固定化細(xì)胞創(chuàng)新

1、1.1.什么是高果糖漿？使用它有何好處？什么是高果糖漿？使用它有何好處？2.2.生產(chǎn)高果糖漿需要什么酶？其作用是什么？生產(chǎn)高果糖漿需要什么酶？其作用是什么？ 這種酶有何特點(diǎn)？這種酶有何特點(diǎn)？3.3.了解高果糖漿生產(chǎn)過程了解高果糖漿生產(chǎn)過程4.4.這種方法的優(yōu)點(diǎn)是什么？這種方法的優(yōu)點(diǎn)是什么？一、固定化酶的應(yīng)用實(shí)例一、固定化酶的應(yīng)用實(shí)例 閱讀閱讀P49-50，并思考：，并思考：高果糖漿是果糖含量為高果糖漿是果糖含量為42%42%左右的糖漿。作為蔗糖的替左右的糖漿。作為蔗糖的替代品，高果糖漿不會(huì)像蔗糖那樣誘發(fā)肥胖、糖尿病、代品，高果糖漿不會(huì)像蔗糖那樣誘發(fā)肥胖、糖尿病、齲齒和心血管病，對(duì)人的健康有利。

2、齲齒和心血管病，對(duì)人的健康有利。1.1.什么是高果糖漿？使用它有何好處？什么是高果糖漿？使用它有何好處？你能寫出果糖的分子式嗎你能寫出果糖的分子式嗎? ? 它屬于什么糖它屬于什么糖? ?生產(chǎn)高果糖漿需要葡萄糖異構(gòu)酶；其作用是將葡萄糖生產(chǎn)高果糖漿需要葡萄糖異構(gòu)酶；其作用是將葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖；這種酶穩(wěn)定性好，可持續(xù)發(fā)揮作用。轉(zhuǎn)化為果糖；這種酶穩(wěn)定性好，可持續(xù)發(fā)揮作用。2.2.生產(chǎn)高果糖漿需要什么酶？其作用是什么？這種生產(chǎn)高果糖漿需要什么酶？其作用是什么？這種酶有何特點(diǎn)？酶有何特點(diǎn)？酶溶于葡萄糖溶液后，就無法回收，造成很大的浪費(fèi)。酶溶于葡萄糖溶液后，就無法回收，造成很大的浪費(fèi)。3.3.固定化酶技術(shù)生

3、產(chǎn)高果糖漿的過程：固定化酶技術(shù)生產(chǎn)高果糖漿的過程：注意反應(yīng)柱的各部分名稱。注意反應(yīng)柱的各部分名稱。（1 1）使酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離）使酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離（2 2）固定在載體上的酶可以被反復(fù)利用）固定在載體上的酶可以被反復(fù)利用你能說出反應(yīng)柱的優(yōu)點(diǎn)嗎？你能說出反應(yīng)柱的優(yōu)點(diǎn)嗎？4.4.固定化酶技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：固定化酶技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)柱能連續(xù)使用半年，大反應(yīng)柱能連續(xù)使用半年，大大降低了生產(chǎn)成本大降低了生產(chǎn)成本. .提高了果糖的產(chǎn)量和質(zhì)量。提高了果糖的產(chǎn)量和質(zhì)量。 在生產(chǎn)實(shí)際中使用固定化酶技術(shù)的不足：在生產(chǎn)實(shí)際中使用固定化酶技術(shù)的不足：一種酶只能催化一種化學(xué)反應(yīng)，而在生產(chǎn)實(shí)際中

4、一種酶只能催化一種化學(xué)反應(yīng)，而在生產(chǎn)實(shí)際中很多產(chǎn)物的形成都通過一系列的酶促反應(yīng)才能進(jìn)很多產(chǎn)物的形成都通過一系列的酶促反應(yīng)才能進(jìn)行，所以操作比較麻煩。行，所以操作比較麻煩。可采用固定化細(xì)胞技術(shù)可采用固定化細(xì)胞技術(shù)怎么辦？怎么辦？設(shè)想：酶是細(xì)胞合成的，能否將合設(shè)想：酶是細(xì)胞合成的，能否將合成酶的細(xì)胞直接固定？成酶的細(xì)胞直接固定？二、固定化細(xì)胞技術(shù)二、固定化細(xì)胞技術(shù) 利用物理或化學(xué)方法將酶或細(xì)胞固定在一定空間利用物理或化學(xué)方法將酶或細(xì)胞固定在一定空間的技術(shù)。可用包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法的技術(shù)?？捎冒穹?、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法1.1.什么是固定化酶或固定化細(xì)胞技術(shù)，可以采用什什么是固定化酶或固

5、定化細(xì)胞技術(shù)，可以采用什么方法固定？么方法固定？化學(xué)結(jié)合法化學(xué)結(jié)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固定化酶和固定化細(xì)胞的原理是什么？固定化酶和固定化細(xì)胞的原理是什么？就是將酶固定在不溶于水的載體上，或就是將酶固定在不溶于水的載體上，或者將微生物細(xì)胞均勻地包埋于不溶于水者將微生物細(xì)胞均勻地包埋于不溶于水的多孔性載體上，使酶的多孔性載體上，使酶既能與反應(yīng)物接既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離，觸，又能與產(chǎn)物分離，同時(shí)，固定在載同時(shí)，固定在載體上的酶還可以被體上的酶還可以被反復(fù)利用反復(fù)利用的技術(shù)。的技術(shù)。2.2.固定化酶或固定化細(xì)胞技術(shù)分別適合使用哪種方固定化酶或固定化細(xì)胞

6、技術(shù)分別適合使用哪種方法？為什么？法？為什么？固定對(duì)象固定對(duì)象 酶酶 細(xì)胞細(xì)胞 適宜固適宜固定法定法 特特 點(diǎn)點(diǎn) 化學(xué)結(jié)合法化學(xué)結(jié)合法物理吸附法物理吸附法 包埋法包埋法體積小，固定一種酶體積小，固定一種酶包埋法容易丟失包埋法容易丟失體積大，固定一系列酶體積大，固定一系列酶難以化學(xué)結(jié)合和吸附難以化學(xué)結(jié)合和吸附 3.3.固定化酶和固定化細(xì)胞的聯(lián)系與區(qū)別固定化酶和固定化細(xì)胞的聯(lián)系與區(qū)別聯(lián)系：聯(lián)系：應(yīng)用相同，都能催化某些反應(yīng)應(yīng)用相同，都能催化某些反應(yīng)區(qū)別：區(qū)別：（1 1）固定化細(xì)胞技術(shù)操作容易，成本低，容易回收；）固定化細(xì)胞技術(shù)操作容易，成本低，容易回收； （2 2）固定化細(xì)胞技術(shù)對(duì)酶活性影響更??；）

7、固定化細(xì)胞技術(shù)對(duì)酶活性影響更?。唬? 3）固定化細(xì)胞固定的一系列酶；）固定化細(xì)胞固定的一系列酶；（4 4）由于大分子難以通過細(xì)胞膜，因此固定化細(xì)胞的）由于大分子難以通過細(xì)胞膜，因此固定化細(xì)胞的應(yīng)用有一定的限制；應(yīng)用有一定的限制；明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺其共同的特點(diǎn)是不溶于水的多孔性載體其共同的特點(diǎn)是不溶于水的多孔性載體海藻酸鈉海藻酸鈉聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺4.4.本課題采用包埋法固定細(xì)胞，常用的載體材料有本課題采用包埋法固定細(xì)胞，常用的載體材料有哪些？哪些？ 1.制備固定化酵母細(xì)胞的過程制備固定化酵母細(xì)胞的過程配制配制CaCl2

8、溶液溶液配制海藻酸鈉溶液配制海藻酸鈉溶液將海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞的混合將海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞的混合固定化酵母細(xì)胞固定化酵母細(xì)胞酵母細(xì)胞的活化酵母細(xì)胞的活化實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)操作思考：什么叫酵母細(xì)胞的活化？思考：什么叫酵母細(xì)胞的活化？ 思考：配制物質(zhì)的量濃度為思考：配制物質(zhì)的量濃度為0.05mol/L0.05mol/L的的CaClCaCl2 2溶液有什么作用？溶液有什么作用？思考：配制的海藻酸鈉溶液具體作用是什思考：配制的海藻酸鈉溶液具體作用是什么？么？在加熱的過程中，為什么要用小火，或者在加熱的過程中，為什么要用小火，或者間斷加熱？間斷加熱？包埋酶或細(xì)胞包埋酶或細(xì)胞防止焦糊防止焦糊CaCl2溶液的

9、作用是使海藻酸鈉膠體發(fā)生聚沉，形成凝膠珠。溶液的作用是使海藻酸鈉膠體發(fā)生聚沉，形成凝膠珠。 讓休眠狀態(tài)的微生物重新恢復(fù)正常的生活狀態(tài)。讓休眠狀態(tài)的微生物重新恢復(fù)正常的生活狀態(tài)。思考：思考：海藻酸鈉的濃度涉及到固定化細(xì)胞的質(zhì)量。海藻酸鈉的濃度涉及到固定化細(xì)胞的質(zhì)量。過高或過低會(huì)有什么影響？過高或過低會(huì)有什么影響？如果海藻酸鈉濃度過高，將很難形成凝膠珠；如果海藻酸鈉濃度過高，將很難形成凝膠珠；如果濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細(xì)如果濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細(xì)胞的數(shù)目少，影響實(shí)驗(yàn)效果。胞的數(shù)目少，影響實(shí)驗(yàn)效果。 圖為某同學(xué)利用海藻酸鈉固定化酵母細(xì)胞的圖為某同學(xué)利用海藻酸鈉固定化酵母細(xì)胞

10、的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，出現(xiàn)此結(jié)果的可能原因有實(shí)驗(yàn)結(jié)果，出現(xiàn)此結(jié)果的可能原因有A A海藻酸鈉濃度過高海藻酸鈉濃度過高B B酵母細(xì)胞已經(jīng)死亡酵母細(xì)胞已經(jīng)死亡C C注射器中的溶液推進(jìn)速度過快注射器中的溶液推進(jìn)速度過快D D注射器距離注射器距離CaClCaCl2 2溶液液面太近溶液液面太近ACD思考：為什么剛形成的凝膠珠要在思考：為什么剛形成的凝膠珠要在CaCl2CaCl2溶液中浸泡溶液中浸泡30min30min左右？左右？如何檢驗(yàn)?zāi)z珠的質(zhì)量是否合格？如何檢驗(yàn)?zāi)z珠的質(zhì)量是否合格？形成穩(wěn)定的凝膠珠形成穩(wěn)定的凝膠珠一是用鑷子夾起一個(gè)凝膠珠放在實(shí)驗(yàn)桌上用手?jǐn)D壓，如一是用鑷子夾起一個(gè)凝膠珠放在實(shí)驗(yàn)桌上用手?jǐn)D壓，如果

11、凝膠珠不容易破裂，沒有液體流出，就表明凝膠珠的果凝膠珠不容易破裂，沒有液體流出，就表明凝膠珠的制作成功。制作成功。二是在實(shí)驗(yàn)桌上用力摔打凝膠珠，如果凝膠珠很容易彈二是在實(shí)驗(yàn)桌上用力摔打凝膠珠，如果凝膠珠很容易彈起，也能表明制備的凝膠珠是成功的。起，也能表明制備的凝膠珠是成功的。2 2、用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵、用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵固定化酵母細(xì)胞的發(fā)酵條件是什么？固定化酵母細(xì)胞的發(fā)酵條件是什么？實(shí)驗(yàn)操作結(jié)果分析與評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)操作結(jié)果分析與評(píng)價(jià)1 1觀察凝膠珠的顏色和形狀觀察凝膠珠的顏色和形狀如果制作的凝膠珠顏色過淺、呈白色，則說明什么？如果制作的凝膠珠顏色過淺、呈白色，則說明什么？如果形成的凝膠珠不是圓

12、形或橢圓形，則說明什么？如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，則說明什么？如果制作的凝膠珠顏色過淺、呈白色，說明海藻酸鈉的濃度如果制作的凝膠珠顏色過淺、呈白色，說明海藻酸鈉的濃度偏低，固定的酵母細(xì)胞數(shù)目較少；如果形成的凝膠珠不是圓偏低，固定的酵母細(xì)胞數(shù)目較少；如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，則說明海藻酸鈉的濃度偏高，制作失敗，需要形或橢圓形，則說明海藻酸鈉的濃度偏高，制作失敗，需要再作嘗試。再作嘗試。2 2觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液當(dāng)觀察到哪些現(xiàn)象時(shí)，可說明實(shí)驗(yàn)獲得成功？為什么？當(dāng)觀察到哪些現(xiàn)象時(shí)，可說明實(shí)驗(yàn)獲得成功？為什么？利用固定的酵母細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)生酒精，可以看到產(chǎn)生了很多利用固

13、定的酵母細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)生酒精，可以看到產(chǎn)生了很多氣泡，同時(shí)會(huì)聞到酒味。氣泡，同時(shí)會(huì)聞到酒味。類型類型優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)不足不足直接使直接使用酶用酶催化效率高；低催化效率高；低能耗；低污染等。能耗；低污染等。易失活；難回收，成本易失活；難回收，成本高；酶混合在產(chǎn)物中可高；酶混合在產(chǎn)物中可能影響產(chǎn)品質(zhì)量。能影響產(chǎn)品質(zhì)量。固定化固定化酶酶既能與反應(yīng)物接既能與反應(yīng)物接觸，又能與反應(yīng)觸，又能與反應(yīng)物分離；可重復(fù)物分離；可重復(fù)利用利用一種酶只能催化一種或一種酶只能催化一種或一類反應(yīng)，而生產(chǎn)中很一類反應(yīng)，而生產(chǎn)中很多產(chǎn)物需一系列酶促反多產(chǎn)物需一系列酶促反應(yīng)才能得到。應(yīng)才能得到。固定化固定化細(xì)胞細(xì)胞成本低；操作更成本低；操

14、作更容易容易大分子物質(zhì)難以自由通大分子物質(zhì)難以自由通過細(xì)胞膜使應(yīng)用受到某過細(xì)胞膜使應(yīng)用受到某些限制。些限制。（2014上海）如果脂肪酶的產(chǎn)業(yè)化需要其活性在固定化處理時(shí)不受損失，且在多次重復(fù)使用后仍能維持穩(wěn)定的酶活，則應(yīng)選擇圖17中的_ 固定化工藝。C鞏固練習(xí)鞏固練習(xí)1、酶固定化技術(shù)與細(xì)胞固定化技術(shù)的關(guān)系是、酶固定化技術(shù)與細(xì)胞固定化技術(shù)的關(guān)系是A 酶固定化技術(shù)是細(xì)胞固定化技術(shù)的基礎(chǔ)酶固定化技術(shù)是細(xì)胞固定化技術(shù)的基礎(chǔ)B 細(xì)胞固定化技術(shù)是酶固定化技術(shù)的基礎(chǔ)細(xì)胞固定化技術(shù)是酶固定化技術(shù)的基礎(chǔ)C 酶固定化技術(shù)與細(xì)胞固定化技術(shù)是同時(shí)發(fā)展酶固定化技術(shù)與細(xì)胞固定化技術(shù)是同時(shí)發(fā)展起來的起來的D 固定化細(xì)胞技術(shù)先

15、于酶固定化技術(shù)固定化細(xì)胞技術(shù)先于酶固定化技術(shù)2、固定化酶技術(shù)常采用、固定化酶技術(shù)常采用A 包埋法包埋法 B 化學(xué)結(jié)合和物理吸附法化學(xué)結(jié)合和物理吸附法C 活化法活化法 D 微囊化法微囊化法3、海藻酸鈉在水中溶解的速度較慢，需要、海藻酸鈉在水中溶解的速度較慢，需要經(jīng)過加熱促進(jìn)其溶解，采用的最好加熱方經(jīng)過加熱促進(jìn)其溶解，采用的最好加熱方法是法是A 快速加熱快速加熱 B 持續(xù)高溫加熱持續(xù)高溫加熱C 小火間斷加熱小火間斷加熱 D 灼燒加熱灼燒加熱4、酵母菌的活化是指、酵母菌的活化是指A 讓酵母細(xì)胞恢復(fù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)讓酵母細(xì)胞恢復(fù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)B 讓酵母細(xì)胞在缺水狀態(tài)下更容易休眠讓酵母細(xì)胞在缺水狀態(tài)下更容易休眠C 讓

16、酵母細(xì)胞內(nèi)酶活性加倍讓酵母細(xì)胞內(nèi)酶活性加倍D 讓處于休眠狀態(tài)的酵母細(xì)胞重新恢復(fù)正讓處于休眠狀態(tài)的酵母細(xì)胞重新恢復(fù)正常的生活狀態(tài)常的生活狀態(tài)5、細(xì)胞固定化技術(shù)與酶固定化技術(shù)相比，所、細(xì)胞固定化技術(shù)與酶固定化技術(shù)相比，所具備的特點(diǎn)是具備的特點(diǎn)是A 成本更低、操作更容易、不能連續(xù)性生產(chǎn)成本更低、操作更容易、不能連續(xù)性生產(chǎn)B 成本更高、操作更難、不能連續(xù)性生產(chǎn)成本更高、操作更難、不能連續(xù)性生產(chǎn)C 成本更低、操作更容易、能連續(xù)性生產(chǎn)成本更低、操作更容易、能連續(xù)性生產(chǎn)D 成本更低、操作更難、能連續(xù)性生產(chǎn)成本更低、操作更難、能連續(xù)性生產(chǎn)下圖為固定化酶的反應(yīng)柱示意圖，下圖為固定化酶的反應(yīng)柱示意圖，請(qǐng)據(jù)圖回答：

17、請(qǐng)據(jù)圖回答： (1)(1)請(qǐng)請(qǐng)?jiān)跈M線上填出各標(biāo)號(hào)名稱請(qǐng)請(qǐng)?jiān)跈M線上填出各標(biāo)號(hào)名稱_ _ _。(2) (2) 與一般酶制劑相比，固定化與一般酶制劑相比，固定化酶的突出優(yōu)點(diǎn)是酶的突出優(yōu)點(diǎn)是_和和_固定化細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)是固定化細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)是_。 (3)(3)的作用是的作用是_。（4 4）制作固定葡萄糖異構(gòu)酶所用）制作固定葡萄糖異構(gòu)酶所用的方式有的方式有_或或_。 （5 5）據(jù)圖說出反應(yīng)柱的作用原理）據(jù)圖說出反應(yīng)柱的作用原理 。下圖是制備固定化酵母細(xì)胞實(shí)驗(yàn)步驟圖解，請(qǐng)據(jù)圖回答：下圖是制備固定化酵母細(xì)胞實(shí)驗(yàn)步驟圖解，請(qǐng)據(jù)圖回答：酵母細(xì)胞活化酵母細(xì)胞活化配制配制CaClCaCl2 2溶液溶液配置海藻酸鈉溶液配置海

18、藻酸鈉溶液海海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合固定化酵母細(xì)胞固定化酵母細(xì)胞(1) (1) 在在_狀態(tài)下，微生物處于休眠狀態(tài)?；罨癄顟B(tài)下，微生物處于休眠狀態(tài)。活化就是讓處于休眠狀態(tài)的微生物恢復(fù)就是讓處于休眠狀態(tài)的微生物恢復(fù)_狀態(tài)?；罨癄顟B(tài)?；罨皯?yīng)選擇足夠大的容器，因?yàn)榻湍讣?xì)胞活化時(shí)前應(yīng)選擇足夠大的容器，因?yàn)榻湍讣?xì)胞活化時(shí)_。(2) (2) 影響實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵步驟是影響實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵步驟是_ _ 。(3) (3) 如果海藻酸鈉濃度過低，形成凝膠珠包埋酵母細(xì)胞如果海藻酸鈉濃度過低，形成凝膠珠包埋酵母細(xì)胞數(shù)目數(shù)目_。（4 4）觀察形成凝膠珠的顏色和形狀，如果顏色過淺，說）觀察形成凝膠

19、珠的顏色和形狀，如果顏色過淺，說明明_如果形成的凝膠珠不是圓形如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，說明或橢圓形，說明 。（5 5）制備固定化酶不宜用包埋法，為什么？）制備固定化酶不宜用包埋法，為什么？2525右圖右圖1 1表示制備固定化酵母細(xì)胞的有關(guān)操作，圖表示制備固定化酵母細(xì)胞的有關(guān)操作，圖2 2是利用固定化是利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行酒精發(fā)酵的示意圖下列敘述正確的是酵母細(xì)胞進(jìn)行酒精發(fā)酵的示意圖下列敘述正確的是 A A剛?cè)芑暮Ｔ逅徕c應(yīng)迅速與活化的酵母菌混合制備混合液剛?cè)芑暮Ｔ逅徕c應(yīng)迅速與活化的酵母菌混合制備混合液 B B圖圖1 1中中X X溶液為溶液，其作用是使海藻酸鈉形成凝膠珠溶液為溶液，其作用是使海藻酸鈉形成凝膠珠 C C圖圖2 2發(fā)酵過程中攪拌的目的是為了使培養(yǎng)液與酵母菌充分接觸發(fā)酵過程中攪拌的目的是為了使培養(yǎng)液與酵母菌充分接觸 D D圖圖1 1中制備的凝膠珠用蒸餾水洗滌后再轉(zhuǎn)移到圖中制備的凝膠珠用蒸餾水洗滌后再轉(zhuǎn)移到圖2 2裝置中裝置中BCD（20122012江