高中生物酶的研究与应用4.3酵母菌的固定化.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,课题,3,酵母细胞的固定化,知识回顾：,1,、洗衣粉中添加,_,，可以更有效地清除顽渍。常用的酶制剂有,_,四类。,2,、影响酶活性的因素有,_,、,_,和,_,。,3,、影响洗衣粉洗涤效果的因素有,_,。,在食品、化工、轻纺、医药等领域大规模使用酶制剂，说明酶制剂使用有很多优点，你能举出一些例子吗？,催化效率高、低能耗、低污染等。,酶制剂的使用有缺点吗？,你能举出一些例子吗？,酶制剂存在的缺陷：,1,、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,、溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本；,3,、反应后会混在产物中，可能影响产品质量。,如果你是工程技术人员，你如何解决这个问题？,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,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,）使酶既能与反应物接触，又能与产物分离；,（,2,）固定在载体上的酶可以被反复利用。,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，对人的健康有利。,你能写出果糖的分子式吗,?,它属于什么糖,?,4,、生产高果糖浆需要葡萄糖异构酶；其作用是将葡萄糖转化为果糖；这种酶稳定性好，可持续发挥作用。,你能写出方程式吗,?,5,、固定化酶技术生产高果糖浆的图示：,注意反应柱的各部分名称。,你能说出反应柱的优点吗？,生产流程,含淀粉的浆液,-,淀粉酶,糊精,糖化酶,葡萄糖,葡萄糖异构酶,葡萄糖的异构化,42%,45%,转化成果糖,果葡糖浆,果糖和葡萄糖分离,葡萄糖再次异构化,反复多次,果糖含量,70%,90%,高果糖浆,反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本，提高果糖的产量和质量。,优点：,练习：,1,、下列说法不正确的是（）,A,、葡萄糖与固定化葡萄糖异构酶接触，转化成的是果糖,B,、从固定化酶反应柱下端流出的是果糖,C,、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,D,、酶溶解于葡萄糖溶液，可以从糖浆中回收,2,、研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的。如将从大肠杆菌得到的磷酸三酯酶固定到尼龙膜上制成制剂，可以用来降解残留在土壤中的有机磷农药，与用微生物降解相比，其作用不需要适宜的（）,A,、温度,B,、,PH,C,、水分,D,、营养,酶：,优点：摧化效率高，低耗能低污染,实际问题：对环境条件敏感，易失活；溶液中的酶 很难收回，不能被再次利用，提高了生产成本；应后酶混在产物中，如不去除，会影响产品的品质,设想：将酶固定在不容于水的载体上,固定化酶：,优点：酶即能与反应物接触，又容易与反应物分离，同时，还可以反复利用,设想：酶是细胞合成的，能否将合成酶的细胞直接固定？,固定化细胞：,成本低，操作更容易,2.,将酶固定化的方法,将酶（或细胞）包埋在细微网格里,将酶（或细胞）相互连接起来,将酶（或细胞）吸附在载体表面上,包埋法,化学结合法,吸附法,在生产实际中使用固定化酶技术有无不足,?,如有不足,怎么办,?,有。一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实际中很多产物的形成都通过一系列的酶促反应才能进行，所以操作比较麻烦。,可采用固定化细胞技术。,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。,酶和细胞固定方法的选择,酶适合采用化学结合和物理吸附法固定,细胞适合采用包埋法固定,（,1,）、方法,（,2,）、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,类型,优点,不足,直接使用酶,催化效率高，低耗能、低污染等。,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，提高了生产成本；反应后酶会混在产物中，可能影响产品质量,。,固定化酶,酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时，固定在载体上的酶还可以被反复利用。,一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物的形成都通过一系列的酶促反应才能得到的。,固定化细胞,成本低，操作更容易。,固定后的酶或细胞与反应物不容易接近，可能导致反应效果下降等。,课堂讨论,：,1,从操作角度来考虑，你认为固定化酶技术与固定化细胞技术哪一种方法更容易？哪一种方法对酶活性的影响更小？,2,固定化细胞固定的是一种酶还是一系列酶？,3,如果想将微生物的发酵过程变成连续的酶反应，应该选择哪种方法？,4,如果反应物是大分子物质，选择哪种方法？,固定化细胞技术,固定化细胞固定的是一系列酶,固定化细胞技术,固定化酶技术,3,、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,巩固练习,1,、酶固定化技术与细胞固定化技术的关系是,A,酶固定化技术是细胞固定化技术的基础,B,细胞固定化技术是酶固定化技术的基础,C,酶固定化技术与细胞固定化技术是同时发展起来的,D,固定化细胞技术先于酶固定化技术,2,、,固定化细胞的优点是,(),。,A.,能催化大分子物质的水解,B.,可催化一系列化学反应,C.,与反应物易接近,D.,有利于酶在细胞外发挥作用,3,、酶的固定方法不包括,(),。,A.,将酶吸附在固体表面上,B,将酶相互连接起来,C,将酶包埋在细微网格里,D,将酶制成固体酶制剂，如加酶洗衣粉中的酶,4,、如果反应物是大分子物质，采用那种方法催化受限制,(),。,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,5,、下列关于酶和细胞的固定叙述不正确的是,(),。,A,酶分子很小，易采用包埋法,B,酶分子很小，易采用化学结合或物理吸附法固定的酶,C,细胞个大，难被吸附或结合,D,细胞易采用包埋法固定,6,、,关于固定化酶的叙述不正确的是,(),。,A,既能与反应物接触，又能与反应物分离,B,固定在载体上的酶可被反复利用,C,可催化一系列反应,D,酶的活性和稳定性受到限制,7,、固定化细胞对酶的活性影响最小，根本原因是,(),。,A,避免了细胞破碎、酶的提取纯化过程,B,固定化细胞在多种酶促反应中连续发挥作用,C,促化反应结束后，能被吸收和重复利用,D,细胞结构保证了各种酶在细胞内化学反应中有效的发挥作用,8,、固定化酶技术常采用,A,包埋法,B,化学结合和物理吸附法,C,活化法,D,微囊化法,9,、细胞固定化技术与酶固定化技术相比，所具备的特点是,A,成本更低、操作更容易、不能连续性生产,B,成本更高、操作更难、不能连续性生产,C,成本更低、操作更容易、能连续性生产,D,成本更低、操作更难、能连续性生产,三、实验操作,（一）制备固定化酵母细胞,阅读,P50,51,思考下列问题：,（,1,）制备过程包括哪几个步骤？,（,2,）你认为哪个步骤的操作是最重要的一环？,（,3,）各步骤应当分别注意什么问题？,1,、酵母细胞的活化,思考：,关于酵母菌你有哪些知识？,什么是活化？,怎样活化？,应注意什么？,活化：,让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态；,本质：,加快新陈代谢；,方法：,加入适量的水。,你能说出理由吗？,取,1g,干酵母，放入,50ml,的小烧杯中，加入蒸馏水,10ml,，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,思考：,你认为酵母的活化操作有哪些注意事项？,1,、所用容器要大一些；,2,、要保证酵母菌的活性；,3,、物种要单一；,4,、注意水的用量。,2,、配制物质的量浓度为,0.05mol/L,的,CaCl,2,溶液,称取无水,Cacl,2,0.83g,。放入,200mL,的烧杯中，加入,150mL,的蒸馏水，使其充分溶解，待用。,3,、配制海藻酸钠溶液,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,加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环，涉及到实验的成败，一定要按照教材的提示进行操作。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。,应当注意什么问题？,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，加入已活化的醉母细胞，进行充分搅拌，使其混合均匀，再转移至注射器中。,为什么海藻酸钠溶液要冷却？,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,30 min,左右。,你知道还有什么地方可以用到氯化钙？,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，可以使用下列方法：,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，就表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，也能表明制备的凝胶珠是成功的。,这一阶段成功与否呢？怎样评价？,观察凝胶珠的颜色和形状,:,如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明海藻酸钠的浓度偏低，固定的酵母细胞数目较少；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明海藻酸钠的浓度偏高，制作失败，需要再作尝试。,（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。,2,、将,150mL,质量分数为,10%,的葡萄糖溶液转移到,200mL,的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于,25,下发酵,24h,。,这一阶段成功与否呢？怎样评价？,观察发酵的葡萄糖溶液；,利用固定的酵母细胞发酵产生酒精，可以看到产生了很多气泡，同时会闻到酒味。,还有其他方法吗？,请思考课后练习,P52,类型,优点,不足,直接使用酶,催化效率高，低耗能、低污染等。,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，提高了生产成本；反应后酶会混在产物中，可能影响产品质量。,固定化酶,酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时，固定在载体上的酶还可以被反复利用。,一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物的形成都通过一系列的酶促反应才能得到的。,固定化细胞,成本低，操作更容易。,固定后的酶或细胞与反应物不容易接近，可能导致反应效果下降等。,类型,优点,不足,练习,:,1,、制备固定化酵母细胞的过程中错误的是（）,A,、取干酵母，加入蒸馏水，使其活化,B,、配制海藻酸钠时，加热用大火，直到海藻酸钠溶化为止,C,、将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入已活化的酵母细胞,D,、将凝胶珠在,Cacl2,溶液中浸泡,30 min,左右,2,、下列叙述不正确的是（）,A,、从操作角度来考虑，固定化细胞比固定化酶容易,B,、固定化细胞比固定化酶对酶的活性影响更小,C,、固定化细胞固定的是一种酶,D,、将微生物的发酵过程变成连续的酶反应应选择固定化细胞技术,