1、第 14 课时 酵母细胞的固定化目标导航 1.说出固定化酶和固定化细胞的作用原理；了解利用固定化酶技术生产高果糖浆的实例。2.说出固定化酶在生产实践中的优点；了解固定化酶和固定化细胞的方法及二者的联系与区别。一、固定化酶的应用和固定化细胞技术1高果糖浆的生产(1)高果糖浆的生产原理原料：_(由淀粉转化来的 )。原理：葡萄糖 果糖。 (2)使用固定化酶技术生产高果糖浆的过程将葡萄糖异构酶固定在颗粒状的载体上放入底部有许多小孔的反应柱中(酶颗粒_通过筛板上的小孔，反应液能_) 葡萄糖溶液从反应柱的上端注入流经反应柱与_ _接触，转化成_果糖从反应柱下端流出。(3)使用 固定化酶生产高果糖浆的优点与
2、一般酶制剂相比，固定化酶既能与_接触，又能与_分离，同时还可以被_利用。2固定化细胞技术(1)概念：利用_或_方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术。(2)常用方法：_、_结合法和物理吸附法。_：是指将酶或细胞包裹在多孔的载体中，如将酶包裹在聚丙烯酰胺凝胶等高分子凝胶中，或包裹在醋酸纤维素等半透性高分子膜中( 适用于较大的细胞) 。_结合法：是指将酶分子相互结合，或将其结合到纤维素 、琼脂糖、离子交换树脂等载体上的固定方式( 适用于酶的固定) 。_吸附法：是指将酶吸附到固体吸附剂表面的方法。固体吸附剂多为活性炭、多孔玻璃等(适用于酶的固定 )。3直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较直接使用酶
3、固定化酶 固定化细胞酶的种数 一种或几种 一种 一系列酶常用载体 高岭土、皂土、硅胶、凝 胶 明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋 酸纤维素、聚丙烯酰胺制作方法 化学结合法固定化、物理 吸附法固定化 包埋法固定化是否需要营养物质 否 否 是反应底物 各种物质(大分子、 小分子 ) 各种物质(大分子、小分子) 小分子物质催化反应 单一或多种 单一 一系列缺点对环境条件非常敏感，易失活难回收，成本高，影响产品质量不利于催化一系列的酶促反应反应物不易与固定后的细胞接触，尤其是大分子物质，反应效率下降优点 催化效率高、低 耗能、低污染既能与反应物接触，又能与产物分离可以反复利用成本低、操作容易，能产生一系列酶提
4、醒 (1)固定化细胞使用的都是活细胞，因而为了保证其生长、增殖的需要，应该为其提供一定的营养物质。(2)固定化细胞由于保证了细胞的完整性，因而酶的环境改变小，所以对酶的活性影响最小。二、制备固定化酵母细胞技术1制备固定化酵母细胞(1)酵母细胞的_活化就是让由于缺水而处于休眠状态下的微生物重新恢复正常的生活状态。酵母菌活化需要 1 h 左右，酵母细胞活化后体积变大。(2)配制物质的量浓度为 0.05 mol/L 的_溶液。(3)配制_溶液：将 0.7 g 海藻酸钠放入 50 mL 小烧杯中，加入 10 mL 水，用酒精灯小火加热(或者间断加热 )，边加热边搅拌，反复几次，直至完全溶化，用蒸馏水定
5、容至 10 mL。如果海藻酸钠浓度过高，将很难形成凝胶珠；如果浓度过低，则形 成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少，影响实验效果。(4)海藻酸钠溶液与_混合：将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入已经活化的酵母细胞，进行充分搅拌，使其混合均匀，再转移至注射器中。冷却的目的是防止高温杀 死酵母菌。(5)_酵母细胞：以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到配制好的 CaCl2溶液中，观察液滴在 CaCl2 溶液中形成凝胶珠的情形。刚形成的凝胶珠应在 CaCl2 溶液中浸泡一段时间(约 30 min)，以便形成稳定的结构。2用固定化酵母细胞发酵(1)将固定好的_( 凝胶珠)用蒸馏水冲洗 23 次。(2
6、)将 150 mL 质量分数为 10%的_转移到 200 mL 的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于 25下发酵 24 h，可以看到产生了大量气泡，同时会闻到酒香。提醒 加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环，涉及实验的成败。海藻酸钠在水中溶解的速度慢，需要通过加热，促进其溶解。溶解海藻酸钠，最好采用_或者_的方法。例如，加热几分钟后，从石棉网上取下烧杯冷却片刻，并不断搅拌，再将烧杯放回石棉网上继续加热，如此重复几次，直至海藻酸钠完全_。如果加热太快，海藻酸钠会发生焦糊。知识点一 固定化酶的应用 和固定化细胞技术1关于固定化酶技术的说法，正确的是( )A固定化酶技术就是固定反应物，并将酶依
7、附着载体围绕反应物旋转的技术B固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反应C固定化酶中的酶无法重复利用D固定化酶是将酶固定在一定空间内的技术2下列关于固定化细胞技术的说法中，正确的是( )A物理吸附法的优点是操作简单，吸附牢固B包埋法的优点是操作复杂，条件温和，对细胞无毒性C物理吸附法容易对酶活性产生影响D凝胶包埋常用的凝胶种类有琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、明胶和聚丙烯酰胺等知识点二 制备固定化细胞3 有关制备固定化酵母细胞的叙述，正确的是( )A首先用蒸馏水把干酵母、 CaCl2、海藻酸钠配制成溶液，但配制 CaCl2 溶液需要加热B配制海藻酸钠的溶液成糊状C配制酵母细胞溶液，要用玻璃棒搅拌，
8、使酵母细胞混合均匀D酵母细胞溶液首先要和 CaCl2 溶液混合4下列有关固定化酵母细胞制备步骤的叙述，恰当的是( )A应使干酵母与自来水混合并搅拌，以利于酵母菌活化B配制海藻酸钠溶液时要用小火间断加热的方法C向刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入已活化的 酵母细胞，充分搅拌并混合均匀D将与酵母细胞混匀的海藻酸钠溶液注入 CaCl2 溶液中，会观察到 CaCl2 溶液中有球形或椭球形的凝胶珠形成一、选择题1酶的固定方法不包括( )A将酶吸附在载体表面上B将酶相互连接起来C将酶包埋在细微网格里D将酶制成固体酶制剂，如加酶洗衣粉中的酶2下列说法不正确的是( )A固定化酶和固定化细胞的方法包括包埋法、化学结合
9、法和物理吸附法B固定化酶更适合采用化学结合法和物理吸附法C由于细胞个体大，而酶分子很小，因此细胞多采用物理吸附法固定D反应物是大分子物质应采用固定化酶3关于酵母细胞活化的说法，不正确的是( )A酵母细胞活化就是由无氧呼吸变成有氧呼吸B活化就是让处于休眠状态的细胞恢复正常生活状态C酵母细胞活化所需要的时间较短D酵母细胞活化反应体积增大4下列关于对固定化酶中用到的反应柱的理解中，正确的是( )A反应液和酶均可自由通过反应柱B反应液和酶均不能通过反应柱C反应液能通过，酶不能通过D反应液不能通过，酶能够通过5下列关于配制海藻酸钠溶液的措施，正确的是( )A用酒精灯加热，加热中不能搅拌B由于海藻酸 钠溶
10、解速度快，所以不用加热C海藻酸钠在水中溶解的速度慢，需用酒精喷灯加热D采用小火或间断加热，促进溶解，防止发生焦糊6关于固定化酶中酶的说法，正确的是( )A酶的种类多样，可催化一系列的酶促反应B酶被固定在不溶于水的载体上，可反复利用C酶作为催化剂，反应前后结构不改变，所以固定化酶可永远利用下去D固定化酶由于被固定在载体上，所以丧失了酶的高效性和专一性特点7在制备固定化酵母细胞的实验中，CaCl 2 溶液的作用是 ( )A用于调节溶液 pH B用于进行离子交换C用于胶体聚沉 D用于为酵母菌提供 Ca28下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是( )A固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显
11、B固定化酶应用时，要控制好 pH、温度和溶解氧C利用固定化酶降解水体中有机磷农药，需提供适宜的营养条件D利 用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用只是作为反应底物二、简答题9如图为 固定化酶的反应柱示意图，请据图回答：(1)请在横线上填出各标号的名称。_，_，_。(2)与一般酶制剂相比，固定化酶的突出优点是_；固定化细胞的优点是_。(3)的作用是_。(4)制作固定化葡萄糖异构酶所用的方式有_ 或_。(5)据图说出反应柱的 作用原理。_。10根据下面的实验原理、实验过程分析讨论相关问题。实验原理：麦芽汁可以渗入到由海藻酸钠和啤 酒酵母制成的凝胶珠中。啤酒酵母可以利用自身细胞内的一系列酶将可发酵的糖
12、转化成 乙醇。实验过程：取斜面培养基上的新鲜啤酒酵母，接种于 10 mL 麦芽汁液体培养基中，25培养 2430 h。取 1.6 g 海藻酸钠放入无菌小烧杯中，加无菌水少许调成糊状，再加入无菌水至 40 mL，在 98 kPa 条件下灭菌 15 min。冷却至 45左右后，与预热至 35左右的 10 mL 酵母培养液混合搅拌均匀，立即倒入带喷嘴的无菌小塑料瓶中( 或装有 5 号针头的注射器外套中)，以恒定的速度滴入盛有葡萄糖、氯化钙混合液的容器中，浸泡 30 min 制成凝胶珠。倒去葡萄糖、氯化钙混合液，用无菌水洗涤凝胶珠三次后，将凝胶 珠放入 500 mL三角瓶中，加入 300 mL 无菌麦
13、芽汁液体培养基，置于 25下封口发酵 5 d 左右，倒出发酵后的麦芽汁即为生啤酒，品尝其口味。(1)凝胶珠是由什么组成的？它有什么作用？_。(2)如果进行多批次的生产，本实验中的啤酒酵母与普通发酵中的酶或菌种在使用上有何区别？_。(3)制作成功的凝胶珠应用_，其颜色为_。将凝胶珠加入用于发酵的葡萄糖溶液后，发现有_产生，同时有_味散发。第 14 课时 酵母细胞的固定化知识清单一、1 .(1)葡萄糖 葡萄 糖异构酶 (2)不能 自由出入 葡萄糖异构酶 果糖 (3)反应物 产物 反复2(1)物理 化学 (2) 包埋法 化学 包埋法 化学 物理二、1.(1)活化 (2)CaCl 2 (3)海藻酸 钠
14、 (4)酵母细胞 (5)固定化2(1)酵母细胞 (2) 葡萄糖溶液 小火 间断加热 溶化对点训练1D 固定化酶是利用物理或化学方法将酶固定在一定空间内的技术，其优点是酶被固定在一定装置内可以重复利用，缺点是无法同时催化一系列酶促反应；在固定过程中，固定的是酶而不是反应物，因此 A、B、C 均错误。规律链接 固定化酶和固定化细胞的比较固定化酶 固定化细胞固定对象 酶 细胞适宜固定法 化学结合法、物理吸附法 包埋法特点 体积小，固定一种酶。使用包埋法容易 从包埋材料中漏出 体积大，固定一系列酶。难用化学结 合法和物理吸附法所以要想催化一系列的酶促反应需要固定化细胞。2D 物理吸附法的优点是酶活性不
15、受影响，但吸附过程复杂且吸附不牢固；包埋法操作简单，条件温和，对细胞无毒性。3C 配制 CaCl2 溶液不需加热；配制海藻酸钠溶液需要加热，直至将海藻酸钠完全溶化；溶化好的海藻酸钠冷却至室温加入活化的酵母细胞，进行充分搅拌，使其混合均匀。规律链接 (1)酵母细胞的固定化的实验需要注意的事项选用的干酵母要具有较强的活性，而且物种单一。酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应选择体积足够大的容器，防止酵母细胞的活化液溢出。溶解 CaCl2时勿用自来水，以免杂质离子影响实验结果。海藻酸钠溶液的配制是固定化酵母细胞的关键，因为如果海藻酸钠浓度过高，将很难形成 凝胶珠；如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵
16、母细胞的数量少，也会影响实验效果。溶化海藻酸钠时要用小火或间断加热，避免海藻酸钠发生焦糊。将溶化后的海藻酸钠先冷却至室温，再与酵母细胞混合，避免高温杀死酵母细胞。固定化酵母细胞时，应将海藻酸钠与酵母细胞的混合液用注射器缓慢滴加到 CaCl2溶液中，而不是注射，以免影响 凝胶珠的形成。可利用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠，作为对照。(2)如何检测凝胶珠的质量是否合格？机械法：用镊子夹取一个凝胶珠放在实验桌上，用手挤压，如果凝胶珠不容易破裂，没有液体流出，就表明凝胶珠制作成功；也可以在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很容易弹起，也表明制备的凝胶珠是成功的。目测法：合格的凝胶珠应是淡黄色、圆形或椭
17、圆形。如果颜色过浅呈白色，说明海藻酸钠溶液的浓度过低，固定的酵母细胞数目较少；如果形成的凝胶珠形状不规则，则说明海藻酸钠的浓度偏高。4B 由于在缺水状态下，微生物处于休眠状态，为了加速酵母细胞的活化，将干酵母与蒸馏水混合后用玻璃棒充分搅拌，而不应用自来水，因为自来水可能会有杂菌；为避免海藻酸钠发生焦糊，溶化时要小火或间断加热；如果将刚溶化好的海藻酸钠与已活化的酵母细胞混合，有可能会杀死酵母细胞；将与酵母细胞混匀 的海藻酸钠的混合液用注射器缓慢滴加到 CaCl2 溶液中，而不是注入。达标测试1D2C 由于细胞个体大，酶分子很小，个体大的细胞难以被吸附或结合，而个小的酶分子容易从包埋材料中漏出。因
18、此，细胞多采用包埋法固定化，酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化。3A 4.C 5.D6B 固定化酶不能催化一系列酶促反应的进行；固定化酶被固定在不溶于水的载体上，可以重复利用，但是随着利用次数的增加，受到外界因素的影响，其活性会逐渐降低；固定化酶具有高效性和专一性的特点。7C 海藻酸钠胶体在 CaCl2 这种电解质溶液的作用下，发生聚沉，形成凝胶珠，其作用机理是盐离子的电荷与胶 体微粒电荷相互吸引，形成更大的胶体颗粒，类似于人体红细胞与抗凝集素之间的凝集反应。8A A 项中，固定化细胞技术最大的用途就是连续催化反应；B 项中，不需溶解氧；C 项中，不需各种营养条件； D 项中，糖类的作用
19、不只是作为反应底物。9(1)反应柱 固定化酶 分布着小孔的筛板(2)既能与反应物接触，又能与产物分离，还能被反复利用 成本更低，操作更容易，且能催化一系列的反应 (3)使酶颗粒无法通过，反应溶液却可以自由出入 (4) 化学结合法 物理吸附法 (5) 反应液从反应柱的上端注入， 使反应物溶液流过反应柱，与固定化酶接触，得到的产物从反应柱下端流出解析 与一般的酶制剂相比，固定化酶不仅能与反应物充分接触，还能与产物分离，并且可以反复利用；与固定酶化相比，固定化细胞能催化一系列的化学反应，并且固定化细胞成本更低，操作更容易；使用固定化酶技术往往利用一个反应柱，反应柱下端有一个分布着小孔的筛板，酶颗粒无法通过筛板，而反应溶液却可以自由出入。10(1)凝胶珠由啤酒酵母和固定酵母菌的海藻酸钠组成。啤酒酵母能产生酶将渗入凝胶珠的 麦芽汁中的糖发酵，进而转化成乙醇(2)将生啤酒倒出后，将凝胶珠再投放入新鲜的麦芽汁中，可以在较长时间内反复连续使用，而普通发酵中的酶或菌种不能反复使用(3)蒸馏水冲洗 浅黄色 气泡 酒
