關于酵母細胞的固定化定第1頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三一、課題背景閱讀課題背景并思考：1、直接使用酶制劑在應用中各有什么優、缺點？如何解決使用酶制劑時的缺陷？2、固定化酶技術在應用中各有什么優、缺點？如何解決使用固定化酶技術在應用時的缺陷？3、固定化細胞在應用中各有什么優、缺點？第2頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三1、直接使用酶制劑①天然酶通常對強酸、強堿、高溫和有機溶劑等條件非常敏感，容易失活②溶液中酶很難回收，不能再次利用，提高了生產成本③反應后，酶會混在產物中，影響產品質量，難以在工業生產中廣泛應用（1）優點（2）缺點催化效率高、低耗能、低污染，大規模地應用于食品、化工等各個領域如何解決這些問題？第3頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三1、直接使用酶制劑（3）解決方案固定化酶技術第4頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三2、固定化酶（1）含義：將酶固定在不溶于水的載體上。（3）優點：酶既能與反應物接觸，又能與產物分離，同時，固定在載體上的酶還可以被反復利用。（4）缺點：一種酶只能催化一種化學反應，而在實際生產中，很多產物的形成是通過一系列的酶促反應才能得到。（5）解決方案：固定化細胞技術（2）實例：利用固定化酶技術生產“高果糖漿”。第5頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三固定化酶的應用實例：生產高果糖漿1、什么是高果糖漿？使用它有何好處？高果糖漿是果糖含量為42%左右的糖漿。作為蔗糖的替代品，高果糖漿不會像蔗糖那樣誘發肥胖、糖尿病、齲齒和心血管病，對人的健康有利。再思考：果糖屬于什么糖?果糖是一種：單糖

分子式：C6H12O6第6頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三2、生產高果糖漿需要什么酶？其作用是什么？這種酶有何特點？直接使用酶時有什么缺點？生產高果糖漿需要：作用：特點：直接使用酶時的缺點：葡萄糖異構酶酶穩定性好，可持續發揮作用將葡萄糖轉化為果糖酶溶于葡萄糖溶液后，就無法從糖漿中回收，造成很大的浪費。如何改進？第7頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三3、改進：固定化酶技術

4、具體做法：

5、優點：①反應柱能連續使用半年，大大降低了生產成本。②提高了果糖的產量和品質。第8頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三3、固定化細胞（1）含義：將細胞固定在一定空間內的技術。（2）優點：成本低、操作容易、對酶活性的影響更小、可以催化一系列的反應、容易回收（3）缺點：固定后的細胞與反應物不容易接近，可能導致反應效果下降，由于大分子物質難以自由通過細胞膜，因此固定化細胞的應用也受到限制。但相對較為完善。第9頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三二、酶和細胞固定化方法(看課本P50）思考：固定化酶或固定化細胞指什么？

可以采取哪些方法進行固定？各有什么利弊？①物理吸附法②包埋法③化學結合法

1、固定化酶或固定化細胞：指利用物理或化學方法將酶或細胞固定在一定空間內的技術。

2、方法：第10頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三將酶（或細胞）包埋在細微網格里將酶（或細胞）相互結合，或將其結合到載體上。將酶（或細胞）吸附在載體表面上包埋法化學結合法物理吸附法固定化酶或固定化細胞采取的方法第11頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三【比較】酶和細胞的固定方法和特點酶分子很小，容易從包埋材料中漏出。細胞體積大，難以被吸附或結合。第12頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三〖思考1〗對固定酶的作用影響較小的固定方法是什么？〖思考2〗將谷氨酸棒狀桿菌生產谷氨酸的發酵過程變為連續的酶反應，應當固定（酶、細胞）。吸附法。第13頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三三、實驗操作：包埋法固定細胞明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等。

1、包埋法固定細胞：即將微生物細胞均勻地包埋在不溶于水的多孔性載體中。

2、包埋時常用的載體包括：第14頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三海藻酸鈉：一種天然多糖，是由海帶中提取的天然多糖碳水化合物，可作為食用的食品添加劑，也可作為支架材料用于醫學用途，其溫和的溶膠凝膠過程、良好的生物相容性使其適于作為釋放或包埋藥物。第15頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三三、實驗操作（一）制備固定化酵母細胞（二）用固定化酵母細胞發酵第16頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三（一）制備固定化酵母細胞1、酵母細胞的活化：在缺水狀態下，微生物處于休眠狀態。活化是指讓處于休眠狀態的微生物重新恢復正常生活狀態的過程。1g干酵母＋10mL蒸餾水→50mL燒杯→攪拌均勻→放置1h，使之活化。〖思考〗活化是指什么？操作提示酵母細胞活化時體積會變大，因此活化前應該選擇體積足夠大的容器，以避免酵母細胞的活化液溢出容器外。第17頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三第18頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三2、配制物質的量濃度為0.05mol/L的CaCl2溶液：0.83gCaCl2＋150mL蒸餾水→200mL燒杯→溶解備用。〖思考〗為什么要用蒸餾水，而不用自來水？防止自來水中各種離子影響實驗結果操作提示溶解物質要徹底。第19頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三3、配制海藻酸鈉溶液0.7g海藻酸鈉＋10mL水→50mL燒杯→酒精燈微火（或間斷）加熱，并不斷攪拌，使之溶化→蒸餾水定容到10mL。加熱時要用小火，或者間斷加熱，并攪拌，反復幾次，直到海藻酸鈉溶化為止〖思考〗為什么要用小火或間斷加熱，并不斷攪拌？防止海藻酸鈉發生焦糊。操作提示第20頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三429572439gao第21頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三4、海藻酸鈉溶液和酵母細胞混合將溶化好的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫，加入以活化的酵母細胞，進行充分攪拌，再轉移至注射器中以免海藻酸鈉溫度過高殺死酵母菌〖思考〗為什么要將海藻酸鈉冷卻至室溫？海藻酸鈉溶液必須冷卻至室溫，攪拌要徹底充分，使兩者混合均勻，以免影響實驗結果的觀察。操作提示第22頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三429572439gao第23頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三（5）固定化酵母細胞以恒定的速度緩慢的將注射器中的溶液滴加CaCl2溶液中，將形成的凝膠珠在CaCl2溶液中浸泡30min左右。〖思考〗CaCl2溶液有什么作用？使膠體聚沉，形成結構穩定的凝膠珠。剛形成的凝膠珠應在CaCl2溶液中浸泡一段時間，以便形成穩定的結構。操作提示滴加注射器中的溶液時，速度一定要恒定且緩慢，以便形成的凝膠珠呈均勻的圓形或橢圓形。第24頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三429572439gao第25頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三429572439gao第26頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三（二）用固定化酵母細胞發酵①將固定化酵母細胞（凝膠珠）用蒸餾水沖洗2－3次。②將150ml質量分數為10％的葡萄糖溶液轉移至200ml的錐形瓶中，再加入固定好的酵母細胞，置于25°C下發酵24h〖思考〗1、為什么要用蒸餾水沖洗凝膠珠？洗去凝膠珠表面多余的CaCl2溶液。以免對實驗造成影響。〖思考〗2、葡萄糖在這里有什么用？既可以作為發酵底物，也作為酵母菌細胞的營養物質。第27頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三429572439gao第28頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三1、海藻酸鈉的濃度涉及到固定化細胞的質量。如果海藻酸鈉濃度過高：四、特別注意：將很難形成凝膠珠。高濃度海藻酸鈉只能用粗針頭注射，針頭粗也會粘著，難促使形成液滴。且高濃度海藻酸鈉不易形成滴狀下落，形成條狀，不是圓形或是橢圓形，品相極差，并且凝膠珠容易破裂。形成的凝膠珠所包埋的酵母細胞的數目少。因為包埋不緊密，細胞容易從包埋材料中漏出。且形成的凝膠珠可能帶細絲尾巴。如果濃度過低：第29頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三剛形成的凝膠珠應在CaCl2溶液中浸泡一段時間，以便形成穩定的結構。檢驗凝膠珠的質量是否合格，可以使用下列方法。一是用鑷子夾起一個凝膠珠放在實驗桌上用手擠壓，如果凝膠珠不容易破裂，沒有液體流出，就表明凝膠珠的制作成功。二是在實驗桌上用力摔打凝膠珠，如果凝膠珠很容易彈起，也能表明制備的凝膠珠是成功的2、酵母細胞的固定化第30頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三（一）觀察凝膠珠的顏色和形狀五、結果分析與評價（二）觀察發酵的葡萄糖溶液如果制作的凝膠珠顏色過淺、呈白色：說明海藻酸鈉的濃度偏低，固定的酵母細胞數目較少；如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形：說明海藻酸鈉的濃度偏高。二者都說明制作失敗，