高中生物 专题4 课题3 酵母细胞的固定化课件 新人教版选修1

专题4课题3课前预习巧设计名师课堂一点通重点突破创新演练大冲关知识清单案例师说课堂强化每课一练了解了解 固定化酶和固定化细胞的作用及固定化酶和固定化细胞的作用及 常用方法常用方法理解理解 固定化酶和固定化细胞的原理固定化酶和固定化细胞的原理制备固定化酵母细胞制备固定化酵母细胞 一、固定化酶的应用实例一、固定化酶的应用实例高果糖浆的生产高果糖浆的生产 (1)生产原理：生产原理： 果糖果糖 (2)葡萄糖异构酶的固定：将葡萄糖异构酶固定在颗粒状的葡萄糖异构酶的固定：将葡萄糖异构酶固定在颗粒状的 上，再将这些酶颗粒装入反应柱中。上，再将这些酶颗粒装入反应柱中。 (3)生产操作：生产过程中，生产操作：生产过程中， 从反应柱的上端从反应柱的上端注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与固定化注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与固定化 接触，接触，转化成果糖，从反应柱的下端流出。转化成果糖，从反应柱的下端流出。 (4)优点：反应柱可以连续使用半年，大大降低优点：反应柱可以连续使用半年，大大降低 ，提高果糖的提高果糖的 和和 。 葡萄糖葡萄糖载体载体将葡萄糖溶液将葡萄糖溶液葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶生产成本生产成本产量产量质量质量葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶 二、固定化细胞技术二、固定化细胞技术 (1)概念：利用概念：利用 或或 方法将酶或细胞固定在一方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术。定空间内的技术。 (2)方法：包括方法：包括 法、法、 法和法和 法。法。 细胞多采用细胞多采用 法固定化；法固定化； 酶多采用酶多采用 法和法和 法固定化。法固定化。物理物理化学化学包埋包埋化学结合化学结合物理吸附物理吸附包埋包埋化学结合化学结合物理吸附物理吸附三、实验设计三、实验设计固定化酵母细胞的制备固定化酵母细胞的制备1制备固定化酵母细胞制备固定化酵母细胞凝胶珠凝胶珠葡萄糖葡萄糖气泡气泡酒精味酒精味 1阅读教材阅读教材P49课题背景课题背景的相关内容，归纳并回答下列的相关内容，归纳并回答下列问题。问题。 (1)从酶到固定化细胞经历了怎样的发展过程？利用文字和从酶到固定化细胞经历了怎样的发展过程？利用文字和箭头表示。箭头表示。 提示：提示：酶酶固定化酶固定化酶固定化细胞。固定化细胞。 (2)生产上直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化反应，生产上直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化反应，各有哪些优点和不足？各有哪些优点和不足？(完成下表完成下表) 2阅读教材阅读教材P4950基础知识基础知识的相关内容，归纳并回的相关内容，归纳并回答下列问题：答下列问题： (1)酶或细胞的固定化方法有哪些？酶或细胞的固定化方法有哪些？ 提示：提示：包埋法、化学结合法、物理吸附法。包埋法、化学结合法、物理吸附法。 (2)讨论并交流：酶的固定化和细胞固定化的最适方法是讨论并交流：酶的固定化和细胞固定化的最适方法是什么？说明其原因。什么？说明其原因。 提示：提示：酶适合采用化学结合和物理吸附法固定；酶适合采用化学结合和物理吸附法固定； 细胞固细胞固定化多采用包埋法。因为细胞个大，难以被吸附或结合，酶定化多采用包埋法。因为细胞个大，难以被吸附或结合，酶分子很小，容易从包埋材料中漏出。分子很小，容易从包埋材料中漏出。 (3)分析交流：固定化酶和固定化细胞中，哪一种对酶分析交流：固定化酶和固定化细胞中，哪一种对酶的活性影响最小？固定化细胞使用的是活细胞，怎样保证的活性影响最小？固定化细胞使用的是活细胞，怎样保证其正常的活性？其正常的活性？ 提示：提示：固定化细胞。因为固定化细胞保证了细胞的固定化细胞。因为固定化细胞保证了细胞的完整性，酶环境改变小，对其活性影响小。完整性，酶环境改变小，对其活性影响小。 固定化细胞使用的是活细胞，为了保证活细胞生活固定化细胞使用的是活细胞，为了保证活细胞生活的需要，应为其提供一定的营养物质。的需要，应为其提供一定的营养物质。 3读教材读教材P5051实验操作实验操作的相关内容，分析讨论下的相关内容，分析讨论下列问题：列问题： (1)配制海藻酸钠溶液为什么是固定化酵母细胞的关键？配制海藻酸钠溶液为什么是固定化酵母细胞的关键？ 提示：提示：因为如果海藻酸钠浓度过高，将很难形成凝胶珠，因为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量少，如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数量少，也会影响实验效果。也会影响实验效果。 (2)在固定化酵母细胞过程中，在固定化酵母细胞过程中，CaCl2溶液起到什么作用？溶液起到什么作用？ 提示：提示：使海藻酸钠胶体发生聚沉，形成凝胶珠。使海藻酸钠胶体发生聚沉，形成凝胶珠。 (3)如何检验制作的凝胶珠是否符合实验要求？如何检验制作的凝胶珠是否符合实验要求？ 提示：提示：用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，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，就表明凝胶珠制作如果凝胶珠不容易破裂，没有液体流出，就表明凝胶珠制作成功。成功。 在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很容易弹起，在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很容易弹起，也表明制备的凝胶珠是成功的。也表明制备的凝胶珠是成功的。 下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是 () A固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显 B固定化酶的应用中，固定化酶的应用中， 要控制好要控制好pH、温度和溶解氧、温度和溶解氧 C利用固定化酶技术能降解水中所有的污染物利用固定化酶技术能降解水中所有的污染物 D利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用只是作利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用只是作为反应底物为反应底物 解析解析固定化细胞与固定化酶有许多相似之处，但也有较固定化细胞与固定化酶有许多相似之处，但也有较大的区别大的区别(酶与活细胞有区别酶与活细胞有区别)，固定化细胞主要应用在一些需要，固定化细胞主要应用在一些需要活体细胞进行持续性处理的生产过程中，所以活体细胞进行持续性处理的生产过程中，所以A正确；固定化酶正确；固定化酶不像普通酶那样对环境要求那么高，耐受性比较好，和溶解氧不像普通酶那样对环境要求那么高，耐受性比较好，和溶解氧没什么关系，所以没什么关系，所以B错；酶具有专一性，只能降解部分有机污染错；酶具有专一性，只能降解部分有机污染物，所以物，所以C错；利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类作为反应底错；利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类作为反应底物，同时也作为碳源来提供能量和物质，所以物，同时也作为碳源来提供能量和物质，所以D错。错。 答案答案A 根据下列实验内容回答问题：根据下列实验内容回答问题： 实验原理：麦芽汁可以渗入到海藻酸钠和啤酒酵母支撑实验原理：麦芽汁可以渗入到海藻酸钠和啤酒酵母支撑凝胶珠中。啤酒酵母可以利用自身细胞内的一系列酶将发酵凝胶珠中。啤酒酵母可以利用自身细胞内的一系列酶将发酵性的糖转化成乙醇。性的糖转化成乙醇。 实验过程：实验过程：取斜面培养基上的新鲜啤酒酵母，接种于取斜面培养基上的新鲜啤酒酵母，接种于10 mL麦芽汁液体培养基中，麦芽汁液体培养基中，25下培养下培养2430 h。 取取1.6 g海藻酸钠溶于无菌小烧杯中，加无菌水少许调海藻酸钠溶于无菌小烧杯中，加无菌水少许调成糊状，再加入无菌水至成糊状，再加入无菌水至40 mL，在，在98 kPa条件下灭菌条件下灭菌15 min。冷却至冷却至45左右后，与预热至左右后，与预热至35左右的左右的10 mL酵母培养液混酵母培养液混合搅拌均匀，立即倒入带喷嘴的无菌小塑料瓶中合搅拌均匀，立即倒入带喷嘴的无菌小塑料瓶中(或装有或装有5号针号针头的注射器外套中头的注射器外套中)，以恒定的速度滴入盛有葡萄糖、氯化钙，以恒定的速度滴入盛有葡萄糖、氯化钙混合液的容器中，浸泡混合液的容器中，浸泡30 min制成凝胶珠。制成凝胶珠。 倒去葡萄糖、氯化钙混合液，用无菌水洗涤凝胶珠三倒去葡萄糖、氯化钙混合液，用无菌水洗涤凝胶珠三次后，将凝胶珠放入次后，将凝胶珠放入500 mL三角瓶中，加入三角瓶中，加入300 mL无菌麦芽无菌麦芽汁液体培养基，置于汁液体培养基，置于25下封口发酵下封口发酵5 d左右，倒出发酵后的左右，倒出发酵后的麦芽汁即为生啤酒，品尝其口味。麦芽汁即为生啤酒，品尝其口味。 (1)凝胶珠是由凝胶珠是由_组成的。组成的。它的作用是它的作用是_。 (2)如果进行多批次的生产，本实验中的啤酒酵母与普通发如果进行多批次的生产，本实验中的啤酒酵母与普通发酵中的酵母菌在使用上的区别是酵中的酵母菌在使用上的区别是_。 (3)固定化酶和固定化细胞技术是利用固定化酶和固定化细胞技术是利用_或或_方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括_、_和和_。其中细胞多采用。其中细胞多采用_固固定化，而酶多采用定化，而酶多采用_和和_固定化。固定化。 (4)制作成功的凝胶珠应用制作成功的凝胶珠应用_冲洗，其颜色为冲洗，其颜色为_。将凝胶珠加入用于发酵的葡萄糖溶液后发现有。将凝胶珠加入用于发酵的葡萄糖溶液后发现有_产生，同时有产生，同时有_味散发出来。味散发出来。 解析解析本题考查固定化细胞的应用，同时考查分析实验本题考查固定化细胞的应用，同时考查分析实验的能力，应用固定化酵母细胞可以催化一系列化学反应，并且的能力，应用固定化酵母细胞可以催化一系列化学反应，并且能够连续使用。能够连续使用。 (1)凝胶珠是由海藻酸钠和啤酒酵母细胞组成的，在此实验凝胶珠是由海藻酸钠和啤酒酵母细胞组成的，在此实验中，凝胶珠中的啤酒酵母细胞产生的酶可将渗入凝胶珠的麦芽中，凝胶珠中的啤酒酵母细胞产生的酶可将渗入凝胶珠的麦芽汁中的糖转化为乙醇，同时海藻酸钠将啤酒酵母细胞固定。汁中的糖转化为乙醇，同时海藻酸钠将啤酒酵母细胞固定。 (2)该实验中使用的固定化酵母细胞，可以多次连续使用，该实验中使用的固定化酵母细胞，可以多次连续使用，普通发酵中的酵母细胞与发酵液难以分离，不能连续使用。普通发酵中的酵母细胞与发酵液难以分离，不能连续使用。 (3)固定化酶和固定化细胞技术是利用物理或化学方法将酶固定化酶和固定化细胞技术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、化学结合法和或细胞固定在一定空间内的技术，包括包埋法、化学结合法和物理吸附法，其中细胞的固定多采用包埋法，而酶的固定化多物理吸附法，其中细胞的固定多采用包埋法，而酶的固定化多采用物理吸附法和化学结合法固定。采用物理吸附法和化学结合法固定。 (4)制作成功的凝胶珠应用蒸馏水冲洗，颜色为浅黄色，将制作成功的凝胶珠应用蒸馏水冲洗，颜色为浅黄色，将其加入到发酵的葡萄糖溶液中后，啤酒酵母细胞产生的酶将糖其加入到发酵的葡萄糖溶液中后，啤酒酵母细胞产生的酶将糖转化成乙醇和转化成乙醇和CO2，会有气泡冒出，同时有酒味散发出来。，会有气泡冒出，同时有酒味散发出来。 答案答案(1)啤酒酵母和海藻酸钠啤酒酵母产生的酶可啤酒酵母和海藻酸钠啤酒酵母产生的酶可将渗入凝胶珠的麦芽汁中的糖转化成乙醇将渗入凝胶珠的麦芽汁中的糖转化成乙醇(酒精酒精)，海藻酸钠能，海藻酸钠能够使啤酒酵母细胞固定够使啤酒酵母细胞固定 (2)能反复连续使用能反复连续使用 (3)物理化学包理法化学结合法物理吸附法包物理化学包理法化学结合法物理吸附法包埋法化学结合法物理吸附法埋法化学结合法物理吸附法 (4)蒸馏水浅黄色气泡酒蒸馏水浅黄色气泡酒 固定化细胞的活性固定化细胞的活性 (1)固定化细胞使用的都是活细胞，因而为了保证其生活固定化细胞使用的都是活细胞，因而为了保证其生活的需要，应该为其提供一定的营养物质。的需要，应该为其提供一定的营养物质。 (2)固定化细胞由于保证了细胞的完整性，因而酶的环境固定化细胞由于保证了细胞的完整性，因而酶的环境改变小，所以对酶的活性影响变小，酶的活性也就更稳定。改变小，所以对酶的活性影响变小，酶的活性也就更稳定。