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429572439gao,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,429572439gao,*,429572439gao,课题,3,酵母细胞的固定化,授课教师:王燕娇,429572439gao课题3 酵母细胞的固定化授课教师:王,一、课题背景,阅读课题背景并思考:,1,、直接使用,酶制剂,在应用中各有什么优、缺点?如何解决使用酶制剂时的缺陷?,2,、,固定化酶技术,在应用中各有什么优、缺点?如何解决使用固定化酶技术在应用时的缺陷?,3,、,固定化细胞,在应用中各有什么优、缺点?,一、课题背景阅读课题背景并思考:,1,、直接使用酶制剂,天然酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶 剂等条件非常敏感,,容易失活,溶液中酶,很难回收,,不能再次利用,,提高了生产成本,反应后,,酶会混在产物中,,影响产品质量,难以在工业生产中广泛应用,(,1,),优点,(,2,),缺点,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,如何解决这些问题?,1、直接使用酶制剂天然酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶,1,、直接使用酶制剂,(,3,),解决方案,固定化酶技术,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,1、直接使用酶制剂(3)解决方案固定化酶技术酵母细胞的固定化,2,、固定化酶,(,1,)含义:,将酶固定在不溶于水的载体上。,(,3,)优点:,酶既,能与反应物接触,,又,能与产物分离,,同时,固定在载体上的酶还可以被,反复利用,。,(,4,),缺点,:,一种酶只能催化一种化学反应,而在实际生产中,很多产物的形成是通过,一系列的酶促反应,才能得到。,(,5,)解决方案:,固定化细胞技术,(,2,)实例:,利用固定化酶技术生产“高果糖浆”,。,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,2、固定化酶(1)含义:将酶固定在不溶于水的载体上。(3)优,固定化酶的应用实例:,生产高果糖浆,1,、什么是高果糖浆?使用它有何好处?,高果糖浆是果糖含量为,42%,左右的糖浆。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。,再思考:,果糖属于什么糖,?,果糖是一种:,单糖,分子式:,C,6,H,12,O,6,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,固定化酶的应用实例:生产高果糖浆1、什么是高果糖浆?使用它有,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?直接使用酶时有什么缺点?,生产高果糖浆需要:,作用:,特点:,直接使用酶时的缺点:,葡萄糖异构酶,酶稳定性好,可持续发挥作用,将葡萄糖转化为果糖,酶溶于葡萄糖溶液后,就无法从糖浆中回收,,造成很大的浪费。,如何改进?,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,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?直,3,、改进:,固定化酶技术,4,、具体做法:,5,、优点:,反应柱能连续使用半年,大大,降低了生产成本。,提高了,果糖的产量和,品质,。,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,3、改进:固定化酶技术 4、具体做法: 5、优点:反应柱能,3,、固定化细胞,(,1,)含义:,将细胞固定在一定空间内的技术。,(,2,)优点:,成本低、操作容易、,对酶活性的影响更小、可以催化一系列的反应、容易回收,(,3,),缺点,:,固定后的,细胞与反应物不容易接近,,,可能导致反应效果下降,,由于,大分子物质难以自由通过细胞膜,,因此固定化细胞的,应用也受到限制。,但相对较为完善。,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,3、固定化细胞(1)含义:将细胞固定在一定空间内的技术。(2,二、酶和细胞固定化方法,(,看课本,P,50,),思考:固定化酶或固定化细胞指什么?,可以采取哪些方法进行固定?各有什么利弊?,物理吸附法,包埋法,化学结合法,1,、固定化酶或固定化细胞:,指利用,物理或化学方法,将酶或细胞固定在一定空间内的技术。,2,、方法:,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,二、酶和细胞固定化方法(看课本P50)思考:固定化酶或固定化,将酶(或细胞)包埋在细微网格里,将酶(或细胞)相互结合,或将其结合到载体上。,将酶(或细胞)吸附在载体表面上,包埋法,化学结合法,物理吸附法,固定化酶或固定化细胞采取的方法,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,将酶(或细胞)包埋在细微网格里将酶(或细胞)相互结合,或将其,【,比较,】,酶和细胞的固定方法和特点,酶分子很小,,容易从包埋材料中漏出。,细胞体积大,,难以被吸附或结合。,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,【比较】酶和细胞的固定方法和特点酶分子很小,细胞体积大,酵母,思考,1,对固定酶的作用影响较小的固定方法是什么?,思考,2,将谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸的发酵过程变为连续的酶反应,应当固定(酶、细胞)。,吸附法。,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,思考1对固定酶的作用影响较小的固定方法是什么?吸附法。酵,三、实验操作:包埋法固定细胞,明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。,1,、包埋法固定细胞:,即将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中。,2,、包埋时常用的载体包括:,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,三、实验操作:包埋法固定细胞明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维,海藻酸钠:,一种天然,多糖,,,是由海带中提取的天然多糖碳水化合物,可作为食用的食品添加剂,也可作为支架材料用于医学用途,其温和的溶胶凝胶过程、良好的生物相容性使其适于作为释放或包埋药物。,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,海藻酸钠:酵母细胞的固定化定ppt演讲教学酵母细胞的固定化定,三、实验操作,(一)制备固定化酵母细胞,(二)用固定化酵母细胞发酵,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,三、实验操作(一)制备固定化酵母细胞(二)用固定化酵母细胞发,(一)制备固定化酵母细胞,1,、酵母细胞的活化:,在缺水状态下,微生物处于休眠状态。,活化是指让处于休眠状态的微生物重新恢复正常生活状态的过程。,1g,干酵母,10mL,蒸馏水,50mL,烧杯搅拌均匀放置,1h,,使之活化。,思考,活化是指什么?,操作提示,酵母细胞活化时体积会变大,因此活化前应该选择体积足够大的容器,以避免酵母细胞的活化液溢出容器外。,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,(一)制备固定化酵母细胞在缺水状态下,微生物处于休眠状态。活,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定ppt演讲教学酵母细胞的固定化定ppt演讲,2,、配制物质的量浓度为,0.05mol/L,的,CaCl,2,溶液:,0.83gCaCl,2,150mL,蒸馏水,200mL,烧杯溶解备用。,思考,为什么要用蒸馏水,而不用自来水?,防止自来水中各种离子影响实验结果,操作提示,溶解物质要彻底。,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,2、配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液:0,3,、配制海藻酸钠溶液,0.7g,海藻酸钠,10mL,水,50mL,烧杯酒精灯微火(或间断)加热,并不断搅拌,使之溶化蒸馏水定容到,10mL,。,加热时要用,小火,,或者,间断加热,,并搅拌,反复几次,直到海藻酸钠溶化为止,思考,为什么要用小火或间断加热,并不断搅拌?,防止海藻酸钠发生焦糊。,操作提示,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,3、配制海藻酸钠溶液0.7g海藻酸钠10mL水50mL烧,429572439gao,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,429572439gao酵母细胞的固定化定ppt演讲教学酵母,4,、海藻酸钠溶液和酵母细胞混合,将溶化好的海藻酸钠溶液,冷却,至室温,加入以活化的酵母细胞,进行充分,搅拌,,再转移至注射器中,以免海藻酸钠温度过高杀死酵母菌,思考,为什么要将海藻酸钠冷却至室温?,海藻酸钠溶液必须冷却至室温,搅拌要彻底充分,使两者混合均匀,以免影响实验结果的观察。,操作提示,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,4、海藻酸钠溶液和酵母细胞混合将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室,429572439gao,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,429572439gao酵母细胞的固定化定ppt演讲教学酵母,(,5,)固定化酵母细胞,以恒定的速度缓慢的将注射器中的溶液滴加,CaCl,2,溶液中,将形成的凝胶珠在,CaCl,2,溶液中浸泡,30min,左右。,思考,CaCl,2,溶液有什么作用?,使胶体聚沉,凝胶珠形成稳定的结构。,刚形成的凝胶珠应在,CaCl,2,溶液中浸泡一段时间,以便形成稳定的结构。,操作提示,滴加注射器中的溶液时,速度一定要恒定且缓慢,以便形成的凝胶珠呈均匀的圆形或椭圆形。,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,(5)固定化酵母细胞以恒定的速度缓慢的将注射器中的溶液滴加C,429572439gao,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,429572439gao酵母细胞的固定化定ppt演讲教学酵母,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定ppt演讲教学酵母细胞的固定化定ppt演讲,(二)用固定化酵母细胞发酵,将固定化酵母细胞(凝胶珠)用蒸馏水冲洗,2,3,次。,将,150ml,质量分数为,10,的葡萄糖溶液转移至,200ml,的锥形瓶中,再加入固定好的酵母细胞,置于,25C,下发酵,24h,思考,1,、为什么要用蒸馏水冲洗凝胶珠?,洗去凝胶珠表面多余的,CaCl,2,溶液。,以免对实验造成影响。,思考,2,、葡萄糖在这里有什么用?,既可以,作为发酵底物,,也作为酵母菌细胞的,营养物质,。,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,(二)用固定化酵母细胞发酵将固定化酵母细胞(凝胶珠)用蒸馏,429572439gao,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,429572439gao酵母细胞的固定化定ppt演讲教学酵母,1,、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,:,四、特别注意:,将很难形成凝胶珠。,高浓度海藻酸钠只能用粗针头注射,针头粗也会粘着,难促使形成液滴。且高浓度海藻酸钠不易形成滴状下落,形成条状,不是圆形或是椭圆形,品相极差,并且凝胶珠容易破裂。,形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少。,因为包埋不紧密,细胞容易从包埋材料中漏出。且形成的凝胶珠,可能带细丝尾巴。,如果浓度过,低,:,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,1、海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质量。四、特别注意:将很,刚形成的凝胶珠应在,CaCl,2,溶液中浸泡一段时间,以便形成稳定的结构。检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,、酵母细胞的固定化,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,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,(一)观察凝胶珠的颜色和形状,五、结果分析与评价,(二)观察发酵的葡萄糖溶液,如果制作的,凝胶珠颜色过浅、呈白色:,说明海藻酸钠的浓度偏,低,,固定的酵母,细胞数目较少,;,如果,形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形:,说明海藻酸钠的浓度偏高。,二者都说明制作失败,需要再作尝试。,利用固定的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,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,(一)观察凝胶珠的颜色和形状五、结果分析与评价(二)观察发酵,思考,1,、发酵过程中锥形瓶为什么要密封?,酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。,思考,2,、锥形瓶中的气泡和酒精是怎么形成的?,酵母菌进行无氧呼吸产生的,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,思考 1、发酵过程中锥形瓶为什么要密封?酵母菌的酒精发酵,本节结束,并做好复习!,请完成习题,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,酵母细胞的固定化定,ppt,演讲教学,本节结束并做好复习!酵母细胞的固定化定ppt演讲教学酵母细胞,
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