4.3酵母细胞的固定化兰.pptx

专题4 酶的研究与应用,课题3 酵母细胞的固定化,第一页，共四十八页。,在应用酶的过程中，人们发现了一些实际问题：,课题背景,如今，酶已经大规模地应用于食品、化工、轻纺、医药等各个领域。,酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产本钱；反响后酶会混在产物中，可能影响产品质量。,第二页，共四十八页。,有人设想，将酶固定在不溶于水的载体上，使酶既能与反响物接触，又能与产物别离，同时，固定在载体上的酶还可以被反复利用。现代的固定化酶技术已完全实现了这一设想。,第三页，共四十八页。,自20世纪70年代，在固定化酶技术的根底上，又开展出了细胞固定化技术。与固定化酶技术相比，固定化细胞制备的本钱更低，操作更容易。,酶是由细胞合成的，于是，又有人设想，能否将合成酶的细胞直接固定?,第四页，共四十八页。,阅读P4950，并思考：1、解决酶应用中存在问题的方法是？2、这种方法的优点是什么？3、什么是高果糖浆？使用它有何好处？4、生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什么？这种酶有何特点？5、了解高果糖浆生产过程。,一、固定化酶的应用实例,第五页，共四十八页。,1、固定化酶技术：即将酶固定在一定空间内的技术如固定在不溶于水的载体上。,2、固定化酶技术的优点：1使酶既能与反响物接触，又能与产物别离；2固定在载体上的没可以被反复利用。,第六页，共四十八页。,3.高果糖浆是果糖含量为42%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、龋齿和心血管病，对人的健康更有益。,4.高果糖浆的生产需要使用葡萄糖异构酶，它能将葡萄糖转化成果糖。这种酶的稳定性好，可以持续发挥作用。但是，酶溶解于葡萄糖溶液后，就无法从糖浆中回收，造成很大的浪费。,第七页，共四十八页。,使用固定化酶技术，将这种酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个反响柱内，柱子底端装上分布着许小孔的筛板。酶颗粒无法通过筛板上的小孔，而反响溶液却可以自由出入。生产过程中，将葡萄糖溶液从反响柱的上端注入，使葡萄糖溶液流过反响柱，与固定化葡萄糖异构酶接触，转化成果糖，从反响柱的下端流出。反响柱能连续使用半年，大大降低了生产本钱，提高了果糖的产量和质量。目前，用固定化葡萄糖异构酶生产高果糖浆的规模已经超过了每年1000万吨。,隐藏资料(一)、固定化酶的应用实例,第八页，共四十八页。,5、固定化酶技术生产高果糖浆的图示：,注意反响柱的各局部名称。,第九页，共四十八页。,使用固定化酶技术，将葡萄糖异构酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个反响柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的筛板。酶颗粒无法通过筛板上的小孔，而反响液却可以自由出入。生产过程中，将葡萄糖溶液从反响柱的上端注入，使葡萄糖溶液流过反响柱，与固定化葡萄糖异构酶接触转化成果糖，从反响柱的下端流出,根底知识(一)、固定化酶的应用实例,5高果糖浆生产过程:,第十页，共四十八页。,固定化酶技术生产高果糖浆生产流程,根底知识(一)、固定化酶的应用实例,第十一页，共四十八页。,1使酶既能与反响物接触，又能与产物别离；2固定在载体上的酶可以被反复利用。反响柱能连续使用半年，大大降低了生产本钱，提高果糖的产量和质量。,根底知识(一)固定化酶的应用实例,优点:,第十二页，共四十八页。,一种酶只能催化一种化学反响，而在生产实际中很多产物的形成都通过一系列的酶促反响才能进行，所以操作比较麻烦。,可采用固定化细胞技术。,缺点：,第十三页，共四十八页。,练习、目前，日用化工厂大量生产的酶制剂，其中的酶大都来自A、化学合成 B、动物体内 C、植物体内 D、微生物体内,第十四页，共四十八页。,在生产实际中使用固定化酶技术有无缺乏?如有缺乏,怎么办?,有。一种酶只能催化一种化学反响，而在生产实际中很多产物的形成都通过一系列的酶促反响才能进行，所以操作比较麻烦。可采用固定化细胞技术。,第十五页，共四十八页。,二、固定化细胞技术,1、概念：,利用物理或化学方法将细胞固定在一定空间的技术。,细胞中含有一系列酶，在细胞正常生命活动的过程中，通过代谢产生所需要的代谢产物。,阅读P50：思考第二段的问题,第十六页，共四十八页。,包埋在网格中,用化学键结合起来,物理吸附在载体上,2、固定化酶或细胞的常用方法,第十七页，共四十八页。,酶,物理吸附法,化学结合法,细胞 包埋法,原因,细胞个大，酶分子很小,个体大的细胞难以被吸附或结合而个小的酶容易从包埋的材料中漏出,3.酶和细胞固定方法的选择,第十八页，共四十八页。,隐藏资料,是将聚合物的单体与酶溶液混合，再借助于聚合助进剂(包括交联剂)的作用进行聚合，酶被包埋在聚合物中以到达固定化,酶或细胞,酶蛋白的侧链基团和载体外表上的功能基团之间形成共价键而固定的方法,通过氢键、疏水作用和电子亲和力等物理作用，将酶固定于水不溶载体上从而制成固定化酶,酶,酶,第十九页，共四十八页。,4、固定化细胞常用的载体,常用的不溶于水的多孔性载体有哪些？,明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺等,第二十页，共四十八页。,三.实验操作,今天我们以酵母细胞为实验材料，进行酵母细胞的固定化实验。,第二十一页，共四十八页。,一制备固定化酵母细胞,阅读P5051思考以下问题：,1制备过程包括哪几个步骤？2各步骤应当分别注意什么问题？,第二十二页，共四十八页。,一制备固定化酵母细胞的操作步骤,1酵母细胞的活化2配制物质的量浓度为0.05 molL的CaCl2溶液 3配制海藻酸钠溶液 4海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 5固定化酵母细胞,第二十三页，共四十八页。,1、酵母细胞的活化,实验操作,取1g干酵母，放入50 ml的小烧杯中，参加蒸馏水10 ml，用玻璃棒搅拌，使酵母细胞混合均匀，成糊状，放置1h左右使其活化。,活化：就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态,本卷须知A、选用的干酵母要具有较强的活性，而且物种单一B、在缺水状态下，微生物处于休眠状态。注意水的用量,第二十四页，共四十八页。,实验操作,2、配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液,称取无水CaCl2 0.83g。放人200mL的烧杯中，参加150mL的蒸馏水，使其充分溶解，待用。,本卷须知溶解物质要彻底，勿用自来水溶解，以防自来水中各种离子影响实验结果,第二十五页，共四十八页。,3、配制海藻酸钠溶液,实验操作,称取0.7g海藻酸钠，放入50mL小烧杯中，加人10mL水，用酒精灯加热，边加热边搅拌，将海藻酸钠调成糊状，直至完全溶化，用蒸馏水定容至10mL。注意，加热时要用小火，或者间断加热，反复几次，直到海藻酸钠溶化为止。,说明：海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质量。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目少，影响实验效果。,第二十六页，共四十八页。,4、海藻酸钠溶液与酵母细胞混合,将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，参加已活化的酵母细胞，进行充分搅拌，使其混合均匀，再转移至注射器中,实验操作,本卷须知A、溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温，否那么会因温度过高杀死酵母菌B、搅拌要彻底充分，使两者混合均匀，以免影响实验结果的观察,第二十七页，共四十八页。,实验操作,5、固定化酵母细胞,以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到配制好的CaCl2溶液中，观察液滴在CaCl2溶液中形成凝胶珠的情形。将这些凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30min左右如果没有注射器，可以在小塑料瓶上安装一个孔径为2 mm的喷嘴来使用。,本卷须知A、可利用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠，用作对照B、海藻酸钠胶体在CaCl2这种电解质的作用下，发生聚沉，形成凝胶珠，需稳定30min左右,第二十八页，共四十八页。,二用固定化细胞发酵,1、将固定好的酵母细胞(凝胶珠)用蒸馏水冲洗2-3次。,实验操作,2、将150mL质量分数为10%的葡萄糖溶液转移到200mL的锥形瓶中，再参加固定好的酵母细胞，置于25下发降24h。,本卷须知,控制好发酵温度，一般是室温25,发酵时间可视具体情况而定，一般时间稍长一些，效果明显,可用不含酵母的凝胶珠做相同的处理，对照实验结果,第二十九页，共四十八页。,海藻酸钠在水中溶解的速度较慢，需要通过加热促进其溶解。溶解海藻酸钠，最好采用小火间断加热的方法。例如，加热几分钟后，从石棉网上取下烧杯冷却片刻，并不断搅拌，再将烧杯放回石棉网继续加热，如此重复数次，直至海藻酸钠完全溶化。如果加热太快，海藻酸钠会发生焦糊。,四.操作提示,第三十页，共四十八页。,五.结果结果分析与评价,1 制备固定化酵母细胞结果分析,形成凝胶珠的颜色较深，形状为圆形或椭圆形,成 功,第三十一页，共四十八页。,凝胶珠颜色过浅，呈白色,失 败,第三十二页，共四十八页。,凝胶珠不是椭圆形或圆形，呈其它形状,失败,第三十三页，共四十八页。,2 固定化酵母细胞发酵结果分析,葡萄糖溶液中产生许多气泡，同时闻到酒味,第三十四页，共四十八页。,注意：刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用以下方法。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，就说明凝胶珠的制作成功。二是在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很容易弹起，也能说明制备的凝胶珠是成功的。,第三十五页，共四十八页。,直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的优缺点P52,一种酶只能催化一种化学反响，而在生产实践中，很多产物的形成都通过一系列的酶促反响才能得到的,对环境条件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产本钱；反响后酶会混在产物中，可能影响产品质量,固定后的酶或细胞与反响物不容易接近，可能导致反响效果下降等。由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,催化效率高，低耗能、低污染等,酶既能与反响物接触，又能与产物别离，同时，固定在载体上的酶还可以被反复利用,本钱低、操作容易。对酶活性的影响更小、可以催化一系列的反响、容易回收,第三十六页，共四十八页。,第三十七页，共四十八页。,2022.江苏 以下关于固定化酶和固定化细胞的表达，正确的选项是 A.固定化细胞技术在多步连续催化反响方面优势明显 B.固定化酶的应用中，要控制好pH、温度和溶解氧 C.利用固定化酶降解水体中有机磷农药，需提供适宜的营养条件 D.利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用只是作为反响物,高考链接,A,第三十八页，共四十八页。,解析：B选项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，和溶解氧没什么关系；C选项利用固定化酶降解水体中有机磷农药，纯粹的化学反响，不需要提供营养条件，固定化细胞发挥作用需要。D选项利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用作为反响底物也为碳源来调节酵母菌的代谢方式。,第三十九页，共四十八页。,选择题,1.以下不属于酶的优点的是,A.催化效率高 B.低耗能C.低污染 D.可以反复利用,2.在固定化酵母细胞中，海藻酸钠溶液的作用是,A.固定化酵母细胞 B.悬浮酵母细胞C.回收酵母细胞 D.催化化学反响,D,A,第四十页，共四十八页。,知识补充,1、酶制剂的概念和种类,一酶制剂,含有酶的制品,定义：,多酶片、加酶洗衣粉中的蛋白酶和脂肪酶,种类：,A、液体酶制剂,治疗某些胃病的胃蛋白酶液,B、固体酶制剂,第四十一页，共四十八页。,2、酶的生产,提取法,定义：采用一定的技术直接从动植物或微生物的组织、细胞中将酶提取出来,优点：,简单易行，在动植物或微生物资源丰富的地区具有应用价值,实例：在屠宰厂，可以从家畜胰脏中提取出胰酶；在水果加工厂，可以从菠萝皮中提取出菠萝蛋白酶,第四十二页，共四十八页。,缺点：,要有充足的原材料，广泛应用受到限制,第四十三页，共四十八页。,发酵法常用方法,定义：通过微生物发酵获得所需要的酶。,如果是胞外酶，可以从发酵液中直接提取；如果是细胞内酶，那么可将细胞弄碎再经过提取纯化而得到