酵母細(xì)胞的固定化2015323

酵母細(xì)胞的固定化課題3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(gè)領(lǐng)域。在應(yīng)用酶的過(guò)程中，人們發(fā)現(xiàn)了一些實(shí)際問(wèn)題：酶通常對(duì)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(huì)混中產(chǎn)物中，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量。課題背景于是，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(shí)，固定在載體上的酶還可以被反復(fù)利用?，F(xiàn)代的固定化酶技術(shù)已完全實(shí)現(xiàn)了這一設(shè)想。高果糖漿的生產(chǎn)就是固定化酶技術(shù)成功地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)例。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？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。本課題中，我們將動(dòng)手制備固定化酵母細(xì)胞，體會(huì)固定化酶的作用。課題背景通過(guò)課題背景分析，你有何體會(huì)？酶：固定化酶：

固定化細(xì)胞：思考:優(yōu)點(diǎn)：實(shí)際問(wèn)題：設(shè)想：催化效率高，低耗能，低污染①對(duì)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、、高溫等環(huán)境條件敏感，易失活；③反應(yīng)后酶混在產(chǎn)物中，如不去除，會(huì)影響產(chǎn)品的品質(zhì).將酶固定在不溶于水的載體上.②溶液中的酶很難收回，不能被再次利用，提高了生產(chǎn)成本；酶既能與反應(yīng)物接觸，又容易與反應(yīng)物分離，同時(shí)，還可以反復(fù)利用.優(yōu)點(diǎn)：實(shí)際問(wèn)題：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)物的形成都是通過(guò)一系列的酶促反應(yīng)才能完成的.

酶是細(xì)胞合成的，能否將合成酶的細(xì)胞直接.固定？成本低，操作更容易.設(shè)想：優(yōu)點(diǎn)：

閱讀P49，并思考：1、解決酶應(yīng)用中存在問(wèn)題的方法是什么？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(guò)程。一、固定化酶的應(yīng)用實(shí)例基礎(chǔ)知識(shí)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）。（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。1、解決酶應(yīng)用中存在問(wèn)題的方法是什么？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？一、固定化酶的應(yīng)用實(shí)例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(huì)像蔗糖那樣誘發(fā)肥胖、糖尿病、齲齒和心血管病，對(duì)人的健康有利。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)？生產(chǎn)高果糖漿需要葡萄糖異構(gòu)酶；其作用是將葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖；這種酶穩(wěn)定性好，可持續(xù)發(fā)揮作用。5、了解高果糖漿生產(chǎn)過(guò)程。注意反應(yīng)柱的各部分名稱。你能說(shuō)出反應(yīng)柱的優(yōu)點(diǎn)嗎？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。

思考：在生產(chǎn)實(shí)際中使用固定化酶技術(shù)有什么不足?有什么解決辦法?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(guò)一系列的酶促反應(yīng)才能進(jìn)行，所以操作比較麻煩。不足：解決辦法：可采用固定化細(xì)胞技術(shù)。1、什么是固定化酶或細(xì)胞技術(shù)？閱讀P50內(nèi)容，思考以下問(wèn)題：二、固定化細(xì)胞技術(shù)2、細(xì)胞（或酶）固定化的常用方法有哪些？3、酶和細(xì)胞固定方法的選擇及原因？4、固定化細(xì)胞常用的不溶于水的多孔性載體有哪些？二、固定化細(xì)胞技術(shù)1、什么是固定化酶或細(xì)胞技術(shù)？2、細(xì)胞（或酶）固定化的常用方法有哪些？利用物理或化學(xué)方法將酶或細(xì)胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)。包埋法將酶（或細(xì)胞）包埋在細(xì)微網(wǎng)格里化學(xué)結(jié)合法將酶（或細(xì)胞）相互連接起來(lái)吸附法將酶（或細(xì)胞）吸附在載體表面【比較】酶和細(xì)胞的固定方法和特點(diǎn)固定對(duì)象酶細(xì)胞適宜固定法化學(xué)結(jié)合法、物理吸附法包埋法特點(diǎn)體積小，固定一種酶。包埋法容易丟失體積大，固定一系列酶。難以化學(xué)結(jié)合和吸附3、酶和細(xì)胞固定方法的選擇及原因？①酶適合采用化學(xué)結(jié)合和物理吸附法固定②細(xì)胞適合采用包埋法固定（1）方法（2）原因①細(xì)胞體積大，酶分子很?、隗w積大的細(xì)胞難以被吸附或結(jié)合，而體積小的酶容易從包埋的材料中漏出4、固定化細(xì)胞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1．從操作角度來(lái)考慮，你認(rèn)為固定化酶技術(shù)與固定化細(xì)胞技術(shù)哪一種方法更容易？哪一種方法對(duì)酶活性的影響更?。抗潭ɑ?xì)胞技術(shù)固定化細(xì)胞固定的是一系列酶固定化細(xì)胞技術(shù)固定化酶技術(shù)2．固定化細(xì)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(guò)程變成連續(xù)的酶反應(yīng)，應(yīng)該選擇哪種方法？4．如果反應(yīng)物是大分子物質(zhì)，又應(yīng)該選擇哪種方法？思考（大分子物質(zhì)不能進(jìn)入細(xì)胞）（一）制備固定化酵母細(xì)胞閱讀P50～51思考下列問(wèn)題：（1）制備過(guò)程包括哪幾個(gè)步驟？（2）你認(rèn)為哪個(gè)步驟的操作是最重要的一環(huán)？（3）各步驟應(yīng)當(dāng)分別注意什么問(wèn)題？實(shí)驗(yàn)操作1、酵母細(xì)胞的活化思考：

關(guān)于酵母菌你有哪些知識(shí)？

（一）制備固定化酵母細(xì)胞什么是活化？其本質(zhì)是什么？活化的方法是什么？具體操作過(guò)程？操作過(guò)程中應(yīng)注意什么？1、酵母細(xì)胞的活化（一）制備固定化酵母細(xì)胞本質(zhì)：方法：活化：讓處于休眠狀態(tài)的微生物重新恢復(fù)正常的生活狀態(tài)。加快新陳代謝。加入適量的水。操作過(guò)程：注意事項(xiàng)：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。（1）所用容器要大一些；（2）要保證酵母菌的活性；（3）物種要單一；（4）注意水的用量。2、配制物質(zhì)的量濃度為0.05mol/L的CaCl2溶液稱取無(wú)水CaCl20.83g，放入200ml的燒杯中，加入150ml的蒸餾水，使其充分溶解，待用。溶解物質(zhì)要徹底，勿用自來(lái)水溶解，以防自來(lái)水中各種離子影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。操作過(guò)程：注意事項(xiàng)：3、配制海藻酸鈉溶液稱取0.7g海藻酸鈉，放入50mL小燒杯中。加人10mL蒸餾水，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。加熱時(shí)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。操作過(guò)程：注意事項(xiàng)：包埋酶或細(xì)胞防止焦糊①配制的海藻酸鈉溶液具體作用是什么？②在加熱的過(guò)程中，為什么要用小火，或者間斷加熱？思考①加熱使海藻酸鈉溶化是操作中最重要的一環(huán)，涉及到實(shí)驗(yàn)的成敗，一定要按照教材的提示進(jìn)行操作。

②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(guò)高，將很難形成凝膠珠；如果濃度過(guò)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。特別提醒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。操作過(guò)程：注意事項(xiàng)：①溶化好的海藻酸鈉溶液必須冷卻至室溫，否則會(huì)因溫度過(guò)高殺死酵母菌。②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。4、海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合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，將形成的凝膠珠在CaCl2溶液中浸泡30min左右。操作過(guò)程：①可利用海藻酸鈉制成不含酵母菌的凝膠珠，用作對(duì)照。②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。注意事項(xiàng)：①剛形成的凝膠珠應(yīng)在CaCl2溶液中浸泡一段時(shí)間，以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。②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(gè)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(méi)有液體流出，就表明凝膠珠的制作成功。二是在實(shí)驗(yàn)桌上用力摔打凝膠珠，如果凝膠珠很容易彈起，也能表明制備的凝膠珠是成功的。特別提醒（二）用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵操作過(guò)程：注意事項(xiàng)：1、將固定好的酵母細(xì)胞(凝膠珠)用蒸餾水沖洗2-3次。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)酵24h。①控制好發(fā)酵溫度，一般是室溫25℃。②發(fā)酵時(shí)間一般時(shí)間稍長(zhǎng)一些，效果明顯。③可用不含酵母的凝膠珠做相同的處理，對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果分析與評(píng)價(jià)如果制作的凝膠珠顏色過(guò)淺、呈白色，說(shuō)明海藻酸鈉的濃度偏低，固定的酵母細(xì)胞數(shù)目較少。（一）觀察凝膠珠的顏色和形狀①如果制作的凝膠珠顏色過(guò)淺、呈白色，則說(shuō)明什么？②如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，則說(shuō)明什么？如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，則說(shuō)明海藻酸鈉的濃度偏高，制作失敗，需要再作嘗試。當(dāng)觀察到哪些現(xiàn)象時(shí)，可說(shuō)明實(shí)驗(yàn)獲得成功？為什么？利用固定的酵母細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)生酒精，可以看到產(chǎn)生了很多氣泡，同時(shí)會(huì)聞到酒味。（二）觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液〖思考1〗發(fā)酵過(guò)程中錐形瓶為什么要密封？〖思考2〗錐形瓶中的氣泡和酒精是怎樣形成的？〖思考3〗在利用固定化酶或固定化細(xì)胞進(jìn)行生產(chǎn)的過(guò)程中，需要無(wú)菌操作嗎？酵母菌的酒精發(fā)酵需要缺氧條件。酵母菌進(jìn)行無(wú)氧呼吸產(chǎn)生的。需要。課后練習(xí)3.因?yàn)槊傅慕Y(jié)構(gòu)具有多樣性，對(duì)理化條件的敏感程度不同。2、葡萄糖通過(guò)裝有固定化酵母細(xì)胞的反應(yīng)柱，在無(wú)氧條件下，在固定化酵母細(xì)胞分泌的酶的作用下變?yōu)榫凭?，酒精通過(guò)底部的篩板濾除，固定化酵母細(xì)胞仍然保留在反應(yīng)柱內(nèi)。類型優(yōu)點(diǎn)不足直接使用酶催化效率高，低耗能、低污染等。對(duì)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(huì)混在產(chǎn)物中，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量。固定化酶酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離，同時(shí)，固定在載體上的酶還可以被反復(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(guò)一系列的酶促反應(yīng)才能得到的。固定化細(xì)胞成本低，操作更容易。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。1.1、酶固定化技術(shù)與細(xì)胞固定化技術(shù)的關(guān)系是A酶固定化技術(shù)是細(xì)胞固定化技術(shù)的基礎(chǔ)B細(xì)胞固定化技術(shù)是酶固定化技術(shù)的基礎(chǔ)C酶固定化技術(shù)與細(xì)胞固定化技術(shù)是同時(shí)發(fā)展起來(lái)的D固定化細(xì)胞技術(shù)先于酶固定化技術(shù)練習(xí)鞏固2、固定化酶技術(shù)常采用A包埋法B化學(xué)結(jié)合和物理吸附法C活化法D微囊化法3、海藻酸鈉在水中溶解的速度較慢，需要經(jīng)過(guò)加熱促進(jìn)其溶解，采用的最好加熱方法是A快速加熱B持續(xù)高溫加熱C小火間斷加熱D灼燒加熱4、酵母菌的活化是指A讓酵母細(xì)胞恢復(fù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)B讓酵母細(xì)胞在缺水狀態(tài)下更容易休眠C讓酵母細(xì)胞內(nèi)酶活性加倍D讓處于休眠狀態(tài)的酵母細(xì)胞重新恢復(fù)正常的生活狀態(tài)5、細(xì)胞固定化技術(shù)與酶固定化技術(shù)相比，所具備的特點(diǎn)是A成本更低、操作更容易、不能連續(xù)性生產(chǎn)B成本更高、操作更難、不能連續(xù)性生產(chǎn)C成本更低、操作更容易、能連續(xù)性生產(chǎn)D成本更低、操作更難、能連續(xù)性生產(chǎn)6、下列說(shuō)法不正確的是A、葡萄糖與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸，轉(zhuǎn)化成的是果糖B、從固定化酶反應(yīng)柱下端流出的是果糖C、高果糖漿不會(huì)像蔗糖那樣誘發(fā)肥胖、糖尿病、齲齒和心血管病D、酶溶解于葡萄糖溶液，可以從糖漿中回收7、研究認(rèn)為，用固定化酶技術(shù)處理污染物是很有前途的。如將從大腸桿菌得到的磷酸三酯酶固定到尼龍膜上制成制劑，可以用來(lái)降解殘留在土壤中的有機(jī)磷農(nóng)藥，與用微生物降解相比，其作用不需要適宜的A、溫度B、PHC、水分D、營(yíng)養(yǎng)8、目前，日用化工廠大量生產(chǎn)的酶制劑，其中的酶大都來(lái)自A、化學(xué)合成B、動(dòng)物體內(nèi)C、植物體內(nèi)D、微生物體內(nèi)9.使用固定化細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)是A.能催化大分子物質(zhì)的水解B.可催化一系列化學(xué)反應(yīng)C.與反應(yīng)物易接近D.有利于酶在細(xì)胞外發(fā)揮作用10.酶的固定方法不包括A.將酶吸附在固體表面上B．將酶相互連接起來(lái)C．將酶包埋在細(xì)微網(wǎng)格里D．將酶制成固體酶制劑，如加酶洗衣粉中的酶11、如果反應(yīng)物是大分子物質(zhì)，采用那種方法催化受限制A．直接使用酶B．使用化學(xué)方法結(jié)合的酶C．使用固定化細(xì)胞D．使用物理吸附法固定的酶12、下列關(guān)于酶和細(xì)胞的固定敘述不正確的是A．酶分子很小，易采用包埋法B．酶分子很小，易采用化學(xué)結(jié)合或物理吸附法固定的酶C．細(xì)胞個(gè)大，難被吸附或結(jié)合D．細(xì)胞易采用包埋法固定13.關(guān)于固定化酶的敘述不正確的是A．既能與反應(yīng)物接觸，又能與反應(yīng)物分離B．固定在載體