酵母細胞的固定化定教學課件

429572439gao課題3

酵母細胞的固定化授課教師：王燕嬌酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)一、課題背景閱讀課題背景并思考：1、直接使用酶制劑在應用中各有什么優(yōu)、缺點？如何解決使用酶制劑時的缺陷？2、固定化酶技術在應用中各有什么優(yōu)、缺點？如何解決使用固定化酶技術在應用時的缺陷？3、固定化細胞在應用中各有什么優(yōu)、缺點？1、直接使用酶制劑①天然酶通常對強酸、強堿、高溫和有機溶劑等條件非常敏感，容易失活②溶液中酶很難回收，不能再次利用，提高了生產(chǎn)成本③反應后，酶會混在產(chǎn)物中，影響產(chǎn)品質(zhì)量，難以在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應用（1）優(yōu)點（2）缺點催化效率高、低耗能、低污染，大規(guī)模地應用于食品、化工等各個領域如何解決這些問題？1、直接使用酶制劑（3）解決方案固定化酶技術2、固定化酶（1）含義：將酶固定在不溶于水的載體上。（3）優(yōu)點：酶既能與反應物接觸，又能與產(chǎn)物分離，同時，固定在載體上的酶還可以被反復利用。（4）缺點：一種酶只能催化一種化學反應，而在實際生產(chǎn)中，很多產(chǎn)物的形成是通過一系列的酶促反應才能得到。（5）解決方案：固定化細胞技術（2）實例：利用固定化酶技術生產(chǎn)“高果糖漿”。固定化酶的應用實例：生產(chǎn)高果糖漿1、什么是高果糖漿？使用它有何好處？高果糖漿是果糖含量為42%左右的糖漿。作為蔗糖的替代品，高果糖漿不會像蔗糖那樣誘發(fā)肥胖、糖尿病、齲齒和心血管病，對人的健康有利。再思考：果糖屬于什么糖?果糖是一種：單糖

分子式：C6H12O62、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？直接使用酶時有什么缺點？生產(chǎn)高果糖漿需要：作用：特點：直接使用酶時的缺點：葡萄糖異構酶酶穩(wěn)定性好，可持續(xù)發(fā)揮作用將葡萄糖轉化為果糖酶溶于葡萄糖溶液后，就無法從糖漿中回收，造成很大的浪費。如何改進？3、改進：固定化酶技術

4、具體做法：

5、優(yōu)點：①反應柱能連續(xù)使用半年，大大降低了生產(chǎn)成本。②提高了果糖的產(chǎn)量和品質(zhì)。3、固定化細胞（1）含義：將細胞固定在一定空間內(nèi)的技術。（2）優(yōu)點：成本低、操作容易、對酶活性的影響更小、可以催化一系列的反應、容易回收（3）缺點：固定后的細胞與反應物不容易接近，可能導致反應效果下降，由于大分子物質(zhì)難以自由通過細胞膜，因此固定化細胞的應用也受到限制。但相對較為完善。酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)二、酶和細胞固定化方法(看課本P50）思考：固定化酶或固定化細胞指什么？

可以采取哪些方法進行固定？各有什么利弊？①物理吸附法②包埋法③化學結合法

1、固定化酶或固定化細胞：指利用物理或化學方法將酶或細胞固定在一定空間內(nèi)的技術。

2、方法：酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)將酶（或細胞）包埋在細微網(wǎng)格里將酶（或細胞）相互結合，或將其結合到載體上。將酶（或細胞）吸附在載體表面上包埋法化學結合法物理吸附法固定化酶或固定化細胞采取的方法酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)【比較】酶和細胞的固定方法和特點酶分子很小，容易從包埋材料中漏出。細胞體積大，難以被吸附或結合。酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)〖思考1〗對固定酶的作用影響較小的固定方法是什么？〖思考2〗將谷氨酸棒狀桿菌生產(chǎn)谷氨酸的發(fā)酵過程變?yōu)檫B續(xù)的酶反應，應當固定（酶、細胞）。吸附法。酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)三、實驗操作：包埋法固定細胞明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等。

1、包埋法固定細胞：即將微生物細胞均勻地包埋在不溶于水的多孔性載體中。

2、包埋時常用的載體包括：酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)海藻酸鈉：一種天然多糖，是由海帶中提取的天然多糖碳水化合物，可作為食用的食品添加劑，也可作為支架材料用于醫(yī)學用途，其溫和的溶膠凝膠過程、良好的生物相容性使其適于作為釋放或包埋藥物。酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)三、實驗操作（一）制備固定化酵母細胞（二）用固定化酵母細胞發(fā)酵酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)（一）制備固定化酵母細胞1、酵母細胞的活化：在缺水狀態(tài)下，微生物處于休眠狀態(tài)?；罨侵缸屘幱谛菝郀顟B(tài)的微生物重新恢復正常生活狀態(tài)的過程。1g干酵母＋10mL蒸餾水→50mL燒杯→攪拌均勻→放置1h，使之活化?！妓伎肌交罨侵甘裁?？操作提示酵母細胞活化時體積會變大，因此活化前應該選擇體積足夠大的容器，以避免酵母細胞的活化液溢出容器外。酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)2、配制物質(zhì)的量濃度為0.05mol/L的CaCl2溶液：0.83gCaCl2＋150mL蒸餾水→200mL燒杯→溶解備用?！妓伎肌綖槭裁匆谜麴s水，而不用自來水？防止自來水中各種離子影響實驗結果操作提示溶解物質(zhì)要徹底。酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)3、配制海藻酸鈉溶液0.7g海藻酸鈉＋10mL水→50mL燒杯→酒精燈微火（或間斷）加熱，并不斷攪拌，使之溶化→蒸餾水定容到10mL。加熱時要用小火，或者間斷加熱，并攪拌，反復幾次，直到海藻酸鈉溶化為止〖思考〗為什么要用小火或間斷加熱，并不斷攪拌？防止海藻酸鈉發(fā)生焦糊。操作提示酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)429572439gao酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)4、海藻酸鈉溶液和酵母細胞混合將溶化好的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫，加入以活化的酵母細胞，進行充分攪拌，再轉移至注射器中以免海藻酸鈉溫度過高殺死酵母菌〖思考〗為什么要將海藻酸鈉冷卻至室溫？海藻酸鈉溶液必須冷卻至室溫，攪拌要徹底充分，使兩者混合均勻，以免影響實驗結果的觀察。操作提示酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)429572439gao酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)（5）固定化酵母細胞以恒定的速度緩慢的將注射器中的溶液滴加CaCl2溶液中，將形成的凝膠珠在CaCl2溶液中浸泡30min左右?！妓伎肌紺aCl2溶液有什么作用？使膠體聚沉，凝膠珠形成穩(wěn)定的結構。剛形成的凝膠珠應在CaCl2溶液中浸泡一段時間，以便形成穩(wěn)定的結構。操作提示滴加注射器中的溶液時，速度一定要恒定且緩慢，以便形成的凝膠珠呈均勻的圓形或橢圓形。酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)429572439gao酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)（二）用固定化酵母細胞發(fā)酵①將固定化酵母細胞（凝膠珠）用蒸餾水沖洗2－3次。②將150ml質(zhì)量分數(shù)為10％的葡萄糖溶液轉移至200ml的錐形瓶中，再加入固定好的酵母細胞，置于25°C下發(fā)酵24h〖思考〗1、為什么要用蒸餾水沖洗凝膠珠？洗去凝膠珠表面多余的CaCl2溶液。以免對實驗造成影響?！妓伎肌?、葡萄糖在這里有什么用？既可以作為發(fā)酵底物，也作為酵母菌細胞的營養(yǎng)物質(zhì)。酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)酵母細胞的固定化(定)(共33張PPT)429572439gao1、海藻酸鈉的濃度涉及到固定化細胞的質(zhì)量。如果海藻酸鈉濃度過高：四、特別注意：將很難形成凝膠珠。高濃度海藻酸鈉只能用粗針頭注射，針頭粗也會粘著，難促使形成液滴。且高濃度海藻酸鈉不易形成滴狀下落，形成條狀，不是圓形或是橢圓形，品相極差，并且凝膠珠容易破裂。形成的凝膠珠所包埋的酵母細胞的數(shù)目少。因為包埋不緊密，細胞容易從包埋材料中漏出。且形成的凝膠珠可能帶細絲尾巴。如果濃度過低：剛形成的凝膠珠應在CaCl2溶液中浸泡一段時間，以便形成穩(wěn)定的結構。檢驗凝膠珠的質(zhì)量是否合格，可以使用下列方法。一是用鑷子夾起一個凝膠珠放在實驗桌上用手擠壓，如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。二是在實驗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2、酵母細胞的固定化（一）觀察凝膠珠的顏色和形狀五、結果分析與評價（二）觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液如果制作的凝膠