选修一：酵母细胞的固定化.ppt

基础知识基础知识（一）（一）固定化酶的应用实例固定化酶的应用实例 生产高果糖浆生产高果糖浆（1）高果糖浆的生产原理：）高果糖浆的生产原理：葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶 果糖果糖 葡萄糖葡萄糖(2)葡萄糖异构酶固定：葡萄糖异构酶固定：将葡萄糖异构酶固定在颗粒状载体将葡萄糖异构酶固定在颗粒状载体上，装入反应柱中。上，装入反应柱中。(3)高果糖浆的生产操作：高果糖浆的生产操作：从反应柱上端注入葡萄糖溶液，从从反应柱上端注入葡萄糖溶液，从下端流出果糖溶液，一个反应柱可连续下端流出果糖溶液，一个反应柱可连续使用半年。使用半年。2.固定化酶的反应柱示意图固定化酶的反应柱示意图（二）固定化细胞技术（二）固定化细胞技术 1.将酶或细胞固定化的方法将酶或细胞固定化的方法（二）固定化细胞技术（二）固定化细胞技术 1.将酶或细胞固定化的方法将酶或细胞固定化的方法 包埋法包埋法 （二）固定化细胞技术（二）固定化细胞技术 1.将酶或细胞固定化的方法将酶或细胞固定化的方法 将酶（或细胞）包埋将酶（或细胞）包埋在细微网格里在细微网格里 包埋法包埋法 （二）固定化细胞技术（二）固定化细胞技术 1.将酶或细胞固定化的方法将酶或细胞固定化的方法 将酶（或细胞）包埋将酶（或细胞）包埋在细微网格里在细微网格里 包埋法包埋法 化学结合法化学结合法 （二）固定化细胞技术（二）固定化细胞技术 1.将酶或细胞固定化的方法将酶或细胞固定化的方法 将酶（或细胞）包埋将酶（或细胞）包埋在细微网格里在细微网格里 将酶（或细胞）相将酶（或细胞）相互连接起来互连接起来 包埋法包埋法 化学结合法化学结合法 （二）固定化细胞技术（二）固定化细胞技术 1.将酶或细胞固定化的方法将酶或细胞固定化的方法 将酶（或细胞）包埋将酶（或细胞）包埋在细微网格里在细微网格里 将酶（或细胞）相将酶（或细胞）相互连接起来互连接起来 包埋法包埋法 化学结合法化学结合法 吸附法吸附法 （二）固定化细胞技术（二）固定化细胞技术 1.将酶或细胞固定化的方法将酶或细胞固定化的方法 将酶（或细胞）包埋将酶（或细胞）包埋在细微网格里在细微网格里 将酶（或细胞）相将酶（或细胞）相互连接起来互连接起来 将酶（或细胞）吸附将酶（或细胞）吸附在载体表面上在载体表面上 包埋法包埋法 化学结合法化学结合法 吸附法吸附法 【比较比较】酶和细胞的固定方法和特点酶和细胞的固定方法和特点 固定对象固定对象 酶酶 细胞细胞 适宜固定法适宜固定法 化学结合法、化学结合法、物理吸附法物理吸附法 包埋法包埋法 特特 点点 体积小，固定体积小，固定一种酶。一种酶。包埋法容易丢包埋法容易丢失失 体积大，固定体积大，固定一系列酶。一系列酶。难以化学结合难以化学结合和吸附和吸附 2.固定化酶和固定化细胞的联系与区别固定化酶和固定化细胞的联系与区别 2.固定化酶和固定化细胞的联系与区别固定化酶和固定化细胞的联系与区别 联系：联系：应用相同，都能催化某些反应应用相同，都能催化某些反应 2.固定化酶和固定化细胞的联系与区别固定化酶和固定化细胞的联系与区别 联系：联系：应用相同，都能催化某些反应应用相同，都能催化某些反应 区别：区别：1)固定化细胞技术操作容易，成本低，固定化细胞技术操作容易，成本低，容易回收；容易回收；2)固定化细胞技术对酶活性影响更小；固定化细胞技术对酶活性影响更小；3)固定化细胞固定的一系列酶；固定化细胞固定的一系列酶；4)由于大分子难以通过细胞膜，因此固由于大分子难以通过细胞膜，因此固 定化细胞的应用有一定的限制；定化细胞的应用有一定的限制；思考思考将谷氨酸棒状杆菌生产谷氨将谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸的发酵过程变为连续的酶反应，应酸的发酵过程变为连续的酶反应，应当固定（酶、细胞）；若将蛋白质变当固定（酶、细胞）；若将蛋白质变成氨基酸，应当固定（酶、细胞）。成氨基酸，应当固定（酶、细胞）。思考思考将谷氨酸棒状杆菌生产谷氨将谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸的发酵过程变为连续的酶反应，应酸的发酵过程变为连续的酶反应，应当固定（酶、当固定（酶、细胞细胞）；若将蛋白质变）；若将蛋白质变成氨基酸，应当固定（成氨基酸，应当固定（酶酶、细胞）。、细胞）。3.固定化细胞的材料：固定化细胞的材料：固定化细胞时应当选用不溶于固定化细胞时应当选用不溶于水的多孔性载体材料，如明胶、琼水的多孔性载体材料，如明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等丙烯酰胺等 1.制备固定化酵母细胞制备固定化酵母细胞（1）酵母细胞的活化：）酵母细胞的活化：1g干酵母干酵母10mL蒸馏水蒸馏水50mL烧杯烧杯搅拌均匀搅拌均匀放置放置1h，使之活化。，使之活化。2.实验设计实验设计 思考思考2活化是指什么？活化是指什么？1.制备固定化酵母细胞制备固定化酵母细胞（1）酵母细胞的活化：）酵母细胞的活化：1g干酵母干酵母10mL蒸馏水蒸馏水50mL烧杯烧杯搅拌均匀搅拌均匀放置放置1h，使之活化。，使之活化。2.实验设计实验设计 活化是指让处于休眠状态的微生活化是指让处于休眠状态的微生物重新恢复正常生活状态的过程。物重新恢复正常生活状态的过程。思考思考2活化是指什么？活化是指什么？1.制备固定化酵母细胞制备固定化酵母细胞（1）酵母细胞的活化：）酵母细胞的活化：1g干酵母干酵母10mL蒸馏水蒸馏水50mL烧杯烧杯搅拌均匀搅拌均匀放置放置1h，使之活化。，使之活化。2.实验设计实验设计（2）配制）配制CaCl2溶液：溶液：0.83gCaCl2150mL蒸馏水蒸馏水 200mL烧杯烧杯溶解备用。溶解备用。（3）配制海藻酸钠溶液：）配制海藻酸钠溶液：0.7g海藻酸海藻酸钠钠10mL水水50mL烧杯烧杯酒精灯微火（或间断）加热，并不断酒精灯微火（或间断）加热，并不断搅拌，使之溶化搅拌，使之溶化蒸馏水定容到蒸馏水定容到10mL。（3）配制海藻酸钠溶液：）配制海藻酸钠溶液：0.7g海藻酸海藻酸10mL水水50mL烧杯烧杯酒酒精灯微火（或间断）加热，并不断搅拌，精灯微火（或间断）加热，并不断搅拌，使之溶化使之溶化蒸馏水定容到蒸馏水定容到10mL。思考思考3微火加热并不断搅拌的目微火加热并不断搅拌的目的是什么？的是什么？防止海藻酸钠焦糊。防止海藻酸钠焦糊。（3）配制海藻酸钠溶液：）配制海藻酸钠溶液：0.7g海藻酸海藻酸10mL水水50mL烧杯烧杯酒酒精灯微火（或间断）加热，并不断搅拌，精灯微火（或间断）加热，并不断搅拌，使之溶化使之溶化蒸馏水定容到蒸馏水定容到10mL。思考思考3微火加热并不断搅拌的目微火加热并不断搅拌的目的是什么？的是什么？(4)海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合：海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合：将溶化的海藻酸钠溶液冷却至室将溶化的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入活化酵母细胞液，搅拌后吸温，加入活化酵母细胞液，搅拌后吸入到注射器中。入到注射器中。(4)海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合：海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合：将溶化的海藻酸钠溶液冷却至室将溶化的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入活化酵母细胞液，搅拌后吸温，加入活化酵母细胞液，搅拌后吸入到注射器中。入到注射器中。思考思考4为什么要海藻酸钠溶液冷为什么要海藻酸钠溶液冷却后才能加入酵母细胞？却后才能加入酵母细胞？(4)海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合：海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合：将溶化的海藻酸钠溶液冷却至室将溶化的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入活化酵母细胞液，搅拌后吸温，加入活化酵母细胞液，搅拌后吸入到注射器中。入到注射器中。思考思考4为什么要海藻酸钠溶液冷为什么要海藻酸钠溶液冷却后才能加入酵母细胞？却后才能加入酵母细胞？防止高温杀死酵母细胞。防止高温杀死酵母细胞。（5）固定化酵母细胞：）固定化酵母细胞：以恒定速度缓慢地将注射器以恒定速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到中的溶液滴加到CaCl2溶液中，溶液中，形成凝胶珠状颗粒。形成凝胶珠状颗粒。（6）冲洗：将固定的酵母细胞凝）冲洗：将固定的酵母细胞凝胶珠用蒸馏水冲洗胶珠用蒸馏水冲洗23次。次。（二）（二）固定化酵母细胞的发酵固定化酵母细胞的发酵（二）（二）固定化酵母细胞的发酵固定化酵母细胞的发酵（6）冲洗：将固定的酵母细胞凝）冲洗：将固定的酵母细胞凝胶珠用蒸馏水冲洗胶珠用蒸馏水冲洗23次。次。（7）发酵：）发酵：150mL10葡萄糖葡萄糖固定化酵母细胞固定化酵母细胞200mL锥形瓶锥形瓶密封密封25发酵发酵24h。思考思考5发酵过程中锥形瓶为什么要发酵过程中锥形瓶为什么要密封？密封？思考思考6锥形瓶中的气泡和酒精是怎锥形瓶中的气泡和酒精是怎样形成的？样形成的？思考思考7在利用固定化酶或固定化细在利用固定化酶或固定化细胞进行生产的过程中，需要无菌操作胞进行生产的过程中，需要无菌操作吗？吗？思考思考5发酵过程中锥形瓶为什么要发酵过程中锥形瓶为什么要密封？密封？思考思考6锥形瓶中的气泡和酒精是怎锥形瓶中的气泡和酒精是怎样形成的？样形成的？思考思考7在利用固定化酶或固定化细在利用固定化酶或固定化细胞进行生产的过程中，需要无菌操作胞进行生产的过程中，需要无菌操作吗？吗？酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。思考思考5发酵过程中锥形瓶为什么要发酵过程中锥形瓶为什么要密封？密封？思考思考6锥形瓶中的气泡和酒精是怎锥形瓶中的气泡和酒精是怎样形成的？样形成的？思考思考7在利用固定化酶或固定化细在利用固定化酶或固定化细胞进行生产的过程中，需要无菌操作胞进行生产的过程中，需要无菌操作吗？吗？酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。酵母菌进行无氧呼吸产生的。酵母菌进行无氧呼吸产生的。思考思考5发酵过程中锥形瓶为什么要发酵过程中锥形瓶为什么要密封？密封？思考思考6锥形瓶中的气泡和酒精是怎锥形瓶中的气泡和酒精是怎样形成的？样形成的？思考思考7在利用固定化酶或固定化细在利用固定化酶或固定化细胞进行生产的过程中，需要无菌操作胞进行生产的过程中，需要无菌操作吗？吗？酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。酵母菌进行无氧呼吸产生的。酵母菌进行无氧呼吸产生的。需要。需要。直接使用酶、固定化酶和固定化细胞区别直接使用酶、固定化酶和固定化细胞区别 类型类型 优点优点 不足不足 直接直接 使用酶使用酶 固定固定 化酶化酶 固定化固定化 细胞细胞 类型类型 优点优点 不足不足 直接直接 使用酶使用酶 类型类型 优点优点 不足不足 直接直接 使用酶使用酶 催化效率催化效率高，低耗高，低耗能、低污能、低污染等。染等。类型类型 优点优点 不足不足 直接直接 使用酶使用酶 催化效率催化效率高，低耗高，低耗能、低污能、低污染等。染等。对环境条件非常敏对环境条件非常敏感，容易失活；溶感，容易失活；溶液中的酶很难回收，液中的酶很难回收，不能被次利用，提不能被次利用，提高了生产成本；反高了生产成本；反应后酶会混在产物应后酶会混在产物中，可能影响产品中，可能影响产品质量。质量。类型类型 优点优点 不足不足 固定固定 化酶化酶 类型类型 优点优点 不足不足 固定固定 化酶化酶 酶既能与反酶既能与反应物接触，应物接触，又能与产物又能与产物分离，同时，分离，同时，固定在载体固定在载体上的酶还可上的酶还可以被反复利以被反复利用。用。类型类型 优点优点 不足不足 固定固定 化酶化酶 酶既能与反酶既能与反应物接触，应物接触，又能与产物又能与产物分离，同时，分离，同时，固定在载体固定在载体上的酶还可上的酶还可以被反复利以被反复利用。用。一种酶只能催一种酶只能催化一种化学反化一种化学反应，而在生产应，而在生产实践中，很多实践中，很多产物的形成都产物的形成都通过一系列的通过一系列的酶促反应才能酶促反应才能得到的。得到的。类型类型 优点优点 不足不足 固定固定化细化细胞胞 类型类型 优点优点 不足不足 固定固定化细化细胞胞 成本低，成本低，操作更容操作更容易。易。类型类型 优点优点 不足不足 固定固定化细化细胞胞 成本低，成本低，操作更容操作更容易。易。固定后的细胞固定后的细胞与反应物不容与反应物不容易接近，可能