K4.3《酵母细胞的固定化》(新人教版选修1).ppt

* * * * * 思考：通过课题背景分析，你有何体会？ 优点：催化效率高，低耗能，低污染 问题：对环境敏感，易失活；难收回，提高了生产成本；反应后酶混在产物中，影响产品的品质 设想：将酶固定在不容于水的载体上 优点：酶既能与反应物接触，又容易与反应物分离，可以反复利用 问题：一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物的形成是通过一系列的酶促反应才能完成 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 酶： 固定化酶： 一、课题目标 1．说出固定化酶和固定化细胞的作用和原理。 2．尝试制备固定化酵母细胞，并利用固定化酵母细胞进行酒精发酵。 思考：1、如何利用固定化酶生产高果糖浆的？ 2、有哪些优点？ （一）固定化酶 含淀粉的浆液 α-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 葡萄糖再次异构化 果糖含量70%～90% 果葡糖浆 果糖和葡萄糖分离 高果糖浆 固定化酶技术生产高果糖浆生产流程 固定化酶的应用实例 反复多次 3、固定化酶的方式有哪些？ 固定化技术的定义 　　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， 　　方法：包括包埋法、化学结合法(将酶分子或细胞相互结合，或将其结合到载体上)和物理吸附法。 　　一般来说，酶更适合采用化学结合和物理吸附法固定化，而细胞多采用包埋法固定化。这是因为细胞个大，而酶分子很小；个大的细胞难以被吸附或结合，而个小的酶容易从包埋材料中漏出。 固定酶和细胞各适合采用什么方法？为什么？ （二）固定化细胞技术 方法 原理 适用对象 1包埋法 是将聚合物的单体与酶溶液混合，再借助于聚合助进剂(包括交联剂)的作用进行聚合，酶被包埋在聚合物中以达到固定化 酶或细胞 2化学 结合法 酶蛋白的侧链基团和载体表面上的功能基团之间形成共价键而固定的方法 酶 3物理 吸附法 通过氢键、疏水作用和π电子亲和力等物理作用，将酶固定于水不溶载体上．从而制成固定化酶 酶 直接使用酶、固定化酶与固定化细胞各有什么优缺点？ 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，又应该选择哪种方法？ 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 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 2．配制物质的量浓度为0.05 mol／L的CaCl2溶液 3．配制海藻酸钠溶液 4．海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 5．固定化酵母细胞 在缺水的状态下，微生物会处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。酵母细胞所需要的活化时间较短，一般需要0.5～1 h，教师需要提前做好准备。此外，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。 思考：CaCl2溶液有什么作用？ 酵母细胞的活化 3．配制海藻酸钠溶液 思考：①配制的海藻酸钠溶液具体作用是什么？ ②在加热的过程中，为什么要用小火，或者间断加热？ 包埋酶或细胞 防止焦糊 4．海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 5．固定化酵母细胞 思考：①为什么刚形成的凝胶珠要在CaCl2溶液中浸泡30min左右？ ②如何检验凝胶珠的质量是否合格？ 形成稳定的凝胶珠 说明：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。 （二）用固定化酵母细胞发酵 问题思考：发酵时为什么要将温度