酵母細(xì)胞的固定化

專題3酶的研究與應(yīng)用33酵母細(xì)胞的固定化知識(shí)點(diǎn)固定化酶的應(yīng)用實(shí)例固定化細(xì)胞技術(shù)知識(shí)點(diǎn)1：固定化酶的應(yīng)用實(shí)例1、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)人的健康更有益。3、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。2、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）基礎(chǔ)知識(shí)一、固定化酶的應(yīng)用實(shí)例問1、什么是高果糖漿？與蔗糖比有何優(yōu)點(diǎn)？（食品生產(chǎn)為什么偏向用果糖不用蔗糖？）問2、解決酶應(yīng)用中不足的技術(shù)及方法是？問3、生產(chǎn)高果糖漿需什么酶？作用是什么？這種酶有何特點(diǎn)？基礎(chǔ)知識(shí)一固定化酶的應(yīng)用實(shí)例我們以高果糖漿的生產(chǎn)為例來了解固定化酶技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用。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)。思考：如果你是工程技術(shù)人員，如何解決這一缺點(diǎn)？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(shí)一、固定化酶的應(yīng)用實(shí)例使用固定化酶技術(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(gè)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(shí)一、固定化酶的應(yīng)用實(shí)例問4、高果糖漿生產(chǎn)過程？

（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?；A(chǔ)知識(shí)一固定化酶的應(yīng)用實(shí)例問5、這種方法的優(yōu)點(diǎn)是什么？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(gè)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。基礎(chǔ)知識(shí)一、固定化酶的應(yīng)用實(shí)例知識(shí)點(diǎn)2：固定化細(xì)胞技術(shù)固定化細(xì)胞技術(shù)◎概念固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)是利用物理或者化學(xué)方法將酶或細(xì)胞固定在一定空間的技術(shù)。那么，如何固定呢？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◎固定方法通常情況下，酶和細(xì)胞固定采用不同的方法酶物理吸附法化學(xué)結(jié)合法細(xì)胞包埋法1．從操作角度來考慮，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)酶活性的影響更小？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？固定化細(xì)胞固定化細(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)固定化細(xì)胞酶的種類：一種所需條件：適宜的溫度，pH值固定化細(xì)胞酶的種類：多種所需條件：適宜的溫度，pH值，營養(yǎng)物質(zhì)固定化酶（一）制備固定化酵母細(xì)胞1、酵母細(xì)胞的活化：1g干酵母＋10mL蒸餾水→50mL燒杯→攪拌均勻→放置1h，使之活化。操作提示酵母細(xì)胞活化時(shí)體積會(huì)變大，因此活化前應(yīng)該選擇體積足夠大的容器，以避免酵母細(xì)胞的活化液溢出容器外。缺水，處于休眠狀態(tài)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)。2、2溶液：2＋150mL蒸餾水→200mL燒杯→充分溶解備用防止自來水中各種離子影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果CaCl2溶液濃度過大，凝膠珠硬度大，易開裂；濃度過小，不易形成凝膠珠。注意：Ca2使海藻酸鈉溶液形成不溶于水的海藻酸鈣凝膠珠，從而將酵母細(xì)胞包埋在凝膠珠中，達(dá)到固定效果。CaCl2溶液的作用：3、配制海藻酸鈉溶液小火或間斷加熱，并不斷攪拌

溶液濃度過高，將很難形成圓形或橢圓形凝膠珠；—實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵步驟

濃度過低，凝膠珠包埋的酵母細(xì)胞數(shù)量較少，凝膠珠顏色過淺，呈白色。防止海藻酸鈉發(fā)生焦糊4、海藻酸鈉溶液和酵母細(xì)胞混合將溶化好的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫，加入以活化的酵母細(xì)胞，進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，再轉(zhuǎn)移至注射器中以免海藻酸鈉溶液溫度過高殺死酵母菌5、固定化酵母細(xì)胞操作提示速度一定要恒定且緩慢，以便形成均勻的圓形或橢圓形的凝膠珠。以便凝膠珠形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，使酵母菌固定更為牢固。距離液面15—30cm。過近：凝膠珠會(huì)帶尾巴；過高：CaCl2溶液濺出。以恒定速度緩慢地將注射器中的溶液滴加到CaCl2溶液中，形成凝膠珠狀顆粒。在CaCl2溶液中浸泡30min左右。檢測(cè)凝膠珠制作是否合格方法：2機(jī)械法：（1）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，沒有液體流出，就表明凝膠珠的制作成功。（2）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。1目測(cè)法：合格的凝膠珠應(yīng)該是淡黃色，圓形或橢圓形。歸納凝膠珠不是圓形或橢圓形的原因：1海藻酸鈉濃度過高2注射器離液面過近3注射器推進(jìn)過快（二）用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵1將固定化酵母細(xì)胞（凝膠珠）用蒸餾水沖洗2－3次。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的葡萄糖溶液轉(zhuǎn)移至200ml的錐形瓶中，再加入固定好的酵母細(xì)胞，置于25°C下發(fā)酵24h既可以作為發(fā)酵底物，也作為酵母菌細(xì)胞的營養(yǎng)物質(zhì)。洗去凝膠珠表面多余的CaCl2溶液；洗去雜菌葡萄糖溶液濃度過高，酵母菌會(huì)失水過多而死亡?？煽词欠裼袣馀莓a(chǎn)生和聞是否有酒味產(chǎn)生（一）制備固定化酵母細(xì)胞（二）用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵酵母細(xì)胞的活化配制飽和CaCl2溶液配制海藻酸鈉溶液海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合固定化酵母細(xì)胞蒸餾水沖洗固定好的酵母細(xì)胞（凝膠珠）利用固定化的酵母細(xì)胞進(jìn)行酒精發(fā)酵關(guān)鍵步驟科研人員利用固定化酵母直接發(fā)酵甜菜汁生產(chǎn)燃料乙醇，下圖1表示相關(guān)的工藝流程，圖2為不同固定化酵母接種量對(duì)發(fā)酵的影響。請(qǐng)分析回答：

（1）圖1的步驟①中，溶化海藻酸鈉時(shí)要注意________________，步驟②中加入果膠酶的作用是_____________。步驟③中進(jìn)行增殖培養(yǎng)的目的是________________。（2）圖1的步驟④體現(xiàn)了固定化酵母____________________________的優(yōu)點(diǎn)。（3）由圖2可知，固定化酵母接種量為______________時(shí)酒精產(chǎn)量最高。（1）小火加熱或間斷加熱，以防止焦糊分解果膠，提高甜菜汁的出汁率和澄清度增加酵母菌的數(shù)量，提高發(fā)酵效率（2）容易與產(chǎn)物分離，并能重復(fù)使用（3）15%（2017?江蘇）固定化單寧酶應(yīng)用于茶飲料加工，可消除其中的苦澀味。下列有關(guān)敘述正確的是A．在單寧酶純化時(shí)可采用透析法去除雜蛋白B．化學(xué)結(jié)合法比吸附法對(duì)單寧酶活性影響更小C．溫度、pH和重金屬離子都可能影響固定化單寧酶活性D．酶的高效性決定固定化單寧酶不會(huì)降解茶飲料中的有益成分C（2017?江蘇）下列關(guān)于“酵母細(xì)胞的固定化技術(shù)”實(shí)驗(yàn)的敘述，正確的是A．活化酵母時(shí)，將適量干酵母與蒸餾水混合并攪拌成糊狀B．配制CaCl2溶液時(shí)，需要邊小火加熱邊攪拌C．將海藻酸鈉溶液滴加到CaCl2溶液時(shí)，凝膠珠成形后應(yīng)即刻取出D．海藻酸鈉溶液濃度過高時(shí)凝膠珠呈白色，過低時(shí)凝膠珠易呈蝌蚪狀A(yù)（2016江蘇）為了探索海藻酸鈉固定化對(duì)綠球藻生長的影響，以及固定化藻對(duì)含n2污水的凈化作用，科研人員用篩選到的一株綠球藻進(jìn)行試驗(yàn)，流程及結(jié)果如下。請(qǐng)回答下列問題：（1）實(shí)驗(yàn)中的海藻酸鈉作用是，CaCl2的作用是。（2）為洗去凝膠球上殘余的CaCl2和其他污染物，并保持綠球藻活性，宜采用洗滌。圖1中10%海藻酸鈉組培養(yǎng)24h后,移去凝膠球,溶液呈綠色,原因是______。（1）包埋綠球藻（包埋劑）

與海藻酸鈉反應(yīng)形成凝膠球（凝固劑）

（2）培養(yǎng)液

海藻酸鈉濃度過低（凝膠球孔徑過大）

（2016江蘇）為了探索海藻酸鈉固定化對(duì)綠球藻生長的影響，以及固定化藻對(duì)含n2污水的凈化作用，科研人員用篩選到的一株綠球藻進(jìn)行試驗(yàn)，流程及結(jié)果如下。請(qǐng)回答下列問題：（