酵母细胞的固定化定课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,二级,三级,四级,五级,*,酵母细胞的固定化定,*,课题,3,酵母细胞的固定化,酵母细胞的固定化定,1,课题3 酵母细胞的固定化酵母细胞的固定化定1,一、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？,酵母细胞的固定化定,2,一、课题背景阅读课题背景并思考：酵母细胞的固定化定2,1,、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？,酵母细胞的固定化定,3,1、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,4,1、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,5,2、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,6,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,7,2、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,8,3、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,9,3、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,10,二、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,11,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,12,【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,13,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,14,三、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,15,海藻酸钠：酵母细胞的固定化定15,三、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,16,三、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,17,（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,18,酵母细胞的固定化定18,2,、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,19,2、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,20,3、配制海藻酸钠溶液0.7g海藻酸钠10mL水50mL烧,酵母细胞的固定化定,21,酵母细胞的固定化定21,4,、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,22,4、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,酵母细胞的固定化定,23,酵母细胞的固定化定23,（,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，形成结构稳定的凝胶珠。,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,24,（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,酵母细胞的固定化定,25,酵母细胞的固定化定25,酵母细胞的固定化定,26,酵母细胞的固定化定26,（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,27,（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,酵母细胞的固定化定,28,酵母细胞的固定化定28,1,、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,29,1、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,30,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,31,（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,32,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,33,本节结束并做好复习！酵母细胞的固定化定33,