高中生物《第四章 第三节 酵母细胞的固定化》课件5 新人教版选修1

课题课题3 3 酵母细胞的固定化酵母细胞的固定化优点：优点：催化效率高、低耗能、低污染，大规催化效率高、低耗能、低污染，大规模地应用于食品、化工等各个领域。模地应用于食品、化工等各个领域。存在的缺陷：存在的缺陷：1. 1.通常对通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常等条件非常敏感，容易失活；敏感，容易失活；2. 2.溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本；生产成本；3. 3.反应后会混在产物中，可能影响产品质量。反应后会混在产物中，可能影响产品质量。解决的办法：解决的办法：酶制剂酶制剂固定化酶技术固定化酶技术 什么是固定化酶？水溶性酶水溶性酶水不溶性载体水不溶性载体水不溶性酶水不溶性酶（固定化酶）（固定化酶）固定化技术固定化技术1.1.什么是高果糖浆？使用它有何好处？什么是高果糖浆？使用它有何好处？2.2.生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什么？生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什么？ 这种酶有何特点？这种酶有何特点？3.3.了解高果糖浆生产过程了解高果糖浆生产过程4.4.这种方法的优点是什么？这种方法的优点是什么？一、固定化酶的应用实例一、固定化酶的应用实例 阅读阅读P49-50，并思考：，并思考：基础知识基础知识 高果糖浆是果糖含量为高果糖浆是果糖含量为42%42%左右的糖浆。作为蔗糖的替左右的糖浆。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、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。龋齿和心血管病，对人的健康有利。1.1.什么是高果糖浆？使用它有何好处？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你能写出果糖的分子式吗? ? 它属于什么糖它属于什么糖? ?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。转化为果糖；这种酶稳定性好，可持续发挥作用。2.2.生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什么？这种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。酶溶于葡萄糖溶液后，就无法回收，造成很大的浪费。3.3.固定化酶技术生产高果糖浆的过程：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。注意反应柱的各部分名称。（1 1）使酶既能与反应物接触，又能与产物分离）使酶既能与反应物接触，又能与产物分离（2 2）固定在载体上的酶可以被反复利用）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？你能说出反应柱的优点吗？4.4.固定化酶技术的优点：固定化酶技术的优点：反应柱能连续使用半年，大反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本大降低了生产成本. .提高了果糖的产量和质量。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：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。行，所以操作比较麻烦。可采用固定化细胞技术可采用固定化细胞技术怎么办？怎么办？二、固定化细胞技术二、固定化细胞技术阅读阅读P50：思考以下几个问题：思考以下几个问题2.2.固定化酶或固定化细胞技术分别适合使用哪种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？方法？为什么？1.1.什么是固定化酶或固定化细胞技术，可以采用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？什么方法固定？3.3.固定化酶和固定化细胞的联系与区别固定化酶和固定化细胞的联系与区别4.4.本课题采用包埋法固定细胞，常用的载体材料有本课题采用包埋法固定细胞，常用的载体材料有哪些？哪些？ 利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间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的技术。可用包埋法、化学结合法和物理吸附法1.1.什么是固定化酶或固定化细胞技术，可以采用什什么是固定化酶或固定化细胞技术，可以采用什么方法固定？么方法固定？化学结合法化学结合法 物理吸附法物理吸附法 包埋法包埋法 半透膜微囊半透膜微囊2.2.固定化酶或固定化细胞技术分别适合使用哪种方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？法？为什么？固定对象固定对象 酶酶 细胞细胞 适宜固适宜固定法定法 特特 点点 化学结合法化学结合法物理吸附法物理吸附法 包埋法包埋法体积小，固定一种酶体积小，固定一种酶包埋法容易丢失包埋法容易丢失体积大，固定一系列酶体积大，固定一系列酶难以化学结合和吸附难以化学结合和吸附 3.3.固定化酶和固定化细胞的联系与区别固定化酶和固定化细胞的联系与区别联系：联系：应用相同，都能催化某些反应应用相同，都能催化某些反应区别：区别：（1 1）固定化细胞技术操作容易，成本低，容易回收；）固定化细胞技术操作容易，成本低，容易回收； （2 2）固定化细胞技术对酶活性影响更小；）固定化细胞技术对酶活性影响更小；（3 3）固定化细胞固定的一系列酶；）固定化细胞固定的一系列酶；（4 4）由于大分子难以通过细胞膜，因此固定化细胞的）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；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其共同的特点是不溶于水的多孔性载体海藻酸钠海藻酸钠聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺4.4.本课题采用包埋法固定细胞，常用的载体材料有本课题采用包埋法固定细胞，常用的载体材料有哪些？哪些？ （一）制备固定化酵母细胞（一）制备固定化酵母细胞阅读阅读P5051思考下列问题：思考下列问题：1.1.制备过程包括哪几个步骤？制备过程包括哪几个步骤？2.2.你认为哪个步骤的操作是最重要的一环？你认为哪个步骤的操作是最重要的一环？实验操作实验操作 1.制备过程包括哪几个步骤？制备过程包括哪几个步骤？配制配制CaCl2溶液溶液配制海藻酸钠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将海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合固定化酵母细胞固定化酵母细胞酵母细胞的活化酵母细胞的活化CaClCaCl2 2的作用是使海藻酸钠胶的作用是使海藻酸钠胶体发生聚沉，形成凝胶珠。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以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到配置好的置好的CaCl2溶液中，滴加在溶液中，滴加在CaCl2溶液中形成溶液中形成凝胶珠，凝胶珠， 凝胶珠在凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡溶液中浸泡30分钟。分钟。 刚形成的凝胶珠应在刚形成的凝胶珠应在CaClCaCl2 2溶液中浸泡一段时间，以便溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。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：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，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。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。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？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加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环最重要的一环，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行操作。海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质量。质量。如果海藻酸钠浓度过高，将很难形成凝如果海藻酸钠浓度过高，将很难形成凝胶珠；胶珠；如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少，影响实验效果。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实验结果，出现此结果的可能原因有A A海藻酸钠浓度过高海藻酸钠浓度过高B B酵母细胞已经死亡酵母细胞已经死亡C C注射器中的溶液推进速度过快注射器中的溶液推进速度过快D D注射器距离注射器距离CaClCaCl2 2溶液液面太近溶液液面太近ACD（二）用固定化酵母细胞发酵（二）用固定化酵母细胞发酵1.1.将固定化的酵母细胞（将固定化的酵母细胞（凝胶珠凝胶珠）用蒸馏水冲洗）用蒸馏水冲洗2 2到到3 3次。次。 2.2.将将150ml150ml质量分数为质量分数为10%10%的葡萄糖溶液转移到的葡萄糖溶液转移到200ml200ml的锥的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于2525摄氏度下发摄氏度下发酵酵24h24h。 利用固定化酵母细胞发酵产生酒精，可以看到产生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。了很多气泡，同时会闻到酒味。 细胞的固定化要在严格的细胞的固定化要在严格的无菌条件无菌条件下进行；下进行；反复使用固定化酵母细胞时，需要避免微生物反复使用固定化酵母细胞时，需要避免微生物的污染。的污染。 在应用固定化酵母细胞进行酒精发酵时要在应用固定化酵母细胞进行酒精发酵时要注意注意控制好温度，保证缺氧控制好温度，保证缺氧的环境，并且发酵的环境，并且发酵时间要稍长一些，增强实验效果。时间要稍长一些，增强实验效果。 类型类型优点优点不足不足直接直接使用使用酶酶催化效率高，低耗能、催化效率高，低耗能、低污染等低污染等对环境条件非常敏感，容易失活；对环境条件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很难回收，不能被再次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，可能影响产品质量会混在产物中，可能影响产品质量固定固定化酶化酶酶既能与反应物接触，酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时，又能与产物分离，同时，固定在载体上的酶还可固定在载体上的酶还可以被反复利用以被反复利用一种酶只能催化一种化学反应，而一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物的形成都在生产实践中，很多产物的形成都通过一系列的酶促反应才能得到的通过一系列的酶促反应才能得到的固定固定化细化细胞胞成本低、操作容易、对成本低、操作容易、对酶活性的影响更小、可酶活性的影响更小、可以催化一系列的反应、以催化一系列的反应、容易回收容易回收固定后的酶或细胞与反应物不容易固定后的酶或细胞与反应物不容易接近，可能导致反应效果下降，由接近，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，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因此固定化细胞的应用也受到限制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