體與酶溶液混合，再借助于聚合助進劑再借助于聚合助進劑( (包括交聯(lián)劑包括交聯(lián)劑) )的作用進行聚合，酶被包埋在聚的作用進行聚合，酶被包埋在聚合物中以達到固定化合物中以達到固定化酶或細胞酶或細胞化學結(jié)化學結(jié)合法合法酶蛋白的側(cè)鏈基團和載體表面酶蛋白的側(cè)鏈基團和載體表面上的功能基團之間形成上的功能基團之間形成共價鍵共價鍵而固

7、定的方法而固定的方法酶酶物理吸物理吸附法附法通過氫鍵、疏水作用和通過氫鍵、疏水作用和電子電子親和力等物理作用，將酶固定親和力等物理作用，將酶固定于水不溶載體上。從而制成固于水不溶載體上。從而制成固定化酶定化酶酶酶2021/8/14112.2.常用方法常用方法: :序序號號固定固定方法方法固定固定對象對象圖圖例例_ _法法固定固定化化_ _ _法法固定固定化化_ _法法固定固定化化_包埋包埋細胞細胞化學結(jié)合化學結(jié)合酶酶物理吸附物理吸附酶酶2021/8/1412課堂討論：課堂討論： 1從操作角度來考慮，你認為固定化酶技術與從操作角度來考慮，你認為固定化酶技術與固定化細胞技術哪一種方法更容易？哪一種

8、方法固定化細胞技術哪一種方法更容易？哪一種方法對酶活性的影響更?。繉γ富钚缘挠绊懜?？2固定化細胞固定的是一種酶還是一系列酶？固定化細胞固定的是一種酶還是一系列酶？3如果想將微生物的發(fā)酵過程變成連續(xù)的酶反如果想將微生物的發(fā)酵過程變成連續(xù)的酶反應，應該選擇哪種方法？應，應該選擇哪種方法？4如果反應物是大分子物質(zhì)，又應該選擇哪種如果反應物是大分子物質(zhì)，又應該選擇哪種方法？方法？固定化細胞技術。因為固定化細胞保證了細胞的完整性，固定化細胞技術。因為固定化細胞保證了細胞的完整性，酶環(huán)境改變小，對其活性影響小。酶環(huán)境改變小，對其活性影響小。固定化細胞固定的是一系列酶固定化細胞固定的是一系列酶固定化細胞技

9、術固定化細胞技術固定化酶技術固定化酶技術2021/8/1413一、直接使用酶、固定化酶和固定化細胞的比較一、直接使用酶、固定化酶和固定化細胞的比較比較項目比較項目直接直接使用酶使用酶固定化酶固定化酶固定化細胞固定化細胞酶的種類酶的種類一種或幾一種或幾種種一種一種一系列酶一系列酶制作方法制作方法化學結(jié)合法化學結(jié)合法物理吸附法物理吸附法包埋法包埋法是否需要是否需要營養(yǎng)物質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)否否否否是是催化反應催化反應單一或多單一或多種種單一單一一系列一系列2021/8/1414比較項目比較項目直接使用酶直接使用酶固定化酶固定化酶固定化細胞固定化細胞反應底物反應底物各種物質(zhì)各種物質(zhì)( (大分子、大分子、小分子

10、小分子) )各種物質(zhì)各種物質(zhì)( (大大分子、小分分子、小分子子) )小分子小分子優(yōu)點優(yōu)點催化效率高、催化效率高、低耗能、低低耗能、低污染等污染等被固定的酶被固定的酶可重復使用可重復使用成本低成本低, ,操作更操作更容易容易, ,可以催化可以催化一系列化學反一系列化學反應應缺點缺點酶不能回酶不能回收利用收利用, ,增增加了生產(chǎn)成加了生產(chǎn)成本本酶混在酶混在產(chǎn)物中影響產(chǎn)物中影響產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)品質(zhì)量一種酶只能一種酶只能催化一種化催化一種化學反應學反應固定后的細胞固定后的細胞與反應物不容與反應物不容易接近易接近, ,尤其是尤其是大分子物質(zhì)大分子物質(zhì), ,可可能導致反應效能導致反應效率下降等率下降等2021/

11、8/1415三、實驗操作三、實驗操作1.1.制備固定化酵母細胞制備固定化酵母細胞: :(1)(1)固定方法固定方法:_:_。(2)(2)常用載體常用載體: :一些不溶于水的一些不溶于水的_載體載體, ,如如_、瓊脂糖、瓊脂糖、_、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等。、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等。包埋法包埋法多孔性多孔性明膠明膠海藻酸鈉海藻酸鈉2021/8/1416三、固定化酵母細胞的制備及發(fā)酵三、固定化酵母細胞的制備及發(fā)酵(3).(3).實驗操作流程：實驗操作流程：酵母細胞的活化：稱取干酵母放入小燒杯中，酵母細胞的活化：稱取干酵母放入小燒杯中，加入加入_使其活化。使其活化。配制配制CaClCaCl2 2溶

12、液：稱取無水溶液：稱取無水CaClCaCl2 2放入燒杯中，放入燒杯中，加入加入_，使其充分溶解。，使其充分溶解。蒸餾水蒸餾水蒸餾水蒸餾水2021/8/1417配制海藻酸鈉溶液：要用配制海藻酸鈉溶液：要用_加熱的方加熱的方法。法。(影響實驗成敗的關鍵步驟影響實驗成敗的關鍵步驟) 海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合：先將溶化好的海海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合：先將溶化好的海藻酸鈉溶液冷卻至藻酸鈉溶液冷卻至_，再加入已活化的酵母，再加入已活化的酵母細胞。細胞。 固定化酵母細胞：將混合物滴在固定化酵母細胞：將混合物滴在_溶液中形溶液中形成凝膠珠。成凝膠珠。小火或間斷小火或間斷室溫室溫CaClCaCl2 220

13、21/8/14182.2.用固定化酵母細胞發(fā)酵用固定化酵母細胞發(fā)酵: : 將固定好的酵母細胞將固定好的酵母細胞( (凝膠珠凝膠珠) )用用_沖洗沖洗2 23 3次次將將150 mL150 mL質(zhì)量分數(shù)為質(zhì)量分數(shù)為10%10%的的_溶液轉(zhuǎn)移到錐形溶液轉(zhuǎn)移到錐形瓶中瓶中加入固定好的酵母細胞加入固定好的酵母細胞( (凝膠珠凝膠珠) ) 蒸餾水蒸餾水葡萄糖葡萄糖2021/8/1419置于置于2525下發(fā)酵下發(fā)酵24 h24 h發(fā)現(xiàn)有發(fā)現(xiàn)有_產(chǎn)生產(chǎn)生, ,同時有酒味散發(fā)同時有酒味散發(fā)氣泡氣泡2021/8/14203.3.實驗結(jié)果：實驗結(jié)果：(1)(1)凝膠珠的顏色和形狀：淺黃色的圓形或橢圓形。凝膠珠的顏

14、色和形狀：淺黃色的圓形或橢圓形。(2)(2)發(fā)酵現(xiàn)象發(fā)酵現(xiàn)象有有_產(chǎn)生產(chǎn)生聞到有聞到有_氣泡氣泡酒味酒味2021/8/1421試劑或操作試劑或操作作用或目的作用或目的海藻酸鈉海藻酸鈉作為載體包埋酵母細作為載體包埋酵母細胞胞CaCl2使海藻酸鈉膠體發(fā)生使海藻酸鈉膠體發(fā)生聚沉，形成凝膠珠。聚沉，形成凝膠珠。用蒸餾水沖洗凝膠珠用蒸餾水沖洗凝膠珠洗去洗去CaCl2 和雜菌和雜菌2021/8/1422配制海藻酸鈉溶液為什么是固定化酵母細胞的配制海藻酸鈉溶液為什么是固定化酵母細胞的關鍵？關鍵？ 提示：提示：因為如果海藻酸鈉濃度過因為如果海藻酸鈉濃度過高高，將很，將很難形成凝膠珠難形成凝膠珠;如果濃度過如果

15、濃度過低低，形成的凝膠珠，形成的凝膠珠所包埋的酵母細胞的數(shù)量少，也會影響實驗效所包埋的酵母細胞的數(shù)量少，也會影響實驗效果。果。 2021/8/1423 剛形成的凝膠珠應在剛形成的凝膠珠應在CaClCaCl2 2溶液中浸泡溶液中浸泡一段時間，以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。一段時間，以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。 檢驗凝膠珠的質(zhì)量是否合格，可以使用檢驗凝膠珠的質(zhì)量是否合格，可以使用下列方法：下列方法： 一是一是擠壓法擠壓法 用鑷子夾起一個凝膠珠放用鑷子夾起一個凝膠珠放在實驗桌上用手擠壓，如果凝膠珠不容易破在實驗桌上用手擠壓，如果凝膠珠不容易破裂，沒有液體流出，就表明凝膠珠的制作成裂，沒有液體流出，就表明凝膠珠的制作成功。功。 二是二是摔打法摔打法 在實驗桌上用力摔打凝膠在實驗桌上用力摔打凝膠珠，如果凝膠珠很容易彈起，也能表明制備珠，如果凝膠珠很容易彈起，也能表明制備的凝膠珠是成功的。的凝膠珠是成功的。2021/8/1424這一階段成功與否呢？怎樣評價