酵母細(xì)胞的固定化定課件

一、課題背景閱讀課題背景并思考：1、直接使用酶制劑在應(yīng)用中各有什么優(yōu)、缺點(diǎn)？如何解決使用酶制劑時的缺陷？2、固定化酶技術(shù)在應(yīng)用中各有什么優(yōu)、缺點(diǎn)？如何解決使用固定化酶技術(shù)在應(yīng)用時的缺陷？3、固定化細(xì)胞在應(yīng)用中各有什么優(yōu)、缺點(diǎn)？1、直接使用酶制劑①天然酶通常對強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫和有機(jī)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(yīng)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(yīng)用（1）優(yōu)點(diǎn)（2）缺點(diǎn)催化效率高、低耗能、低污染，大規(guī)模地應(yīng)用于食品、化工等各個領(lǐng)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(shù)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(diǎn)：酶既能與反應(yīng)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(fù)利用。（4）缺點(diǎn)：一種酶只能催化一種化學(xué)反應(yīng)，而在實(shí)際生產(chǎn)中，很多產(chǎn)物的形成是通過一系列的酶促反應(yīng)才能得到。（5）解決方案：固定化細(xì)胞技術(shù)（2）實(shí)例：利用固定化酶技術(shù)生產(chǎn)“高果糖漿”。固定化酶的應(yīng)用實(shí)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(diǎn)？直接使用酶時有什么缺點(diǎn)？生產(chǎn)高果糖漿需要：作用：特點(diǎn)：直接使用酶時的缺點(diǎn)：葡萄糖異構(gòu)酶酶穩(wěn)定性好，可持續(xù)發(fā)揮作用將葡萄糖轉(zhuǎn)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(fèi)。如何改進(jìn)？3、改進(jìn)：固定化酶技術(shù)

4、具體做法：

5、優(yōu)點(diǎn)：①反應(yīng)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)。②提高了果糖的產(chǎn)量和品質(zhì)。②將150ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的葡萄糖溶液轉(zhuǎn)移至200ml的錐形瓶中，再加入固定好的酵母細(xì)胞，置于25°C下發(fā)酵24h〖思考〗1、發(fā)酵過程中錐形瓶為什么要密封？1g干酵母＋10mL蒸餾水→50mL燒杯→攪拌均勻→放置1h，使之活化。1、直接使用酶制劑在應(yīng)用中各有什么優(yōu)、缺點(diǎn)？如何解決使用酶制劑時的缺陷？2、固定化酶技術(shù)在應(yīng)用中各有什么優(yōu)、缺點(diǎn)？如何解決使用固定化酶技術(shù)在應(yīng)用時的缺陷？酵母菌的酒精發(fā)酵需要缺氧條件。2、固定化酶技術(shù)在應(yīng)用中各有什么優(yōu)、缺點(diǎn)？如何解決使用固定化酶技術(shù)在應(yīng)用時的缺陷？〖思考〗為什么要用蒸餾水，而不用自來水？1g干酵母＋10mL蒸餾水→50mL燒杯→攪拌均勻→放置1h，使之活化。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。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。1、什么是高果糖漿？使用它有何好處？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(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察。且形成的凝膠珠可能帶細(xì)絲尾巴。剛形成的凝膠珠應(yīng)在CaCl2溶液中浸泡一段時間，以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。〖思考〗2、錐形瓶中的氣泡和酒精是怎么形成的？（二）觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液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(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察。3、固定化細(xì)胞在應(yīng)用中各有什么優(yōu)、缺點(diǎn)？3、固定化細(xì)胞（1）含義：將細(xì)胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)。（2）優(yōu)點(diǎn)：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(yīng)、容易回收（3）缺點(diǎn)：固定后的細(xì)胞與反應(yīng)物不容易接近，可能導(dǎo)致反應(yīng)效果下降，由于大分子物質(zhì)難以自由通過細(xì)胞膜，因此固定化細(xì)胞的應(yīng)用也受到限制。但相對較為完善。二、酶和細(xì)胞固定化方法(看課本P50）思考：固定化酶或固定化細(xì)胞指什么？

可以采取哪些方法進(jìn)行固定？各有什么利弊？①物理吸附法②包埋法③化學(xué)結(jié)合法

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

2、方法：將酶（或細(xì)胞）包埋在細(xì)微網(wǎng)格里將酶（或細(xì)胞）相互結(jié)合，或?qū)⑵浣Y(jié)合到載體上。將酶（或細(xì)胞）吸附在載體表面上包埋法化學(xué)結(jié)合法物理吸附法固定化酶或固定化細(xì)胞采取的方法【比較】酶和細(xì)胞的固定方法和特點(diǎn)酶分子很小，容易從包埋材料中漏出。細(xì)胞體積大，難以被吸附或結(jié)合?！妓伎?〗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(yīng)，應(yīng)當(dāng)固定（酶、細(xì)胞）。吸附法。三、實(shí)驗(yàn)操作：包埋法固定細(xì)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(xì)胞：即將微生物細(xì)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：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(xué)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。三、實(shí)驗(yàn)操作（一）制備固定化酵母細(xì)胞（二）用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵（一）制備固定化酵母細(xì)胞1、酵母細(xì)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(fù)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(xì)胞活化時體積會變大，因此活化前應(yīng)該選擇體積足夠大的容器，以避免酵母細(xì)胞的活化液溢出容器外。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。〖思考〗為什么要用蒸餾水，而不用自來水？防止自來水中各種離子影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果操作提示溶解物質(zhì)要徹底。3、固定化細(xì)胞在應(yīng)用中各有什么優(yōu)、缺點(diǎn)？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防止自來水中各種離子影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果〖思考〗1、發(fā)酵過程中錐形瓶為什么要密封？如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形：②將150ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的葡萄糖溶液轉(zhuǎn)移至200ml的錐形瓶中，再加入固定好的酵母細(xì)胞，置于25°C下發(fā)酵24h1、包埋法固定細(xì)胞：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(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察。（二）觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液加熱時要用小火，或者間斷加熱，并攪拌，反復(fù)幾次，直到海藻酸鈉溶化為止②將150ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的葡萄糖溶液轉(zhuǎn)移至200ml的錐形瓶中，再加入固定好的酵母細(xì)胞，置于25°C下發(fā)酵24h83gCaCl2＋150mL蒸餾水→200mL燒杯→溶解備用。〖思考1〗對固定酶的作用影響較小的固定方法是什么？1、包埋法固定細(xì)胞：將細(xì)胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)。洗去凝膠珠表面多余的CaCl2溶液。②將150ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的葡萄糖溶液轉(zhuǎn)移至200ml的錐形瓶中，再加入固定好的酵母細(xì)胞，置于25°C下發(fā)酵24h防止自來水中各種離子影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果酵母菌的酒精發(fā)酵需要缺氧條件。指利用物理或化學(xué)方法將酶或細(xì)胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)。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(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察。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(fù)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4、海藻酸鈉溶液和酵母細(xì)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(xì)胞，進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，再轉(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察。操作提示（5）固定化酵母細(xì)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。〖思考〗CaCl2溶液有什么作用？使膠體聚沉，凝膠珠形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。剛形成的凝膠珠應(yīng)在CaCl2溶液中浸泡一段時間，以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。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。（二）用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵①將固定化酵母細(xì)胞（凝膠珠）用蒸餾水沖洗2－3次。②將150ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的葡萄糖溶液轉(zhuǎn)移至200ml的錐形瓶中，再加入固定好的酵母細(xì)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(shí)驗(yàn)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(xì)胞的營養(yǎng)物質(zhì)。1、海藻酸鈉的濃度涉及到固定化細(xì)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(xì)胞的數(shù)目少。因?yàn)榘癫痪o密，細(xì)胞容易從包埋材料中漏出。且形成的凝膠珠可能帶細(xì)絲尾巴。如果濃度過低：②將150ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的葡萄糖溶液轉(zhuǎn)移至200ml的錐形瓶中，再加入固定好的酵母細(xì)胞，置于25°C下發(fā)酵24h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檢驗(yàn)?zāi)z珠的質(zhì)量是否合格，可以使用下列方法。②提高了果糖的產(chǎn)量和品質(zhì)。以免海藻酸鈉溫度過高殺死酵母菌分子式：C6H12O6③反應(yīng)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(yīng)用（二）觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液既可以作為發(fā)酵底物，也作為酵母菌細(xì)胞的營養(yǎng)物質(zhì)。〖思考〗2、葡萄糖在這里有什么用？（二）觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液將細(xì)胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)。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。說明海藻酸鈉的濃度偏低，固定的酵母細(xì)胞數(shù)目較少；將細(xì)胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)。使膠體聚沉，凝膠珠形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。二、酶和細(xì)胞固定化方法(看課本P50）利用固定化酶技術(shù)生產(chǎn)“高果糖漿”。（二）用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵2、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)？直接使用酶時有什么缺點(diǎn)？〖思考1〗對固定酶的作用影響較小的固定方法是什么？（一）制備固定化酵母細(xì)胞酵母菌的酒精發(fā)酵需要缺氧條件。檢驗(yàn)?zāi)z珠的質(zhì)量是否合格，可以使用下列方法。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。利用固定化酶技術(shù)生產(chǎn)“高果糖漿”。將酶固定在不溶于水的載體上。明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等。剛形成的凝膠珠應(yīng)在CaCl2溶液中浸泡一段時間，以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等。2、固定化酶技術(shù)在應(yīng)用中各有什么優(yōu)、缺點(diǎn)？如何解決使用固定化酶技術(shù)在應(yīng)用時的缺陷？且形成的凝膠珠可能帶細(xì)絲尾巴。（二）觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液3、固定化細(xì)胞在應(yīng)用中各有什么優(yōu)、缺點(diǎn)？2、固定化酶技術(shù)在應(yīng)用中各有什么優(yōu)、缺點(diǎn)？如何解決使用固定化酶技術(shù)在應(yīng)用時的缺陷？酵母菌的酒精發(fā)酵需要缺氧條件。且形成的凝膠珠可能帶細(xì)絲尾巴?！妓伎肌?、發(fā)酵過程中錐形瓶為什么要密封？（二）觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液（二）觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液（一）制備固定化酵母細(xì)胞（二）觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液剛形成的凝膠珠應(yīng)在CaCl2溶液中浸泡一段時間，以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。檢驗(yàn)?zāi)z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(shí)驗(yàn)桌上用手?jǐn)D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(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2、酵母細(xì)胞的固定化（一）觀察凝膠珠的顏色和形狀五、結(jié)果分析與評價(jià)（二）觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液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形或橢圓形：說明海藻酸鈉的濃度偏高。二者都說明制作失敗，需要再作嘗試。利用固定的酵母細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)生酒精，可以看到產(chǎn)生了很多氣泡，同時會聞到酒味〖思考〗1、發(fā)酵過程中錐形瓶為什么要密封？酵母菌的酒精發(fā)酵需要缺氧條件?！妓伎肌?、錐形瓶中的氣泡和酒精是怎么形成的？酵母菌進(jìn)行無氧呼吸產(chǎn)生的本節(jié)結(jié)束并做好復(fù)習(xí)！請完成習(xí)題一、課題背景閱讀課題背景并思考：1、直接使用酶制劑在應(yīng)用中各有什么優(yōu)、缺點(diǎn)？如何解決使用酶制劑時的缺陷？2、固定化酶技術(shù)在應(yīng)用中各有什么優(yōu)、缺點(diǎn)？如何解決使用固定化酶技術(shù)在應(yīng)用時的缺陷？3、固定化細(xì)胞在應(yīng)用中各有什么優(yōu)、缺點(diǎn)？1、直接使用酶制劑（3）解決方案固定化酶技術(shù)三、實(shí)驗(yàn)操作：包埋法固定細(xì)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(xì)胞：即將微生物細(xì)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：05mol/L的CaCl2溶液：②將150ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的葡萄糖溶液轉(zhuǎn)移至200ml的錐形瓶中，再加入固定好的酵母細(xì)胞，置于25°C下發(fā)酵24h酵母菌的酒精發(fā)酵需要缺氧條件。②將150ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的葡萄糖溶液轉(zhuǎn)移至200ml的錐形瓶中，再加入固定好的酵母細(xì)胞，置于25°C下發(fā)酵24h（二）觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液說明海藻酸鈉的濃度偏低，固定的酵母細(xì)胞數(shù)目較少；二者都說明制作失敗，需要再作嘗試。利用固定化酶技術(shù)生產(chǎn)“高果糖漿”。防止自來水中各種離子影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果（二）觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液酵母細(xì)胞活化時體積會變大，因此活化前應(yīng)該選擇體積足夠大的容器，以避免酵母細(xì)胞的活化液溢出容器外。洗去凝膠珠表面多余的CaCl2溶液。將酶（或細(xì)胞）吸附在載體表面上酵母菌的酒精發(fā)酵需要缺氧條件。洗去凝膠珠表面多余的CaCl2溶液。4、海藻酸鈉溶液和酵母細(xì)胞混合剛形成的凝膠珠應(yīng)在CaCl2溶液中浸泡一段時間，以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。（二）觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液②提高了果糖的產(chǎn)量和品質(zhì)。指利用物理或化學(xué)方法將酶或細(xì)胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)。