专题4-课题3-酵母细胞的固定化课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,如今，酶已经大规模地应用于,食品、化工、轻纺、医药,等各个领域。在应用酶的过程中，人们发现了一些实际问题：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,；溶液中的酶,很难回收,，不能被再次利用，提高了生产成本；反应后,酶会混在产物中,，可能影响产品质量。,课题,3,酵母细胞的固定化,课题背景,问,1：,酶已经应用于哪些方面，酶制剂有哪些优点？人们发现哪些实际问题？,催化效率高、低能耗、低污染等,如今，酶已经大规模地应用于食品、化工、轻纺、医药等各个领,于是，有人设想，,将酶固定在不溶于水的载体上，使酶既能,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,。,现代的固定化酶技术已完全实现了这一设想。,高果糖浆的生产就是固定化酶技术成功地应用于工业生产的实例。,课题,3,酵母细胞的固定化,问,2：,面对这些实际问题，你有什么设想？,课题背景,于是，有人设想，将酶固定在不溶于水的载体上，使酶既能与反,酶是由细胞合成的，于是，又有人设想，能否将合成酶的细胞直接固定,?自20世纪70年代，在固定化酶技术的基础上，又发展出了,细胞固定化技术,。与固定化酶技术相比，固定化细胞制备的成本更低，操作更容易。,在本课题中，我们将动手制备固定化酵母细胞，体会固定化酶的作用。,课题,3,酵母细胞的固定化,问,3：,面对这些实际问题，进一步的设想与创新？,课题背景,酶是由细胞合成的，于是，又有人设想，能否将合成酶的细胞直,阅读与思考（,P4950）,1、什么是高果糖浆？与蔗糖比有何优点？,2、解决酶应用中存在不足的技术及方法是？,3、生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什么？,这种酶有何特点？,4、高果糖浆生产过程？,5、这种方法的优点是什么？,基础知识,(一)固定化酶的应用实例,阅读与思考（P4950）基础知识 (一)固定化酶,1、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，对人的健康更有益。,3、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、固定化酶技术。即将酶固定在一定空间内的技术（如固定在不溶于水的载体上）,基础知识,(一)、固定化酶的应用实例,问,1、什么是高果糖浆？与蔗糖比有何优点？,（食品生产为什么偏向用果糖不用蔗糖？）,问,2、解决酶应用中不足的技术及方法是？,问,3、生产高果糖浆需什么酶？作用是什么？这种酶有何特点？,1、高果糖浆是果糖含量为42%左右的糖浆。作为蔗糖的替代品，,基础知识,(一)固定化酶的应用实例,我们以高果糖浆的生产为例来了解固定化酶技术在生产实践中的应用。,高果糖浆的生产需要使用,葡萄糖异构酶,，它能将,葡萄糖转化成果糖,。这种,酶的稳定性好,，可以,持续发挥作用,。但是，酶溶解于葡萄糖溶液后，就无法从糖浆中回收，造成很大的,浪费,。,思考：,如果你是工程技术人员，如何解决这一缺点？,基础知识 (一)固定化酶的应用实例 我,含淀粉的浆液,-淀粉酶,糊精,糖化酶,葡萄糖,葡萄糖异构酶,葡萄糖的异构化,42%45%,转化成果糖,果葡糖浆,果糖和葡萄糖分离,葡萄糖再次异构化,反复多次,果糖含量,70%90%,高果糖浆,固定化酶技术生产高果糖浆,生产流程,基础知识,(一)、固定化酶的应用实例,含淀粉的浆液-淀粉酶糊精糖化酶葡萄糖葡萄糖异构酶葡萄糖的异,使用固定化酶技术，将葡萄糖异构酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的筛板。酶颗粒无法通过筛板上的小孔，而反应液却可以自由出入。生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与固定化葡萄糖异构酶接触转化成果糖，从反应柱的下端流出,基础知识,(一)、固定化酶的应用实例,问,4、高果糖浆生产过程？,使用固定化酶技术，将葡萄糖异构酶固定在一种颗粒状的载体上,5优点是：,（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。,反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本，提高果糖的产量和质量。,基础知识,(一)固定化酶的应用实例,问,5、这种方法的优点是什么？,5优点是：基础知识 (一)固定化酶的应用实例问5,使用,固定化酶技术,，将这种酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内，柱子底端装上分布着许小孔的筛板。酶颗粒无法通过筛板上的小孔，而反应溶液却可以自由出入。生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与固定化,葡萄糖异构酶,接触，转化成果糖，从反应柱的下端流出。,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质量。目前，用固定化葡萄糖异构酶生；产高果糖浆的规模已经超过了每年,1000万吨。,基础知识,(一)、固定化酶的应用实例,使用固定化酶技术，将这种酶固定在一种颗粒状的载体上，再将,1、下列说法不正确的是（）,A、葡萄糖与固定化葡萄糖异构酶接触，转化成,的是果糖；,B、从固定化酶反应柱下端流出的是果糖；,C、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；,D、酶溶解于葡萄糖溶液，可以从糖浆中回收。,2、研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的。如将从大肠杆菌得到的磷酸三酯酶固定到尼龙膜上制成制剂，可以用来降解残留在土壤中的有机磷农药，与用微生物降解相比，其作用不需要适宜的（）,A、温度 B、PH C、水分 D、营养,1、下列说法不正确的是（）2、研究认为,问,：在生产实际中使用固定化酶技术有无不足？如有不足，怎么办,?,有。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。,问：在生产实际中使用固定化酶技术有无不足？如有不足，怎么办,专题4-课题3-酵母细胞的固定化课件,基础知识,（,二）固定化细胞技术,问,：固定化酶或固定化细胞的定义及方法？,固定化技术的,定义,及,方法,：,固定化酶和固定化细胞是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，,包括,包埋,法、化学,结合,法,(将酶分子或细胞相互结合，或将其结合到载体上)和物理,吸附,法。,一般来说，,酶,更适合采用,化学结合和物理吸附,法固定化，而,细胞,多采用,包埋,法固定化。这是因为细胞个大，而酶分子很小；个大的细胞难以被吸附或结合，而个小的酶容易从包埋材料中漏出。,问,：固定酶和细胞各适合采用什么方法？为什么？,基础知识 （二）固定化细胞技术问：固定化酶或固定化细,方法,原理,适用对象,1包埋法,是将聚合物的单体与酶溶液混合，再借助于聚合助进剂,(包括交联剂)的作用进行聚合，酶被包埋在聚合物中以达到固定化,酶或细胞,2化学,结合法,酶蛋白的侧链基团和载体表面上的功能基团之间形成共价键而固定的方法,酶,3物理,吸附法,通过氢键、疏水作用和,电子亲和力等物理作用，将酶固定于水不溶载体上从而制成固定化酶,酶,基础知识,（,二）固定化细胞技术,方法原理适用对象1包埋法是将聚合物的单体与酶溶液混合，再借助,基础知识,（,二）固定化细胞技术,问,：固定化酶和固定化细胞常用的载体材料？,本课题使用的是包埋法固定化细胞，即将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中。,常用的载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。,本实验选用海藻酸钠作载体包埋酵母细胞。,1、从操作角度来考虑，你认为哪一种方法更容易?,2、哪一种方法对酶活性的影响更小?,3、固定化细胞固定的是一种酶还是一系列酶?,4、如果想将微生物的发酵过程变成连续的酶反应，应该,选择哪种方法?,5、如果反应物是大分子物质，又应该采用哪种方法?,基础知识 （二）固定化细胞技术问：固定化酶和固定化细,实验操作,（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？,（3）、各步骤应当分别注意什么问题？,1酵母细胞的,活化,2,配制,物质的量浓度为,0.05 molL的CaCl,2,溶液,3配制海藻酸钠溶液,4海藻酸钠溶液与酵母细胞,混合,5,固定,化酵母细胞,实验操作（一）制备固定化酵母细胞阅读P5051思考下列问题,1、酵母细胞的活化,问：,什么是活化？怎样活化？应注意什么？,实验操作,（一）制备固定化酵母细胞,取,1g干酵母，放入50 ml的小烧杯中，加入蒸馏水10 ml，用玻璃棒搅拌，使酵母细胞混合均匀，成糊状，放置1h左右使其活化。,活化,：,就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态,注意事项,A、选用的干酵母要具有较强的活性，而且物种单一,B、在缺水状态下，微生物处于休眠状态。,注意水的用量,1、酵母细胞的活化问：什么是活化？怎样活化？应注意什么？实验,实验操作,2、配制物质的量浓度为0.05mol/L的C aCl,2,溶液,称取无水,CaCl,2,0.83g。放人200mL的烧杯中，加入150mL的蒸馏水，使其充分溶解，待用。,注意事项,溶解物质要彻底，勿用自来水溶解，以防自来水中各种离子影响实验结果,（一）制备固定化酵母细胞,实验操作2、配制物质的量浓度为0.05mol/L的C aCl,3、配制海藻酸钠溶液,实验操作,（一）制备固定化酵母细胞,称取,0.7g海藻酸钠，放入50mL小烧杯中，加人10mL水，用酒精灯加热，边加热边搅拌，将海藻酸钠调成糊状，直至完全溶化，用蒸馏水定容至10mL。注意，加热时要用小火，或者间断加热，反复几次，直到海藻酸钠溶化为止。,说明：,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。,3、配制海藻酸钠溶液实验操作（一）制备固定化酵母细胞称取,4、海藻酸钠溶液与酵母细胞混合,将溶化好的海藻酸钠溶液,冷却,至室温，,加人,已活化的醉母细胞，进行充分,搅拌,，使其混台均匀，再转移至注射器中,实验操作,（一）制备固定化酵母细胞,注意事项,A、溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温，否则会因温度过高杀死酵母菌B、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,4、海藻酸钠溶液与酵母细胞混合将溶化好的海藻酸钠溶液冷却,实验操作,5,、固定化酵母细胞,以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到配制好的,CaCl,2,溶液中，观察液滴在,CaCl,2,溶液中形成凝胶珠的情形。将这些凝胶珠在,CaCl,2,溶液中浸泡,30min左右如果没有注射器，可以在小塑料瓶上安装一个孔径为2 mm的喷嘴来使用。,（一）制备固定化酵母细胞,注意事项,A、可利用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠，用作对照B、海藻酸钠胶体在CaCl,2,这种电解质的作用下，发生聚沉，形成凝胶珠，需稳定,30min左右,实验操作5、固定化酵母细胞以恒定的速度缓慢地将注射器中的,（二）用固定化细胞发酵,1、将固定好的酵母细胞(凝胶珠)用蒸馏水冲洗2-3次。,实验操作,（一）制备固定化酵母细胞,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下发降24h。,注意事项,控制好发酵温度，一般是室温25,发酵时间可视具体情况而定，一般时间稍长一些，效果明显,可用不含酵母的凝胶珠做相同的处理，对照实验结果,（二）用固定化细胞发酵1、将固定好的酵母细胞(凝胶珠)用,海藻酸钠在水中,溶解的速度较慢,，需要通过加热促进其溶解。溶解海藻酸钠，最好采用,小火间断加热,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继续加热，如此重复数次，直至海藻酸钠完全溶化。如果加热太快，海藻酸钠会发生焦糊。,操作提示,海藻酸钠在水中溶解的速度较慢，需要通过加热,（一）观察凝胶珠的颜色和形状,如果制作的凝胶珠颜色,过浅、呈白