1、专题四 酶的研究与应用,课题3 酵母细胞的固定化,优点：,催化效率高、低耗能、低污染，大规模地应用于食品、化工等各个领域。,存在的缺陷：,1.通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常敏感，容易失活； 2.溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本； 3.反应后会混在产物中，可能影响产品质量。,解决的办法：,酶制剂,固定化酶技术,什么是固定化酶？,1.什么是高果糖浆？使用它有何好处？ 2.生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什么？这种酶有何特点？ 3.了解高果糖浆生产过程 4.这种方法的优点是什么？,一、固定化酶的应用实例,阅读P49-50，并思考：,基础知识,高果糖浆是果糖含量为42%左
2、右的糖浆。作为蔗糖的替代品，高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖尿病、龋齿和心血管病，对人的健康有利。,1.什么是高果糖浆？使用它有何好处？,你能写出果糖的分子式吗? 它属于什么糖?,生产高果糖浆需要葡萄糖异构酶；其作用是将葡萄糖转化为果糖；这种酶稳定性好，可持续发挥作用。,2.生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什么？这种酶有何特点？,酶溶于葡萄糖溶液后，就无法回收，造成很大的浪费。,3.固定化酶技术生产高果糖浆的过程：,注意反应柱的各部分名称。,（1）使酶既能与反应物接触，又能与产物分离 （2）固定在载体上的酶可以被反复利用,你能说出反应柱的优点吗？,4.固定化酶技术的优点：,反应柱能连续使用半
3、年，大大降低了生产成本. 提高了果糖的产量和质量。,在生产实际中使用固定化酶技术的不足：,一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实际中很多产物的形成都通过一系列的酶促反应才能进行，所以操作比较麻烦。,可采用固定化细胞技术,怎么办？,二、固定化细胞技术,阅读P50：思考以下几个问题,2.固定化酶或固定化细胞技术分别适合使用哪种方法？为什么？,1.什么是固定化酶或固定化细胞技术，可以采用什么方法固定？,3.固定化酶和固定化细胞的联系与区别,4.本课题采用包埋法固定细胞，常用的载体材料有哪些？,利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间的技术。可用包埋法、化学结合法和物理吸附法,1.什么是固定化酶或固
4、定化细胞技术，可以采用什么方法固定？,化学结合法,物理吸附法,2.固定化酶或固定化细胞技术分别适合使用哪种方法？为什么？,化学结合法 物理吸附法,包埋法,体积小，固定一种酶包埋法容易丢失,体积大，固定一系列酶 难以化学结合和吸附,3.固定化酶和固定化细胞的联系与区别,联系：应用相同，都能催化某些反应,区别：,（1）固定化细胞技术操作容易，成本低，容易回收；,（2）固定化细胞技术对酶活性影响更小；,（3）固定化细胞固定的一系列酶；,（4）由于大分子难以通过细胞膜，因此固定化细胞的应用有一定的限制；,明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺,其共同的特点是不溶于水的多孔性载体,海藻酸钠,聚丙
5、烯酰胺,4.本课题采用包埋法固定细胞，常用的载体材料有哪些？,（一）制备固定化酵母细胞,阅读P5051思考下列问题：,1.制备过程包括哪几个步骤？ 2.你认为哪个步骤的操作是最重要的一环？,实验操作,1.制备过程包括哪几个步骤？,配制CaCl2溶液,配制海藻酸钠溶液,将海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合,固定化酵母细胞,酵母细胞的活化,CaCl2的作用是使海藻酸钠胶体发生聚沉，形成凝胶珠。,以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到配置好的CaCl2溶液中，滴加在CaCl2溶液中形成凝胶珠， 凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30分钟。,刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。检
6、验凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列方法：一是用镊子夹起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，就表明凝胶珠的制作成功。二是在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很容易弹起，也能表明制备的凝胶珠是成功的。,2.你认为哪个步骤的操作是最重要的一环？,加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环，涉及到实验的成败，一定要按照教材的提示进行操作。海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质量。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母细胞的数目少，影响实验效果。,图为某同学利用海藻酸钠固定化酵母细胞的实验结果，出现此结果的可能原因有 A海藻酸钠浓度过高
7、B酵母细胞已经死亡 C注射器中的溶液推进速度过快 D注射器距离CaCl2溶液液面太近,ACD,（二）用固定化酵母细胞发酵,1.将固定化的酵母细胞（凝胶珠）用蒸馏水冲洗2到3次。,2.将150ml质量分数为10%的葡萄糖溶液转移到200ml的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于25摄氏度下发酵24h。,利用固定化酵母细胞发酵产生酒精，可以看到产生了很多气泡，同时会闻到酒味。,细胞的固定化要在严格的无菌条件下进行；反复使用固定化酵母细胞时，需要避免微生物的污染。在应用固定化酵母细胞进行酒精发酵时要注意控制好温度，保证缺氧的环境，并且发酵时间要稍长一些，增强实验效果。,直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的优缺点,海藻酸钠凝胶是从海藻中提取获得的藻酸盐，多价阳离子如Ca2+、Al3+ 可诱导凝胶形成。将微生物细胞与海藻酸钠溶液混匀后，通过注射器针头或相似的滴注器将上述混合液滴入CaCl2 溶液中，Ca2+从外部扩散进入海藻酸钠与细胞混合液珠内，使藻酸钠转变为水不溶的藻酸钙凝胶，由此将微生物细胞包埋在其中。,资料,
