课题3-酵母细胞的固定化

生活中我们最常提到的酵母是酿酒酵母（也称面包酵母），自从几千年前人类就用其发酵面包和酒类。导入新课有什么办法可以使酵母菌反复使用？在日常生活中，我们无法将酵母菌反复使用。专题4酶的研究与应用教学目标知识与能力1.了解固定化酶在生产实践中的优点。3.掌握固定化酶或细胞的方法。2.掌握固定化酶和固定化细胞的作用和原理。4.产是指被固定化酵母细胞，并利用固定化酵母细胞进行酒精发酵。过程与方法情感态度与价值观通过实验与理论知识相结合的方法，在实验中掌握酵母细胞固定化的知识。1.培养学生动手实验能力。2.培养在实验过程中的团结互助的精神。教学重难点课题重点制备固定化酵母细胞。课题难点制备固定化酵母细胞。内容解析1.基础知识从酶到固定化酶再到固定化细胞的发展史存在问题：•容易失活•不能再次利用•产物中的酶影响产品质量设想：将酶固定在不溶于水的载体上固定化酶出现固定化酶存在问题：设想：•一种酶只能催化一种化学反应•生产实践中，产物需要一系列酶促反应得到酶来自细胞，能否将合成细胞的酶直接固定固定化细胞出现思考下面的问题如何使酶或者细胞既能在反应过程中与反应物接触，又能在反应结束后与反应物分离？包埋在网格中用化学键结合起来物理吸附在载体上通常情况下，酶和细胞固定采用不同的方法酶物理吸附法化学结合法细胞包埋法2.实验设计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。实验材料干酵母CaCl2溶液海藻酸钠干酵母实验过程（1）制备固定化酵母细胞配置0.05mol/L的CaCl2溶液CaCl20.83g150mLH2O配置海藻酸钠溶液海藻酸钠0.7g10mL水小火加热配方取1g干酵母，放10mL水中，用玻璃棒搅拌成糊状，放置1h左右使其活化干酵母活化将已经活化的酵母细胞加入到海藻酸钠溶液中用玻璃棒进行充分搅拌，使其混合均匀固定化酵母细胞将溶液转移至注射器中将注射其中的溶液滴加到配置好的CaCl2溶液中液滴在CaCl2溶液中形成凝胶珠固定化酵母细胞将这些凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30min左右固定化酵母细胞（2）用固定化酵母细胞发酵将凝胶珠用蒸馏水冲洗2~3次将凝胶珠放入10%葡萄糖溶液中，25℃发酵24h3.结果结果分析与评价3.1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凝胶珠颜色过浅，呈白色失败原因固定的酵母细胞过少，海藻酸钠浓度偏低凝胶珠不是椭圆形或圆形，呈其它形状失败原因固定的酵母细胞过多，海藻酸钠浓度偏高3.2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，同时闻到酒味固定化酶技术高果糖浆生产中的应用1.将葡萄糖异构酶固定在颗粒状载体上2.将酶颗粒装入到反应柱内，反应柱地段有筛孔，可以使反应溶液通过，而酶颗粒不能通过4.相关链接3.将葡萄糖溶液从反应柱上端注入葡萄糖葡萄糖异构酶果糖4.果糖溶液从下端流出，葡萄糖异构酶仍保留在反应柱内我们采取这种方法，成功地实现了酶与反应物的自由接触与分离。课堂小结固定化技术固定化酶技术固定化细胞技术化学结合法物理吸附法包埋法固定化酵母细胞的实验过程酵母细胞的活化配置物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2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利用固定化酵母细胞发酵1.（2009.江苏）下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是（）A.固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显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应物高考链接A解析：本题考查固定化酶和固定化细胞的相关知识。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，纯粹的化学反应，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，糖类的作用作为反应底物也为碳源来调节酵母菌的代谢方式。课堂练习填空题1.固定化酶和固定化细胞通常采用________、________________、_______________三种方法。其中，酶更适合采用___________、___________，细胞更适合采用________。2.正常情况下，凝胶珠的颜色________，形状为________或________。包埋法化学结合法物理吸附法化学结合法物理吸附法包埋法较深圆形椭圆形选择题1.下列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.催化化学反应DA简答题1.在实验过程中为什么要活化酵母细胞？答：在缺水的状态下，酵母细胞处于休眠状态。将酵母细胞放入蒸馏水中1h，可以使处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态，以便于酵母细胞发酵葡萄糖溶液。2.在葡萄糖的异构反应中，如果不将葡萄糖异构酶固定，而是直接使用葡萄糖异构酶，会对生产过程产生哪些影响？答：葡萄糖异构酶如果没有固定，溶液中的酶会很难回收，不能再次利用，提高了生产成本；反应后酶会混合在产物中，如不除去，会影响产品质量。3.固定化细胞技术有什么优缺点？答：优点操作容易、对酶活性影响小、可以使酶再利用。缺点大分子物质难以自由通过细胞膜，固定化细胞的应用受到限制。教材习题答案1.直接使用酶、使用固定化酶和使用固定化细胞催化反应，有哪些优点与不足？答：直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的优缺点如下表所示。类型优点缺点类型优点缺点直接使用酶催化效率高低耗能低污染对环境条件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很那回收，不能被再次利用，提高了生产成本；反应后酶会混在产物中，可能影响产品质量类型优点缺点固定化酶酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时，固定在载体上的每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类型优点缺点固定化细胞成本低操作更容易固定后的细胞与反应物不容易接近，可能导致反映效果下降等2.你能写一篇短文，描述葡萄糖分子通过固定化细胞变成酒精的过程吗？答：示例葡萄糖通过装有固定化细胞的柱子，在固定化细胞分泌的葡萄糖异构酶的作用下变为酒精，酒精通过底部的筛板滤除，固定化细胞仍保留在柱壁上。3.目前，还没有一种固定化技术能普遍适用于所有的酶。在实际应用中，需要根据各种酶的特性，探索出最佳的固定化途径，你能解释为什么很难找到一种普遍适用的固定酶的方法吗？答：酶的结构和构成多种多样，且具有专一性。一般来说，不同化学反应需要不同的酶，而没有一种酶可以催化所有的化学反应。而不同结构的酶对条件的敏感度也不相同。因此很难找到一种普遍适用的固定酶的方法。