課題3酵母細胞的固定化學習資料

課題3酵母(jiàomǔ)細胞的固定化第一頁，共31頁。第二頁，共31頁。一、固定化酶的應用實例——生產(chǎn)高果糖漿1.反應原理:葡萄糖果糖。2.葡萄糖異構酶的優(yōu)缺點:(1)優(yōu)點(yōudiǎn):這種酶的_______較好,能持續(xù)發(fā)揮作用。(2)缺點:酶溶解于葡萄糖溶液后,無法從糖漿中回收,造成很大的浪費。_____________葡萄糖異構酶穩(wěn)定性第三頁，共31頁。3.使用固定化酶的生產(chǎn)原理:將葡萄糖異構酶固定在顆粒狀的_____上,再將這些酶顆粒裝入_______中,柱子底端裝上分布著許多小孔的篩板。_______無法通過篩板上的小孔,而__________可以自由出入。4.生產(chǎn)操作:(1)將_______溶液從反應柱的上端(shànɡduān)注入。(2)使葡萄糖溶液流過反應柱,與___________________接觸。(3)轉化成的果糖,從反應柱的下端流出。載體(zàitǐ)反應(fǎnyìng)柱酶顆粒反應溶液葡萄糖固定化葡萄糖異構酶第四頁，共31頁。二、固定化技術的方法1.固定化酶和固定化細胞技術的概念:是指利用物理或__________將酶或細胞固定在一定空間(kōngjiān)內的技術。2.常用的方法:包埋法、___________和物理吸附法。(1)酶適合采用化學結合法和___________固定化,而細胞多采用_______固定化。(2)包埋法固定化細胞是將微生物細胞均勻地包埋在不溶于水的___________中。常用的載體有明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等?；瘜W(huàxué)方法(fāngfǎ)化學結合法物理吸附法包埋法多孔性載體第五頁，共31頁。三、固定化酵母細胞實驗操作1.酵母細胞的活化:向盛有干酵母的小燒杯中加入_______,讓處于_____狀態(tài)的酵母菌恢復正常的生活狀態(tài)。2.配制CaCl2溶液:配制物質的量濃度為0.05mol·L-1的_____溶液。3.配制海藻酸鈉溶液:用酒精燈加熱時,邊加熱邊_____,要用小火,或者_________,直至完全(wánquán)溶化。蒸餾水休眠(xiūmián)CaCl2攪拌(jiǎobàn)間斷加熱第六頁，共31頁。4.海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合: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胞,進行充分攪拌,使其混合均勻,再轉移至_______中。5.固定化酵母細胞:以_____的速度緩慢地將注射器中的溶液滴加到配制好的_________中,浸泡___min左右。6.用固定化酵母細胞發(fā)酵:將固定好的酵母細胞(凝膠珠)用_______沖洗2～3次,放入用于發(fā)酵的葡萄糖溶液中,再置于25℃下發(fā)酵24h后,會發(fā)現(xiàn)有_____產(chǎn)生(chǎnshēng),同時有酒味散發(fā)。注射器恒定(héngdìng)CaCl2溶液(róngyè)30蒸餾水氣泡第七頁，共31頁。【思考辨析(biànxī)】1.判斷正誤(1)酶的固定化提高了酶的催化效率。()【分析】酶的固定化使酶能夠反復利用,提高了酶的利用率,但并未提高酶的催化效率。(2)柱子底端分布著許多小孔的篩板屬于半透膜。()【分析】半透膜是只允許離子和小分子自由通過的膜結構。葡萄糖異構酶已經(jīng)被固定在載體上,與反應溶液的分離屬于較大固體顆粒與液體的分離,已超出半透膜分離溶質分子的范疇?！痢恋诎隧?，共31頁。(3)固定化酵母常采用化學結合法和物理吸附法。()【分析】化學結合法和物理吸附法是固定化酶常采用的方法,固定化酵母一般采用包埋法。(4)酵母細胞(xìbāo)的固定化可提高發(fā)酵產(chǎn)品的質量。()×√第九頁，共31頁。2.問題思考(1)固定(gùdìng)化酶和固定(gùdìng)化酵母在營養(yǎng)物質提供方面有何差別?提示：固定(gùdìng)化酶不需要提供營養(yǎng)物質,固定(gùdìng)化酵母需要提供營養(yǎng)物質以保證酵母菌存活。(2)如果制作的凝膠柱顏色過淺,呈白色,則說明了什么?提示：說明海藻酸鈉濃度偏低,固定(gùdìng)的細胞數(shù)目少。第十頁，共31頁。一、直接(zhíjiē)使用酶、固定化酶、固定化細胞催化的比較直接使用酶固定化酶固定化細胞酶的種類一種或幾種一種一系列酶制作方法化學結合法、物理吸附法包埋法是否需要營養(yǎng)物質否否是第十一頁，共31頁。直接使用酶固定化酶固定化細胞催化反應單一或多種單一一系列反應底物各種物質(大分子、小分子)各種物質(大分子、小分子)小分子優(yōu)點催化效率高、低耗能、低污染等被固定的酶可重復使用成本低,操作更容易第十二頁，共31頁。第十三頁，共31頁。直接使用酶固定化酶固定化細胞缺點①溶液中的酶不能回收利用,增加了生產(chǎn)成本②反應后酶會混在產(chǎn)物中,可能影響產(chǎn)品質量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)物的形成都是通過一系列的酶促反應才能得到的固定后的細胞與反應物不容易接近,尤其是大分子物質,可能導致反應效率下降等第十四頁，共31頁?！疽族e提醒】有關固定化細胞與固定化酶的兩點提醒(1)固定化細胞使用的都是活細胞,應該(yīnggāi)為其提供一定的營養(yǎng)物質,而固定化酶不需要。(2)固定化細胞由于固定的是完整的細胞,因而酶的環(huán)境較穩(wěn)定,所以對酶的活性影響較小,更能抵抗外界環(huán)境的變化。第十五頁，共31頁?！镜淅柧?】(2013·江蘇高考)下列有關固定化酶和固定化細胞的敘述,正確的是()A.可用包埋法制備固定化酵母細胞B.反應(fǎnyìng)產(chǎn)物對固定化酶的活性沒有影響C.葡萄糖異構酶固定前后專一性不同D.固定化細胞可以催化各種反應(fǎnyìng)底物的一系列反應(fǎnyìng)第十六頁，共31頁?！窘忸}關鍵】解答本題，需要注意以下兩點：(1)明確固定化的對象是細胞還是酶，不同的對象，固定化的方法不同。(2)明確酶促反應中存在反饋(fǎnkuì)調節(jié)，其產(chǎn)物可以和酶結合。第十七頁，共31頁?！窘馕觥窟xA。本題考查固定化酶和固定化細胞技術。A項中，固定化酵母細胞使用包埋法，固定化酶適合采用化學結合法和物理吸附法，故正確。B項中，酶促反應的產(chǎn)物積累如pH變化會影響酶的活性，故錯誤。C項中，酶固定前后專一性不變，故錯誤。D項中，固定化細胞固定的是一系列酶，可以催化一系列反應，但不能催化各種(ɡèzhǒnɡ)反應底物的反應，故錯誤。第十八頁，共31頁?！咀兪接柧殹肯铝嘘P于固定化細胞的說法錯誤的是()A.固定化細胞技術是利用物理或化學方法將細胞固定在一定空間內的技術B.酶固定化技術是固定化細胞技術的基礎C.一般來說,細胞常采用(cǎiyòng)物理吸附法固定D.包埋法常用的載體有明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等第十九頁，共31頁?！窘馕觥窟xC。細胞體積大,酶分子(fēnzǐ)體積很小;體積大的細胞難以被吸附或結合,而體積小的酶容易從包埋材料中漏出,所以酶更適合采用化學結合法和物理吸附法固定化,而細胞多采用包埋法固定化。第二十頁，共31頁。二、固定化酵母(jiàomǔ)細胞的制備與應用1.固定化酵母(jiàomǔ)細胞的制備:(1)酵母(jiàomǔ)細胞的活化:在缺水的狀態(tài)下,微生物會處于休眠狀態(tài)?；罨褪亲屘幱谛菝郀顟B(tài)的微生物恢復正常的生活狀態(tài)。(2)配制CaCl2溶液:0.83g無水CaCl2+150mL蒸餾水→200mL燒杯→溶解備用。(3)配制海藻酸鈉溶液:0.7g海藻酸鈉+10mL水→50mL燒杯→酒精燈小火(或間斷)加熱,并不斷攪拌,使之溶化→蒸餾水定容至10mL。第二十一頁，共31頁。(4)海藻酸鈉溶液(róngyè)與酵母細胞的混合:將溶化好的海藻酸鈉溶液(róngyè)冷卻至室溫,加入已活化的酵母細胞,充分攪拌后吸入注射器中。(5)固定化酵母細胞:以恒定速度緩慢地將注射器中的溶液(róngyè)滴加到CaCl2溶液(róngyè)中,形成凝膠珠。第二十二頁，共31頁。2.用固定化酵母細胞發(fā)酵:(1)沖洗:將固定好的酵母細胞(凝膠珠)用蒸餾水沖洗2～3次,剛形成的凝膠珠應在CaCl2溶液(róngyè)中浸泡30min左右,形成穩(wěn)定結構。(2)發(fā)酵:150mL質量分數(shù)為10%的葡萄糖→200mL錐形瓶→加入固定化酵母細胞→25℃發(fā)酵24h。第二十三頁，共31頁。【易錯提醒】制備固定化酵母細胞的三點提醒(1)CaCl2要稱量準確,不能用自來水配制溶液,防止自來水中各種離子(lízǐ)影響實驗效果,應用蒸餾水。(2)制備過程嚴格要求無菌操作,防止微生物污染。(3)海藻酸鈉溶液的濃度影響固定化細胞的質量,如果海藻酸鈉濃度過高,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胞的數(shù)目就少,影響實驗效果。第二十四頁，共31頁?！镜淅柧?】(2010·江蘇高考改編)如圖1表示制備固定化酵母細胞的有關操作,圖2是利用固定化酵母細胞進行酒精發(fā)酵的示意圖。下列敘述(xùshù)不正確的是()第二十五頁，共31頁。A.剛溶化的海藻酸鈉應迅速與活化的酵母細胞混合(hùnhé)制備混合(hùnhé)液B.圖1中X溶液為CaCl2溶液,其作用是使海藻酸鈉形成凝膠珠C.圖2發(fā)酵過程中攪拌的目的是使培養(yǎng)液與酵母細胞充分接觸D.圖1中制備的凝膠珠用蒸餾水洗滌后再轉移到圖2裝置中第二十六頁，共31頁?！窘忸}關鍵】解題關鍵是了解制備固定化酵母細胞的過程,明確(míngquè)各種溶液的作用和每個步驟的意義。溶化海藻酸鈉時需要加熱,圖1為凝膠珠的形成過程,圖2為酵母細胞發(fā)酵的過程。第二十七頁，共31頁?！窘馕觥窟xA。剛溶化的海藻酸鈉溶液要冷卻至室溫,才能與活化的酵母細胞混合制備混合液,以免高溫使酵母細胞失活;混合液加入CaCl2溶液進行固定化酵母細胞,CaCl2溶液的作用是使海藻酸鈉形成凝膠珠;發(fā)酵過程中攪拌的目的是使培養(yǎng)液與酵母細胞充分接觸,以利于發(fā)酵過程的順利進