醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭

專題4酶的研究與應(yīng)用課題3酵母細(xì)胞的固定化2021/7/18星期日1醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!在應(yīng)用酶的過程中，人們發(fā)現(xiàn)了一些實(shí)際問題：課題背景如今，酶已經(jīng)大規(guī)模地應(yīng)用于食品、化工、輕紡、醫(yī)藥等各個領(lǐng)域。酶通常對強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫和有機(jī)溶劑等條件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很難回收，不能被再次利用，提高了生產(chǎn)成本；反應(yīng)后酶會混在產(chǎn)物中，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量。2021/7/18星期日2醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!

有人設(shè)想，將酶固定在不溶于水的載體上，使酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離，同時，固定在載體上的酶還可以被反復(fù)利用。現(xiàn)代的固定化酶技術(shù)已完全實(shí)現(xiàn)了這一設(shè)想。

2021/7/18星期日3醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!

自20世紀(jì)70年代，在固定化酶技術(shù)的基礎(chǔ)上，又發(fā)展出了細(xì)胞固定化技術(shù)。與固定化酶技術(shù)相比，固定化細(xì)胞制備的成本更低，操作更容易。酶是由細(xì)胞合成的，于是，又有人設(shè)想，能否將合成酶的細(xì)胞直接固定?2021/7/18星期日4醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!1、固定化酶技術(shù)：即將酶固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)（如固定在不溶于水的載體上）。2、固定化酶技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：（1）使酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離；（2）固定在載體上的沒可以被反復(fù)利用。2021/7/18星期日5醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!使用固定化酶技術(shù)，將這種酶固定在一種顆粒狀的載體上，再將這些酶顆粒裝到一個反應(yīng)柱內(nèi)，柱子底端裝上分布著許小孔的篩板。酶顆粒無法通過篩板上的小孔，而反應(yīng)溶液卻可以自由出入。生產(chǎn)過程中，將葡萄糖溶液從反應(yīng)柱的上端注入，使葡萄糖溶液流過反應(yīng)柱，與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸，轉(zhuǎn)化成果糖，從反應(yīng)柱的下端流出。反應(yīng)柱能連續(xù)使用半年，大大降低了生產(chǎn)成本，提高了果糖的產(chǎn)量和質(zhì)量。目前，用固定化葡萄糖異構(gòu)酶生產(chǎn)高果糖漿的規(guī)模已經(jīng)超過了每年1000萬噸。

隱藏資料(一)、固定化酶的應(yīng)用實(shí)例2021/7/18星期日6醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!使用固定化酶技術(shù)，將葡萄糖異構(gòu)酶固定在一種顆粒狀的載體上，再將這些酶顆粒裝到一個反應(yīng)柱內(nèi)，柱子底端裝上分布著許多小孔的篩板。酶顆粒無法通過篩板上的小孔，而反應(yīng)液卻可以自由出入。生產(chǎn)過程中，將葡萄糖溶液從反應(yīng)柱的上端注入，使葡萄糖溶液流過反應(yīng)柱，與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸轉(zhuǎn)化成果糖，從反應(yīng)柱的下端流出基礎(chǔ)知識

(一)、固定化酶的應(yīng)用實(shí)例5高果糖漿生產(chǎn)過程:2021/7/18星期日7醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!（1）使酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離；（2）固定在載體上的酶可以被反復(fù)利用。反應(yīng)柱能連續(xù)使用半年，大大降低了生產(chǎn)成本，提高果糖的產(chǎn)量和質(zhì)量。基礎(chǔ)知識

(一)固定化酶的應(yīng)用實(shí)例優(yōu)點(diǎn):2021/7/18星期日8醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!練習(xí)、目前，日用化工廠大量生產(chǎn)的酶制劑，其中的酶大都來自A、化學(xué)合成B、動物體內(nèi)C、植物體內(nèi)D、微生物體內(nèi)2021/7/18星期日9醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!二、固定化細(xì)胞技術(shù)1、概念：利用物理或化學(xué)方法將細(xì)胞固定在一定空間的技術(shù)。細(xì)胞中含有一系列酶，在細(xì)胞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。閱讀P50：思考第二段的問題2021/7/18星期日10醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!酶物理吸附法化學(xué)結(jié)合法細(xì)胞包埋法原因①細(xì)胞個大，酶分子很小②個體大的細(xì)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3.酶和細(xì)胞固定方法的選擇2021/7/18星期日11醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!4、固定化細(xì)胞常用的載體常用的不溶于水的多孔性載體有哪些？明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素、聚丙烯酰胺等

2021/7/18星期日12醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!（一）制備固定化酵母細(xì)胞閱讀P50~51思考下列問題：（1）制備過程包括哪幾個步驟？（2）各步驟應(yīng)當(dāng)分別注意什么問題？2021/7/18星期日13醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!1、酵母細(xì)胞的活化實(shí)驗(yàn)操作取1g干酵母，放入50ml的小燒杯中，加入蒸餾水10ml，用玻璃棒攪拌，使酵母細(xì)胞混合均勻，成糊狀，放置1h左右使其活化?；罨壕褪亲屘幱谛菝郀顟B(tài)的微生物重新恢復(fù)正常的生活狀態(tài)注意事項(xiàng)A、選用的干酵母要具有較強(qiáng)的活性，而且物種單一B、在缺水狀態(tài)下，微生物處于休眠狀態(tài)。注意水的用量2021/7/18星期日14醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!3、配制海藻酸鈉溶液實(shí)驗(yàn)操作稱取0.7g海藻酸鈉，放入50mL小燒杯中，加人10mL水，用酒精燈加熱，邊加熱邊攪拌，將海藻酸鈉調(diào)成糊狀，直至完全溶化，用蒸餾水定容至10mL。注意，加熱時要用小火，或者間斷加熱，反復(fù)幾次，直到海藻酸鈉溶化為止。說明：海藻酸鈉的濃度涉及到固定化細(xì)胞的質(zhì)量。如果海藻酸鈉濃度過高，將很難形成凝膠珠；如果濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細(xì)胞的數(shù)目少，影響實(shí)驗(yàn)效果。2021/7/18星期日15醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!實(shí)驗(yàn)操作5、固定化酵母細(xì)胞以恒定的速度緩慢地將注射器中的溶液滴加到配制好的CaCl2溶液中，觀察液滴在CaCl2溶液中形成凝膠珠的情形。將這些凝膠珠在CaCl2溶液中浸泡30min左右如果沒有注射器，可以在小塑料瓶上安裝一個孔徑為2mm的噴嘴來使用。注意事項(xiàng)A、可利用海藻酸鈉制成不含酵母菌的凝膠珠，用作對照B、海藻酸鈉膠體在CaCl2這種電解質(zhì)的作用下，發(fā)生聚沉，形成凝膠珠，需穩(wěn)定30min左右2021/7/18星期日16醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!

海藻酸鈉在水中溶解的速度較慢，需要通過加熱促進(jìn)其溶解。溶解海藻酸鈉，最好采用小火間斷加熱的方法。例如，加熱幾分鐘后，從石棉網(wǎng)上取下燒杯冷卻片刻，并不斷攪拌，再將燒杯放回石棉網(wǎng)繼續(xù)加熱，如此重復(fù)數(shù)次，直至海藻酸鈉完全溶化。如果加熱太快，海藻酸鈉會發(fā)生焦糊。四.操作提示2021/7/18星期日17醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!

凝膠珠顏色過淺，呈白色失敗

原因

固定的酵母細(xì)胞過少，海藻酸鈉濃度偏低2021/7/18星期日18醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!2固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵結(jié)果分析

葡萄糖溶液中產(chǎn)生許多氣泡，同時聞到酒味2021/7/18星期日19醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!類型優(yōu)點(diǎn)不足直接使用酶固定化酶固定化細(xì)胞直接使用酶、固定化酶和固定化細(xì)胞催化的優(yōu)缺點(diǎn)P52

一種酶只能催化一種化學(xué)反應(yīng)，而在生產(chǎn)實(shí)踐中，很多產(chǎn)物的形成都通過一系列的酶促反應(yīng)才能得到的對環(huán)境條件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很難回收，不能被再次利用，提高了生產(chǎn)成本；反應(yīng)后酶會混在產(chǎn)物中，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量固定后的酶或細(xì)胞與反應(yīng)物不容易接近，可能導(dǎo)致反應(yīng)效果下降等。由于大分子物質(zhì)難以自由通過細(xì)胞膜，因此固定化細(xì)胞的應(yīng)用也受到限制催化效率高，低耗能、低污染等酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離，同時，固定在載體上的酶還可以被反復(fù)利用成本低、操作容易。對酶活性的影響更小、可以催化一系列的反應(yīng)、容易回收2021/7/18星期日20醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!（2009.江蘇）下列關(guān)于固定化酶和固定化細(xì)胞的敘述，正確的是（）

A.固定化細(xì)胞技術(shù)在多步連續(xù)催化反應(yīng)方面優(yōu)勢明顯

B.固定化酶的應(yīng)用中，要控制好pH、溫度和溶解氧

C.利用固定化酶降解水體中有機(jī)磷農(nóng)藥，需提供適宜的營養(yǎng)條件

D.利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行發(fā)酵，糖類的作用只是作為反應(yīng)物高考鏈接A2021/7/18星期日21醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!選擇題1.下列不屬于酶的優(yōu)點(diǎn)的是（）A.催化效率高B.低耗能C.低污染D.可以反復(fù)利用2.在固定化酵母細(xì)胞中，海藻酸鈉溶液的作用是（）A.固定化酵母細(xì)胞B.懸浮酵母細(xì)胞C.回收酵母細(xì)胞D.催化化學(xué)反應(yīng)DA2021/7/18星期日22醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!2、酶的生產(chǎn)①提取法定義：采用一定的技術(shù)直接從動植物或微生物的組織、細(xì)胞中將酶提取出來優(yōu)點(diǎn)：簡單易行，在動植物或微生物資源豐富的地區(qū)具有應(yīng)用價值實(shí)例：在屠宰廠，可以從家畜胰臟中提取出胰酶；在水果加工廠，可以從菠蘿皮中提取出菠蘿蛋白酶2021/7/18星期日23醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!②發(fā)酵法——常用方法定義：通過微生物發(fā)酵獲得所需要的酶。如果是胞外酶，可以從發(fā)酵液中直接提取；如果是細(xì)胞內(nèi)酶，則可將細(xì)胞弄碎再經(jīng)過提取純化而得到。易培養(yǎng)、繁殖速度快、便于大規(guī)模生產(chǎn)。優(yōu)點(diǎn)：提取方式：2021/7/18星期日24醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)固定化酶酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離，同時，固定在載體上的每還可以被反復(fù)利用一種酶只能催化一種化學(xué)反應(yīng)，而在生產(chǎn)實(shí)踐中，很多產(chǎn)物的形成都通過一系列的酶促反應(yīng)才能得到2021/7/18星期日25醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!

閱讀P49~50，并思考：1、解決酶應(yīng)用中存在問題的方法是？2、這種方法的優(yōu)點(diǎn)是什么？3、什么是高果糖漿？使用它有何好處？4、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(diǎn)？5、了解高果糖漿生產(chǎn)過程。一、固定化酶的應(yīng)用實(shí)例2021/7/18星期日26醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!3.高果糖漿是果糖含量為42%左右的糖漿。作為蔗糖的替代品，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，對人的健康更有益。4.高果糖漿的生產(chǎn)需要使用葡萄糖異構(gòu)酶，它能將葡萄糖轉(zhuǎn)化成果糖。這種酶的穩(wěn)定性好，可以持續(xù)發(fā)揮作用。但是，酶溶解于葡萄糖溶液后，就無法從糖漿中回收，造成很大的浪費(fèi)。2021/7/18星期日27醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!5、固定化酶技術(shù)生產(chǎn)高果糖漿的圖示：注意反應(yīng)柱的各部分名稱。2021/7/18星期日28醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!含淀粉的漿液α-淀粉酶糊精糖化酶葡萄糖葡萄糖異構(gòu)酶葡萄糖的異構(gòu)化42%～45%轉(zhuǎn)化成果糖果葡糖漿果糖和葡萄糖分離葡萄糖再次異構(gòu)化反復(fù)多次果糖含量70%～90%高果糖漿固定化酶技術(shù)生產(chǎn)高果糖漿生產(chǎn)流程基礎(chǔ)知識

(一)、固定化酶的應(yīng)用實(shí)例2021/7/18星期日29醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!一種酶只能催化一種化學(xué)反應(yīng)，而在生產(chǎn)實(shí)際中很多產(chǎn)物的形成都通過一系列的酶促反應(yīng)才能進(jìn)行，所以操作比較麻煩。

可采用固定化細(xì)胞技術(shù)。缺點(diǎn)：2021/7/18星期日30醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!

在生產(chǎn)實(shí)際中使用固定化酶技術(shù)有無不足?如有不足,怎么辦?有。一種酶只能催化一種化學(xué)反應(yīng)，而在生產(chǎn)實(shí)際中很多產(chǎn)物的形成都通過一系列的酶促反應(yīng)才能進(jìn)行，所以操作比較麻煩。可采用固定化細(xì)胞技術(shù)。2021/7/18星期日31醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!包埋在網(wǎng)格中用化學(xué)鍵結(jié)合起來物理吸附在載體上2、固定化酶或細(xì)胞的常用方法2021/7/18星期日32醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!方法原理適用對象1包埋法2化學(xué)結(jié)合法3物理吸附法隱藏資料是將聚合物的單體與酶溶液混合，再借助于聚合助進(jìn)劑(包括交聯(lián)劑)的作用進(jìn)行聚合，酶被包埋在聚合物中以達(dá)到固定化酶或細(xì)胞酶蛋白的側(cè)鏈基團(tuán)和載體表面上的功能基團(tuán)之間形成共價鍵而固定的方法通過氫鍵、疏水作用和π電子親和力等物理作用，將酶固定于水不溶載體上．從而制成固定化酶酶酶2021/7/18星期日33醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!三.實(shí)驗(yàn)操作

今天我們以酵母細(xì)胞為實(shí)驗(yàn)材料，進(jìn)行酵母細(xì)胞的固定化實(shí)驗(yàn)。2021/7/18星期日34醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!（一）制備固定化酵母細(xì)胞的操作步驟1．酵母細(xì)胞的活化2．配制物質(zhì)的量濃度為0.05mol／L的CaCl2溶液3．配制海藻酸鈉溶液4．海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合

5．固定化酵母細(xì)胞2021/7/18星期日35醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!實(shí)驗(yàn)操作2、配制物質(zhì)的量濃度為0.05mol/L的CaCl2溶液稱取無水CaCl20.83g。放人200mL的燒杯中，加入150mL的蒸餾水，使其充分溶解，待用。注意事項(xiàng)溶解物質(zhì)要徹底，勿用自來水溶解，以防自來水中各種離子影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果2021/7/18星期日36醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!4、海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合將溶化好的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫，加入已活化的酵母細(xì)胞，進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，使其混合均勻，再轉(zhuǎn)移至注射器中實(shí)驗(yàn)操作注意事項(xiàng)

A、溶化好的海藻酸鈉溶液必須冷卻至室溫，否則會因溫度過高殺死酵母菌B、攪拌要徹底充分，使兩者混合均勻，以免影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察2021/7/18星期日37醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!（二）用固定化細(xì)胞發(fā)酵

1、將固定好的酵母細(xì)胞(凝膠珠)用蒸餾水沖洗2-3次。實(shí)驗(yàn)操作

2、將150mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的葡萄糖溶液轉(zhuǎn)移到200mL的錐形瓶中，再加入固定好的酵母細(xì)胞，置于25℃下發(fā)降24h。注意事項(xiàng)①控制好發(fā)酵溫度，一般是室溫25℃②發(fā)酵時間可視具體情況而定，一般時間稍長一些，效果明顯③可用不含酵母的凝膠珠做相同的處理，對照實(shí)驗(yàn)結(jié)果2021/7/18星期日38醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!五.結(jié)果結(jié)果分析與評價1制備固定化酵母細(xì)胞結(jié)果分析

形成凝膠珠的顏色較深，形狀為圓形或橢圓形成功2021/7/18星期日39醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!

凝膠珠不是橢圓形或圓形，呈其它形狀失敗

原因

固定的酵母細(xì)胞過多，海藻酸鈉濃度偏高2021/7/18星期日40醫(yī)學(xué)資料4.3酵母細(xì)胞的固定化蘭共47頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!

注意：

剛形成的凝膠珠應(yīng)在CaCl2溶液中浸泡一段時間，以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

檢驗(yàn)?zāi)z珠的質(zhì)量是否合格，可以使用下列方法。一是用鑷子夾起一個凝膠珠放在實(shí)驗(yàn)桌上用手?jǐn)D壓，如果凝膠珠不容易破裂，沒有液體流出，就表明凝膠珠的制作成功。