酵母細胞的固定化(3)教學(xué)內(nèi)容

1、酵母細胞的固定化(3)酶制劑的優(yōu)點：酶制劑的優(yōu)點： 催化效率高、低耗能、低污染，催化效率高、低耗能、低污染，大規(guī)模地應(yīng)用于食品、化工等各個大規(guī)模地應(yīng)用于食品、化工等各個領(lǐng)域。領(lǐng)域。酶制劑存在的缺陷：酶制劑存在的缺陷： 1 1、通常對、通常對強酸、強堿、高溫和有強酸、強堿、高溫和有機溶劑機溶劑等條件非常敏感，容易失活等條件非常敏感，容易失活 2 2、溶液中的酶很難回收，不能被、溶液中的酶很難回收，不能被再次利用，提高了生產(chǎn)成本；再次利用，提高了生產(chǎn)成本； 3 3、反應(yīng)后會混在產(chǎn)物中，可能影、反應(yīng)后會混在產(chǎn)物中，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量。響產(chǎn)品質(zhì)量。 如果你是工程技術(shù)人員，你如果你是工程技術(shù)人員，你如何解

2、決這個問題如何解決這個問題？固定化酶技術(shù)和固定固定化酶技術(shù)和固定化細胞技術(shù)化細胞技術(shù)課題課題3 3 酵母細胞的固定酵母細胞的固定化化1、舉例說明固定化酶和固定化細胞的應(yīng)用。2、初步學(xué)會制備固定化酵母細胞。 1 1、生產(chǎn)高果糖漿的方法是什么？、生產(chǎn)高果糖漿的方法是什么？2 2、生產(chǎn)高果糖漿需要什么酶？其作用、生產(chǎn)高果糖漿需要什么酶？其作用是什么？這種酶有何特點？是什么？這種酶有何特點？3 3、了解高果糖漿生產(chǎn)過程。、了解高果糖漿生產(chǎn)過程。4 4、這種方法的優(yōu)點是什么？、這種方法的優(yōu)點是什么？（一）固定化酶的應(yīng)用實例（一）固定化酶的應(yīng)用實例一、基礎(chǔ)知識：一、基礎(chǔ)知識： 固定化酶技術(shù)。即將酶固定在一

3、固定化酶技術(shù)。即將酶固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)（如固定在不溶于定空間內(nèi)的技術(shù)（如固定在不溶于水的載體上）。水的載體上）。1、生產(chǎn)高果糖漿的方法是？、生產(chǎn)高果糖漿的方法是？ 生產(chǎn)高果糖漿需要生產(chǎn)高果糖漿需要葡萄糖異構(gòu)葡萄糖異構(gòu)酶酶；其作用其作用是將葡萄糖轉(zhuǎn)化為果是將葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖；這種酶糖；這種酶穩(wěn)定性好，可持續(xù)發(fā)穩(wěn)定性好，可持續(xù)發(fā)揮作用。揮作用。2、生產(chǎn)高果糖漿需要什么酶？、生產(chǎn)高果糖漿需要什么酶？其作用是什么？這種酶有何特點？其作用是什么？這種酶有何特點？3 3、固定化酶技術(shù)生產(chǎn)高果糖漿的過程：、固定化酶技術(shù)生產(chǎn)高果糖漿的過程：注意反應(yīng)柱的注意反應(yīng)柱的各部分名稱。各部分名稱。你能說出這種你能說

4、出這種方法的優(yōu)點嗎？方法的優(yōu)點嗎？ 固定化酶技術(shù)的優(yōu)點：固定化酶技術(shù)的優(yōu)點：（1 1）使酶既能與反應(yīng)物接觸，又）使酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離；能與產(chǎn)物分離；（2 2）固定在載體上的酶可以被反）固定在載體上的酶可以被反復(fù)利用。復(fù)利用。4、這種方法的優(yōu)點是什么？、這種方法的優(yōu)點是什么？ 在生產(chǎn)實際中使用固定化酶技在生產(chǎn)實際中使用固定化酶技術(shù)的不足：術(shù)的不足： 一種酶只能催化某一種或某一一種酶只能催化某一種或某一類的化學(xué)反應(yīng)，而在生產(chǎn)實際中很類的化學(xué)反應(yīng)，而在生產(chǎn)實際中很多產(chǎn)物的形成都通過多產(chǎn)物的形成都通過一系列的酶促一系列的酶促反應(yīng)反應(yīng)才能進行，所以操作比較麻煩。才能進行，所以操作比較麻煩

5、。怎么辦怎么辦?可采用固定化細胞技術(shù)?？刹捎霉潭ɑ毎夹g(shù)。（二）、固定化細胞技術(shù)（二）、固定化細胞技術(shù)1 1、概念：、概念：利用物理或化學(xué)方法將細胞固利用物理或化學(xué)方法將細胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)。定在一定空間內(nèi)的技術(shù)。細胞中含有細胞中含有一系列酶一系列酶，在細胞，在細胞正常生命活動的過程中，通過正常生命活動的過程中，通過代謝產(chǎn)生所需要的代謝產(chǎn)物。代謝產(chǎn)生所需要的代謝產(chǎn)物。2.2.將酶或細胞固定化的方法將酶或細胞固定化的方法將酶（或細胞）包將酶（或細胞）包埋在細微網(wǎng)格里埋在細微網(wǎng)格里將酶（或細胞）將酶（或細胞）相互連接起來相互連接起來將酶（或細胞）吸將酶（或細胞）吸附在載體表面上附在載體表面

6、上包埋法包埋法化學(xué)結(jié)合法化學(xué)結(jié)合法物理吸附法物理吸附法酶適合采用化學(xué)結(jié)合和物理吸酶適合采用化學(xué)結(jié)合和物理吸附法固定附法固定細胞適合采用包埋法固定細胞適合采用包埋法固定細胞個大，酶分子很小細胞個大，酶分子很小個體大的細胞難以被吸附或結(jié)合而個體大的細胞難以被吸附或結(jié)合而個小的酶容易從包埋的材料中漏出個小的酶容易從包埋的材料中漏出3 3、固定化細胞常用的載體、固定化細胞常用的載體常用的常用的不溶于水的多孔性載體不溶于水的多孔性載體有哪些？有哪些？明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素、聚丙烯酰胺等維素、聚丙烯酰胺等 海藻酸鈉海藻酸鈉聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺 從操作角度來考慮，從

7、操作角度來考慮，你認為哪種方法更容易？你認為哪種方法更容易？哪一種方法對酶活性的影響更??？哪一種方法對酶活性的影響更?。抗潭ɑ毎夹g(shù)固定化細胞技術(shù)固定化細胞技術(shù)固定化細胞技術(shù)固定化酶技術(shù)和固定化細胞固定化酶技術(shù)和固定化細胞技術(shù)這兩種方法技術(shù)這兩種方法 固定化細胞固定的是一種固定化細胞固定的是一種酶還是一系列酶？酶還是一系列酶？如果想將微生物的發(fā)酵過程變成連如果想將微生物的發(fā)酵過程變成連續(xù)的酶反應(yīng)，應(yīng)該選擇哪種方法？續(xù)的酶反應(yīng)，應(yīng)該選擇哪種方法？一系列酶一系列酶固定化細胞技術(shù)固定化細胞技術(shù) 如果反應(yīng)底物是大分如果反應(yīng)底物是大分子物質(zhì)，能否用固定化細子物質(zhì)，能否用固定化細胞技術(shù)胞技術(shù)? ? 為什

8、么？為什么？ 那應(yīng)該采用何種技術(shù)那應(yīng)該采用何種技術(shù)? ?不能不能大分子物質(zhì)難以通過細大分子物質(zhì)難以通過細胞膜胞膜固定化酶技術(shù)固定化酶技術(shù)1.1.酶的固定方法不包括酶的固定方法不包括( )( )。A.A.將酶吸附在固體表面上將酶吸附在固體表面上 B B將酶相互連接起來將酶相互連接起來C C將酶包埋在細微網(wǎng)格里將酶包埋在細微網(wǎng)格里 D D將酶制成固體酶制劑，如加將酶制成固體酶制劑，如加酶洗衣粉中的酶酶洗衣粉中的酶D2 2、固定化細胞的優(yōu)點是、固定化細胞的優(yōu)點是( )( )。A.A.能催化大分子物質(zhì)的水解能催化大分子物質(zhì)的水解 B.B.可催化一系列化學(xué)反應(yīng)可催化一系列化學(xué)反應(yīng)C.C.與反應(yīng)物易接近與

9、反應(yīng)物易接近 D.D.有利于酶在細胞外發(fā)揮作用有利于酶在細胞外發(fā)揮作用B實驗的過程包括哪些步驟？人教版生物-探究實驗視頻-選修-酵母細胞的固定化.flv你認為實驗最重要的步驟是什么？試驗中應(yīng)注意的問題是什么？思考思考2活化是指什么？活化是指什么？1. 制備固定化酵母細胞制備固定化酵母細胞（1）酵母細胞的活化：）酵母細胞的活化：1g干酵母干酵母10mL蒸餾水蒸餾水50mL燒杯燒杯攪拌均勻攪拌均勻放置放置1h，使之活化。，使之活化。二二. 實驗設(shè)計實驗設(shè)計活化是指讓處于休眠狀態(tài)的微生活化是指讓處于休眠狀態(tài)的微生物重新恢復(fù)正常生活狀態(tài)的過程。物重新恢復(fù)正常生活狀態(tài)的過程。思考思考2活化是指什么？活化

10、是指什么？1. 制備固定化酵母細胞制備固定化酵母細胞（1）酵母細胞的活化：）酵母細胞的活化：1g干酵母干酵母10mL蒸餾水蒸餾水50mL燒杯燒杯攪拌均勻攪拌均勻放置放置1h，使之活化。，使之活化。2. 實驗設(shè)計實驗設(shè)計（2）配制）配制CaCl2溶液：溶液： 0.83gCaCl2150mL蒸餾水蒸餾水 200mL燒杯燒杯溶解備用。溶解備用。（3）配制海藻酸鈉溶液：）配制海藻酸鈉溶液： 0.7g海藻酸海藻酸鈉鈉10mL水水50mL燒杯燒杯酒精燈微火（或間斷）加熱，并不斷酒精燈微火（或間斷）加熱，并不斷攪拌，使之溶化攪拌，使之溶化蒸餾水定容到蒸餾水定容到10mL。（3）配制海藻酸鈉溶液：）配制海藻酸

11、鈉溶液：0.7g海藻酸海藻酸10mL水水50mL燒杯燒杯酒酒精燈微火（或間斷）加熱，并不斷攪拌，精燈微火（或間斷）加熱，并不斷攪拌，使之溶化使之溶化蒸餾水定容到蒸餾水定容到10mL。思考思考3微火加熱并不斷攪拌的目微火加熱并不斷攪拌的目的是什么？的是什么？防止海藻酸鈉焦糊。防止海藻酸鈉焦糊。（3）配制海藻酸鈉溶液：）配制海藻酸鈉溶液：0.7g海藻酸海藻酸10mL水水50mL燒杯燒杯酒酒精燈微火（或間斷）加熱，并不斷攪拌，精燈微火（或間斷）加熱，并不斷攪拌，使之溶化使之溶化蒸餾水定容到蒸餾水定容到10mL。思考思考3微火加熱并不斷攪拌的目微火加熱并不斷攪拌的目的是什么？的是什么？(4)海藻酸鈉溶

12、液與酵母細胞的混合：海藻酸鈉溶液與酵母細胞的混合：將溶化的海藻酸鈉溶液冷卻至室將溶化的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫，加入活化酵母細胞液，攪拌后吸溫，加入活化酵母細胞液，攪拌后吸入到注射器中。入到注射器中。(4)海藻酸鈉溶液與酵母細胞的混合：海藻酸鈉溶液與酵母細胞的混合：將溶化的海藻酸鈉溶液冷卻至室將溶化的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫，加入活化酵母細胞液，攪拌后吸溫，加入活化酵母細胞液，攪拌后吸入到注射器中。入到注射器中。思考思考4為什么要海藻酸鈉溶液冷為什么要海藻酸鈉溶液冷卻后才能加入酵母細胞？卻后才能加入酵母細胞？(4)海藻酸鈉溶液與酵母細胞的混合：海藻酸鈉溶液與酵母細胞的混合：將溶化的海藻酸鈉溶液冷卻

13、至室將溶化的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫，加入活化酵母細胞液，攪拌后吸溫，加入活化酵母細胞液，攪拌后吸入到注射器中。入到注射器中。思考思考4為什么要海藻酸鈉溶液冷為什么要海藻酸鈉溶液冷卻后才能加入酵母細胞？卻后才能加入酵母細胞？防止高溫殺死酵母細胞。防止高溫殺死酵母細胞。（5）固定化酵母細胞：）固定化酵母細胞：以恒定速度緩慢地將注射器以恒定速度緩慢地將注射器中的溶液滴加到中的溶液滴加到CaCl2溶液中，溶液中，形成凝膠珠狀顆粒。形成凝膠珠狀顆粒。 剛形成的凝膠珠應(yīng)在剛形成的凝膠珠應(yīng)在CaClCaCl2 2溶液中溶液中浸泡一段時間，浸泡一段時間，以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。 檢驗?zāi)z珠的質(zhì)

14、量是否合格，可以檢驗?zāi)z珠的質(zhì)量是否合格，可以使用下列方法：使用下列方法： 一是用鑷子夾起一個凝膠珠放在實一是用鑷子夾起一個凝膠珠放在實驗桌上用手?jǐn)D壓，如果凝膠珠不容易破驗桌上用手?jǐn)D壓，如果凝膠珠不容易破裂，沒有液體流出，就表明凝膠珠的制裂，沒有液體流出，就表明凝膠珠的制作成功。作成功。 二是在實驗桌上用力摔打凝膠珠，二是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。這一階段成功與否呢？怎樣評價？這一階段成功與否呢？怎樣評價？觀察凝膠珠的顏色和形狀觀察凝膠珠的顏色和形狀:如果制作的凝膠珠如果制作的凝膠珠顏色過淺

15、、呈白顏色過淺、呈白色色，說明海藻酸鈉的濃度，說明海藻酸鈉的濃度偏低，偏低，固固定的酵母細胞數(shù)目定的酵母細胞數(shù)目較少較少；如果形成；如果形成的凝膠珠的凝膠珠不是圓形或橢圓形不是圓形或橢圓形，則說，則說明海藻酸鈉的濃度明海藻酸鈉的濃度偏高偏高，制作失敗，制作失敗，需要再作嘗試。需要再作嘗試。（6）沖洗：將固定的酵母細胞凝）沖洗：將固定的酵母細胞凝膠珠用蒸餾水沖洗膠珠用蒸餾水沖洗23次。次。（二）（二）固定化酵母細胞的發(fā)酵固定化酵母細胞的發(fā)酵（二）（二）固定化酵母細胞的發(fā)酵固定化酵母細胞的發(fā)酵（6）沖洗：將固定的酵母細胞凝）沖洗：將固定的酵母細胞凝膠珠用蒸餾水沖洗膠珠用蒸餾水沖洗23次。次。（7）

16、發(fā)酵：）發(fā)酵：150mL10葡萄糖葡萄糖固定化酵母細胞固定化酵母細胞200mL錐形瓶錐形瓶密封密封25發(fā)酵發(fā)酵24h。思考思考5發(fā)酵過程中錐形瓶為什么要發(fā)酵過程中錐形瓶為什么要密封？密封？思考思考6錐形瓶中的氣泡和酒精是怎錐形瓶中的氣泡和酒精是怎樣形成的？樣形成的？思考思考7在利用固定化酶或固定化細在利用固定化酶或固定化細胞進行生產(chǎn)的過程中，需要無菌操作胞進行生產(chǎn)的過程中，需要無菌操作嗎？嗎？思考思考5發(fā)酵過程中錐形瓶為什么要發(fā)酵過程中錐形瓶為什么要密封？密封？思考思考6錐形瓶中的氣泡和酒精是怎錐形瓶中的氣泡和酒精是怎樣形成的？樣形成的？思考思考7在利用固定化酶或固定化細在利用固定化酶或固定化

17、細胞進行生產(chǎn)的過程中，需要無菌操作胞進行生產(chǎn)的過程中，需要無菌操作嗎？嗎？酵母菌的酒精發(fā)酵需要缺氧條件。酵母菌的酒精發(fā)酵需要缺氧條件。思考思考5發(fā)酵過程中錐形瓶為什么要發(fā)酵過程中錐形瓶為什么要密封？密封？思考思考6錐形瓶中的氣泡和酒精是怎錐形瓶中的氣泡和酒精是怎樣形成的？樣形成的？思考思考7在利用固定化酶或固定化細在利用固定化酶或固定化細胞進行生產(chǎn)的過程中，需要無菌操作胞進行生產(chǎn)的過程中，需要無菌操作嗎？嗎？酵母菌的酒精發(fā)酵需要缺氧條件。酵母菌的酒精發(fā)酵需要缺氧條件。酵母菌進行無氧呼吸產(chǎn)生的。酵母菌進行無氧呼吸產(chǎn)生的。思考思考5發(fā)酵過程中錐形瓶為什么要發(fā)酵過程中錐形瓶為什么要密封？密封？思考思

18、考6錐形瓶中的氣泡和酒精是怎錐形瓶中的氣泡和酒精是怎樣形成的？樣形成的？思考思考7在利用固定化酶或固定化細在利用固定化酶或固定化細胞進行生產(chǎn)的過程中，需要無菌操作胞進行生產(chǎn)的過程中，需要無菌操作嗎？嗎？酵母菌的酒精發(fā)酵需要缺氧條件。酵母菌的酒精發(fā)酵需要缺氧條件。酵母菌進行無氧呼吸產(chǎn)生的。酵母菌進行無氧呼吸產(chǎn)生的。需要。需要。這一階段成功與否呢？怎這一階段成功與否呢？怎樣評價？樣評價？觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液；觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液；利用固定的酵母細胞發(fā)酵產(chǎn)生利用固定的酵母細胞發(fā)酵產(chǎn)生酒精，可以看到產(chǎn)生了很多氣酒精，可以看到產(chǎn)生了很多氣泡，同時會聞到酒味。泡，同時會聞到酒味。還有其他方法嗎？還有其他方

19、法嗎？課堂小結(jié)： 基礎(chǔ)知識固定化酶的應(yīng)用技術(shù)固定化細胞技術(shù)實驗操作制備固定化酵母細胞用固定化酵母細胞發(fā)酵練習(xí)：練習(xí)：1 1、下列說法不正確的是（、下列說法不正確的是（ ）A A、葡萄糖與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸，、葡萄糖與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸，轉(zhuǎn)化成的是果糖轉(zhuǎn)化成的是果糖B B、從固定化酶反應(yīng)柱下端流出的是果、從固定化酶反應(yīng)柱下端流出的是果糖糖C C、高果糖漿不會像蔗糖那樣誘發(fā)肥胖、高果糖漿不會像蔗糖那樣誘發(fā)肥胖、糖尿病、齲齒和心血管病糖尿病、齲齒和心血管病D D、酶溶解于葡萄糖溶液，可以從糖漿、酶溶解于葡萄糖溶液，可以從糖漿中回收中回收D2 2、如果反應(yīng)物是大分子物質(zhì)，采、如果反應(yīng)物是大分子物質(zhì)，采用那種方法催化受限制用那種方法催化受限制( )( )。A A直接使用酶直接使用酶 B B使用化學(xué)方法結(jié)合的酶使用化學(xué)方法結(jié)合的酶C C使用固定化細胞使用固定化細胞 D D使用物理吸附法固定的