高中生物酶的研究与应用4.3酵母细胞的固定化.ppt

,-,*,-,课题,3,酵母细胞的固定化,课题,3,酵母细胞的固定化,二,一,三,一、固定化酶的应用实例,高果糖浆的,生产,二,一,三,二,一,三,二、固定化酶和,固定化细胞,二,一,三,二,一,三,三、实验,操作,二,一,三,二,一,三,探究,点,问题导引,制备固定化酵母细胞的关键是什么,?,刚形成的凝胶珠应该怎么处理,?,据教材,P5051,制备固定化酵母细胞的实验步骤,思考下列问题。,(1),本实验固定酵母细胞采用的是什么方法,?,海藻酸钠起什么作用,?,答案,:,包埋法。海藻酸钠作为载体,(,或包埋材料,),包埋酵母细胞。,探究,点,(2),在用海藻酸钠包埋酵母细胞形成凝胶珠的过程中,加热溶解海藻酸钠时需注意用,小火或间断,加热,然后将溶化好的海藻酸钠溶液,冷却至室温,后,加入已活化的酵母细胞充分搅拌混合均匀。,(3),右图为某同学利用海藻酸钠固定化酵母细胞的实验结果,出现此结果的可能原因包括,。,海藻酸钠浓度,过高,酵母细胞已经死亡,注射器中的溶液推进速度过,快,注射器距离,CaCl,2,溶液液面太近,探究,点,(4),下图,1,表示制备固定化酵母细胞的有关操作,图,2,是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图。请回答下列问题。,图,1,中,X,溶液为,CaCl,2,溶液,其作用是,使海藻酸钠形成凝胶珠,。,图,1,中刚制备的凝胶珠应在,CaCl,2,溶液,中浸泡一段时间,然后用,蒸馏水,洗涤后再转移到图,2,装置中。图,2,发酵过程中搅拌的目的是,使葡萄糖溶液与固定化酵母细胞充分接触,。,探究,点,归纳提升,1,.,制备固定化酵母细胞的注意事项,(1),酵母细胞活化时体积会变大,因此活化前应该选择体积足够大的容器,以避免酵母细胞的活化液溢出容器外。,(2),加热海藻酸钠使其溶化的过程中,需使用小火,或者间断加热,防止加热过快,使海藻酸钠焦糊。,(3),定容和最后冲洗凝胶珠时,不用自来水,防止自来水中的离子对固定好的酵母细胞产生影响。,(4),刚形成的凝胶珠应在,CaCl,2,溶液中浸泡一段时间,以便形成稳定的结构。,探究,点,特别提示,(1),海藻酸钠溶液必须冷却至室温,才能加入活化的酵母细胞,以免温度过高杀死酵母菌。,(2),制作符合要求的凝胶珠应选择合适浓度的海藻酸钠溶液,;,若浓度偏低,则制作的凝胶珠颜色过浅,显白色,固定的酵母菌数目较少,;,若海藻酸钠溶液浓度过高,则形成的凝胶珠不为圆形或椭圆形,制作失败。,(3),细胞的固定要在严格无菌条件下进行,;,反复使用固定化酵母细胞时,需要避免微生物的污染。,探究,点,2,.,检验凝胶珠的质量是否合格,可以使用下列方法,(1),机械法,:,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,就表明凝胶珠的制作成功,;,也可以在实验桌上用力摔打凝胶珠,如果凝胶珠很容易弹起,也能表明制备的凝胶珠是成功的。,(2),目测法,:,合格的凝胶珠应是淡黄色、圆形或椭圆形。,类型一,类型二,类型一,固定化酶和固定化细胞的比较,【例,1,】,下列有关固定化酶和固定化细胞的说法,正确的是,(,),A.,某种固定化酶的优势在于能催化一系列生化反应,B.,固定化细胞技术一次只能固定一种酶,C.,固定化酶和固定化细胞的共同点是都可以反复使用,D.,固定化酶和固定化细胞都能反复使用,但酶的活性迅速下降,解析,:,酶具有专一性,一种酶固定后不能催化一系列生化反应,;,固定化细胞技术实际上固定的是一系列酶,;,固定化酶和固定化细胞都能反复使用,若条件适宜,一般不会出现酶的活性迅速下降的问题。,答案,:,C,类型一,类型二,反思总结,直接使用酶、固定化酶和固定化细胞的,比较,类型一,类型二,类型一,类型二,特别提示,固定化酶能充分和反应物接触,充分发挥其催化作用,并且可以回收和反复利用。固定化酶只能催化一种或一类生化反应,固定化细胞能催化一系列生化反应。固定化细胞成本更低,操作更容易,通常可将单一的酶促反应变为连续的酶促反应过程。,类型一,类型二,变式训练,1,下列,有关固定化酶技术和固定化细胞技术的叙述,不正确的是,(,),A.,固定化酶和固定化细胞的技术方法包括包埋法、化学结合法和物理吸附法,B.,因为酶分子比较大,所以固定化酶技术更适合采用包埋法,C.,与固定化酶技术相比,固定化细胞制备的成本低,操作更容易,D.,反应物如果是大分子物质应采用固定化酶技术,解析,:,固定化酶和固定化细胞的技术方法包括包埋法、化学结合法和物理吸附法,A,项正确,;,因为细胞体积比较大,所以固定化细胞技术更适合采用包埋法,B,项错误,;,与固定化酶技术相比,固定化细胞制备的成本低,操作更容易,C,项正确,;,反应物如果是大分子物质,应采用固定化酶技术,D,项正确。,答案,:,B,类型一,类型二,类型二,制备固定化酵母细胞,【例,2,】,为了探究啤酒酵母固定化的最佳条件,科研人员研究了,CaCl,2,浓度对固定化酵母发酵性能的影响,结果如下图。请回答下列问题。,类型一,类型二,(1),与利用游离酵母生产啤酒相比,利用固定化酵母的优点有,。,(2),实验结果表明,随,CaCl,2,浓度的增大,凝胶珠机械强度增大,完整率,。,(3),结合发酵性能分析,制备凝胶珠适宜的,CaCl,2,浓度为,。当,CaCl,2,浓度过高时,发酵液中的糖度升高,酒精度下降,发酵受到影响,原因是,。,(4),用海藻酸钠作为载体包埋酵母细胞,溶化海藻酸钠时最好采用,的方法,以防发生焦糊。溶化好的海藻酸钠溶液应,后,再与已活化的酵母细胞充分混合。若海藻酸钠浓度过低,会导致,固定效果大大降低。,类型一,类型二,解析,:,(2),由题图可知,随着,CaCl,2,浓度的增大,凝胶珠的完整率增大。,(3),由题图可知,当,CaCl,2,浓度为,2.0,mol,/L,时,发酵产生的酒精度最高,;CaCl,2,浓度过高会使凝胶珠机械强度过大,影响凝胶珠的通透性从而影响糖进入其内部。,(4),为防止发生焦糊,溶化海藻酸钠时最好采用小火或间断加热的方法,;,为保护活化的酵母细胞的活性,溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却到室温后再与酵母细胞混合。,答案,:,(1),可重复使用、便于产物分离、提高产品质量等,(2),增加,(3)2.0,mol,/L,凝胶珠机械强度过大,通透性降低,影响糖进入其内部,(4),小火或间断加热冷却至室温酵母细胞从颗粒中漏出,类型一,类型二,变式训练,2,某实验小组的同学制备固定化酵母细胞的过程如下。,活化酵母细胞,:,称取定量干酵母与定量蒸馏水混合并搅拌,使酵母细胞活化。,配制,CaCl,2,溶液,:,将无水,CaCl,2,溶解在定量蒸馏水中,配制成一定浓度的,CaCl,2,溶液。,配制海藻酸钠溶液,:,将定量的海藻酸钠直接溶解在定量的蒸馏水中,配制成溶液。,海藻酸钠溶液和酵母细胞混合,:,将活化的酵母细胞迅速加入刚配制成的海藻酸钠溶液中,充分搅拌混合均匀。,固定化酵母细胞,:,用注射器以恒定的速度缓慢将海藻酸钠和酵母细胞混合液滴加到配制好的,CaCl,2,溶液中,观察凝胶珠的形成。,类型一,类型二,(1),请你改正其中两处错误的操作。,第一处,:,;,第二处,:,。,(2),刚形成的凝胶珠要在,CaCl,2,溶液中浸泡,30 min,左右,目的是,。,(3),如果制作的凝胶珠颜色过浅,呈白色,则说明海藻酸钠溶液浓度,(,填,“,过低,”,或,“,过高,”),。,(4),研究发现,固定化强度高的酵母颗粒发酵效果好,且稳定性高、使用寿命长。某科研机构利用上述装置,将质量分数为,2%,、,2.5%,、,3%,的已配制好的海藻酸钠溶液分别与等量的已活化的酵母细胞混合均匀后,分别用质量分数为,2%,、,3%,、,4%,的,X,溶液进行凝胶处理,所得到的固定化酵母颗粒的强度及在,28,下发酵,48 h,后的酒精产量见下表。,类型一,类型二,由表中数据可以看出,随着,X,溶液浓度的增加,逐渐增加,;,凝胶固定化效果较好的海藻酸钠溶液与,X,溶液的质量分数分别是,、,。,类型一,类型二,解析,:,(1),海藻酸钠的溶化应用小火或间断加热至完全溶化。溶化后冷却至室温再加入酵母细胞,否则高温会杀死酵母细胞。,(2),刚形成的凝胶珠要在,CaCl,2,溶液中浸泡,30,min,左右,目的是让凝胶珠形成稳定的结构。,(3),凝胶珠颜色过浅,呈白色,说明海藻酸钠溶液浓度过低。,(4),从表中可以看出,随,X,溶液浓度的增加,酵母颗粒的固定化强度增加,且固定化效果较好的海藻酸钠溶液的质量分数是,2%,X,溶液的质量分数是,4%,。,答案,:,(1),海藻酸钠的溶解应用小火或间断加热至完全溶化,海藻酸钠溶液应冷却至室温再加入酵母细胞,(2),让凝胶珠形成稳定的结构,(3),过低,(4),固定化强度,2%,4%,1,2,3,4,1,.,下列不属于固定化酶在利用时的特点的是,(,),A.,有利于酶与产物分离,B.,可以被反复利用,C.,能自由出入依附的载体,D.,一种固定化酶一般情况下不能催化一系列酶促反应,解析,:,固定化酶是将酶固定在一种载体上,因此它不能自由出入依附的载体。,答案,:,C,1,2,3,4,2,.,如果反应物是大分子物质,采用下列哪种方法时催化反应效率最差,?(,),A.,直接使用酶,B.,使用化学方法结合的酶,C.,使用固定化细胞,D.,使用物理吸附法固定的酶,解析,:,大分子物质因不能通过细胞膜而不易与细胞产生的酶接触,从而使反应受抑制。,答案,:,C,1,2,3,4,3,.,在使用包埋法固定细胞时,下列哪一项不是常用的载体,?(,),A.,明胶,B.,琼脂糖,C.,海藻酸钠,D.,纤维素,解析,:,包埋法固定细胞常用的载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。,答案,:,D,1,2,3,4,4,.,在,20,世纪,50,年代,酶已经大规模地应用于各个生产领域,到了,70,年代又出现了固定化酶与固定化细胞的技术。,(1),在实际生产中,固定化酶技术的优点是,。与固定化酶技术相比,固定化细胞固定的是,。,(2),制备固定化酵母细胞,最常用的载体是,使用了下图中的,(,填出标号与名称,),。,(3),制作固定化酵母细胞时,配制好的海藻酸钠溶液与活化的酵母细胞混合后,可在饱和,溶液中形成凝胶珠。,1,2,3,4,解析,:,将酶固定化后,可使酶在催化反应之后不随产物流走,可以反复利用,;,将细胞固定化后,实际上是将细胞产生的多种酶同时进行固定。海藻酸钠一般不能参与化学反应,同时,在高温下容易溶化,温度降低时又形成多孔性固体颗粒,是包埋酵母细胞的好材料。图,为化学结合法,图,为物理吸附法,图,为包埋法。凝胶珠是溶化好的海藻酸钠溶液与活化的酵母细胞混合后在,CaCl,2,溶液中形成的。,答案,:,(1),酶既能与反应物接触,又容易与产物分离,固定在载体上的酶能反复利用多酶系统,(,或一系列酶、多种酶,),(2),海藻酸钠,包埋法,(3)CaCl,2,必背语句,1,.,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。,2,.,固定化酶和固定化细胞是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术,包括包埋法、化学结合法和物理吸附法。,3,.,固定化酶的优点是既能与反应物接触,又能与产物分离,;,可以反复利用。缺点是不利于催化一系列的酶促反应。,4,.,固定化细胞的优点是可以催化一系列的化学反应,成本低,操作容易,缺点是反应物不易与酶接触,尤其是大分子反应物,不易进入细胞。,5,.,固定化细胞的过程包括酵母细胞的活化,配制,CaCl,2,溶液,配制海藻酸钠溶液,海藻酸钠溶液与酵母细胞混合,固定化酵母细胞。,