第二节固定化酶的制备和应用
[随堂检测] [学生用书P47]
知识点一固定化酶技术
1．下列关于固定化酶技术的说法正确的是( )
A．固定化酶技术就是固定反应物，让酶依附着载体围绕反应物旋转的技术
B．固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反应
C．固定化酶中的酶无法重复利用
D．固定化酶技术是将酶固定在一定空间内的技术
解析：选D。固定化酶是指通过物理或化学的方法，将水溶性的酶与不溶性的载体结合，使酶固定在载体上，并在一定的空间范围内进行反应的酶。因此，固定化酶技术固定的不是反应物而是酶。因为被固定的只是一种酶，所以不能催化一系列的酶促反应，但固定的酶可以重复利用。
2．固定化酶与普通酶制剂相比较，主要优点是( )
A．可以反复使用，降低成本
B．固定化酶不受酸碱度、温度等的影响
C．酶的制备更简单容易
D．酶能够催化的反应类型大大增加
解析：选A。固定化酶与普通酶制剂相比较主要优点是可以反复使用，降低成本，固定化酶仍具有酶的特性。
知识点二固定化细胞技术
3．下列关于“酵母细胞的固定化技术”实验的叙述，正确的是( )
A．活化酵母时，将适量干酵母与蒸馏水混合并搅拌成糊状
B．配制CaCl2溶液时，需要边小火加热边搅拌
C．将海藻酸钠溶液滴加到CaCl2溶液时，凝胶珠成形后应即刻取出
D．海藻酸钠溶液浓度过高时凝胶珠呈白色，过低时凝胶珠易呈蝌蚪状
解析：选A。将适量干酵母与蒸馏水混合并搅拌成糊状，可以活化酵母，A项正确；配制海藻酸钠溶液时需用小火间断加热，配制CaCl2溶液时不需加热，B项错误；凝胶珠成形后应在CaCl2溶液中浸泡30分钟左右，以便形成稳定的结构，C项错误；海藻酸钠溶液浓度过低时固定的酵母细胞数目少，凝胶珠呈白色，过高时凝胶珠易呈蝌蚪状，D项错误。
4．小球藻可用于污水净化，其繁殖能力(生长量)在一定程度上可以反映小球藻细胞消耗N、P等的能力。科研人员比较游离小球藻和用海藻酸钠固定化后的小球藻生长量变化，结果如图所示。下列相关叙述错误的是( )
A．本研究中固定化小球藻采用的方法是包埋法
B．实验中可用CaCl2浸泡凝胶珠使其形成稳定结构
C．结果表明固定化小球藻的生长期较短、生长速率低
D．使用固定化小球藻有利于重复使用且可避免水体二次污染
解析：选C。固定化小球藻常用的方法为包埋法，实验中凝胶珠加入到CaCl2中主要是为了维持凝胶珠的稳定结构，固定化小球藻可以反复使用而且有利于回收防止造成二次污染，据曲线分析，固定化小球藻生长速率变低、生长期延长。
5．下列在制备固定化酵母细胞的操作中，正确的是( )
A．制备好海藻酸钠后，需立即将其与酵母细胞混合以防凝固
B．制备固定化酵母细胞过程应用注射器
C．以恒定的速度把酵母菌—聚乙烯醇—海藻酸钠胶液滴入CaSO4溶液内
D．凝胶珠在硼酸—CaCl2溶液中应浸泡10 min左右
解析：选B。海藻酸钠应先冷却至室温，否则会把酵母细胞杀死。胶液滴入硼酸—CaCl2溶液中。凝胶珠应在硼酸—CaCl2溶液中浸泡30 min左右。
6．在上个世纪50年代，酶已经大规模地应用于各个生产领域，到了70年代又发明了固定化酶与固定化细胞技术。
(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)制备固定化酵母菌细胞，常用的包埋材料是________，使用了下图中方法[ ]________(填出号码及名称)。
(3)制作固定化酵母菌细胞时，充分混合均匀的酵母菌—聚乙烯醇—海藻酸钠溶液可在________溶液中形成凝胶珠。部分同学实验制得的凝胶珠不是球形或椭圆形，其主要原因是____________________。
解析：(1)固定化酶使酶与反应物易接触，与产物易分离，并且能反复利用，降低了生
产成本。固定化酶固定的是纯净的酶。固定化细胞能固定一系列酶。
(2)制备固定化酵母菌细胞，由于细胞比酶分子体积大，难以被吸附或结合，多采用包埋法，常用的载体是海藻酸钠等。
(3)酵母菌—聚乙烯醇—海藻酸钠溶液能在CaCl2溶液中形成凝胶珠。若海藻酸钠浓度过高或针筒距离液面过近，得到的凝胶珠可能不是球形或椭圆形。
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(一系列酶、多种酶) (2)海藻酸钠③包埋法(3)CaCl2海藻酸钠浓度过高(或针筒口离液面距离过近，高度不够)
[课时作业] [学生用书P85(单独成册)]
一、选择题
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：选C。固定化酶由于酶被固定在不溶于水的载体上，很容易与产品分离，同时酶也能反复使用，这是固定化酶的主要优点。但酶已被固定在载体上，不能自由出入。通常固定化酶的种类单一，所以不能催化一系列酶促反应。
2．固定化酶和固定化细胞技术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，其中适合细胞固定化的方法是( )
A．包埋法B．物理吸附法
C．化学结合法D．高温冷却法
解析：选A。固定化酶常用物理吸附法和化学结合法，因为酶分子较小；而固定化细胞常用包埋法，因为细胞较大，难以被吸附或结合。
3．关于固定化酶中的酶，说法正确的是( )
A．酶的种类多样，可催化一系列的酶促反应
B．酶被固定在不溶于水的载体上，可反复利用
C．酶作为催化剂，反应前后结构不改变，所以固定化酶可永远利用下去
D．固定化酶由于被固定在载体上，所以丧失了酶的高效性和专一性特点
解析：选B。固定化酶不能催化一系列的酶促反应，因此A错误；固定化酶被固定在不溶于水的载体上，可以重复利用，但是随着利用次数的增加，受到外界因素的影响，其活性会逐渐降低，故B正确、C错误；固定化酶虽被固定在载体上，但仍有高效性和专一性的特点，故D错误。
4．研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的。如将从大肠杆菌中得到的磷
酸二酯酶固定到尼龙膜上制成制剂，可用于降解残留在土壤中的有机磷农药。与微生物降解相比，其作用不需要适宜的( )
A．温度B．pH
C．水分D．营养
解析：选D。酶与微生物相比较，它的活性发挥不需要营养。
5．下列关于固定化酶和一般酶制剂在应用效果上的说法，错误的是( )
A．固定化酶可长久使用
B．一般酶制剂应用后和产物混在一起，产物的纯度不高
C．一般酶制剂参加反应后不能重复利用
D．固定化酶可以反复利用，降低生产成本，提高产量和质量
解析：选A。固定化酶是将酶固定在不溶于水的载体上，使酶既能与底物接触，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，降低成本，产物中也不含酶，提高了产品的纯度。固定化酶虽可以多次利用，但不可长久使用。
6．下列有关酵母细胞固定化实验操作目的及结果分析，错误的是( )
A．干酵母细胞处于休眠状态，需置于蒸馏水中活化
B．配制海藻酸钠溶液时需要小火间断加热，以防海藻酸钠焦糊
C．若海藻酸钠的浓度偏低时凝胶珠呈白色，固定的细胞数目过少
D．凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡时间的长短，不影响发酵效果
解析：选D。凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡时间的长短，会影响酶的活性，所以会影响发酵效果，D错。
7．在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
C．海藻酸钠凝胶D．纤维素
解析：选D。纤维素不能用于细胞的包埋。
8．下列关于固定化酶的说法，不正确的是( )
A．固定化酶需要适宜的反应条件
B．固定化酶可再次利用
C．固定后的酶既能与反应物接触，又能与反应物和产物分离
D．固定化酶易溶于水
解析：选D。酶制剂本身不够稳定，价格昂贵且不能回收以反复利用，从而限制了酶制剂的进一步发展；固定化酶解决了普通酶制剂的缺点，既能与反应物接触，又能与反应物和产物分离，能重复利用；固定化酶不溶于水。
9．制备固定化酵母菌细胞的正确步骤是( )
①用无菌水洗涤凝胶珠②制备固定化细胞③制备麦芽汁④活化酵母菌细胞⑤
发酵麦芽汁⑥配制CaCl2溶液
A．①②③④⑤⑥B．③④⑥②①⑤
C．②③④⑥①⑤D．⑥④③①②⑤
解析：选B。制备固定化酵母菌细胞的基本步骤是：③制备麦芽汁→④活化酵母菌细胞→⑥配制CaCl2溶液→②制备固定化细胞→①用无菌水洗涤凝胶珠→⑤发酵麦芽汁。
10．下列关于酶和固定化酵母细胞的研究与应用的叙述，错误的是( )
A．从酶的固定方式看，吸附法比化学结合法对酶活性影响小
B．作为消化酶使用时，蛋白酶制剂以口服方式给药
C．尿糖试纸含有固定化的葡萄糖酶和过氧化氢酶，可以反复使用
D．将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去CaCl2和杂菌
解析：选C。化学结合法可能影响酶的活性部位而影响反应效果，而吸附法是物理方法不影响酶的分子结构，故A正确；消化酶在消化道内起作用，则蛋白酶制剂以口服方式给药，故B正确；尿糖试纸由于使用后不能将反应物和酶分开，而不能再次使用，故C错误；固定化酵母细胞在凝胶珠中，用无菌水冲洗可洗去CaCl2和表面的杂菌，故D正确。
11．下列有关制备固定化酵母细胞的叙述，错误的是( )
A．在向溶化好的海藻酸钠溶液中加入的必须是已活化的酵母细胞
B．溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温，才能加入细胞
C．溶解海藻酸钠，最好采用小火，或者持续加热的方法
D．在固定化酵母细胞的过程中，要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
解析：选C。向溶化的海藻酸钠溶液中加入的是活化的酵母细胞，故A正确。溶化好的海藻酸钠溶液需要冷却到室温才能加入细胞，否则细胞可能失去活性，故B正确。溶解海藻酸钠需用小火，或者间断加热，故C错误。固定化酵母细胞过程中，需要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，故D正确。
12．固定化脂肪酶的方法一般是：将酶液和一定浓度的海藻酸钠溶液混合后，用注射器滴到一定浓度的硼酸—氯化钙溶液中，25 ℃静置固定化 2 h，过滤、洗涤，再加入到戊二醛溶液中，25 ℃化学结合 2 h，过滤、洗涤、干燥后就可得到颗粒状固定化脂肪酶。某兴趣小组对固定化酶的性质和其最佳固定化条件进行了探究，如图显示的是部分研究结果(注：纵坐标为酶活力包括酶活性和酶的数量，a为游离酶，b为固定化脂肪酶)，下列分析中正确的是( )
1 引言 随着石油工业的迅速发展油气田开发对土壤的污染越来越严重。石油污染土壤已经是石油及石化企业的重要污染之一，其中的石油污染物对人体及环境具有很高的毒害作用。土壤污染不仅会破坏其自身结构、改变其物理化学性质，而且会影响作物的产量和品质，并通过食物链危害人类的健康和生命。因此，修复污染土壤，保障人类健康，已引起各国政府及环境学家的广泛关注，成为当前国内外环保研究的热点。 2 石油污染土壤的现状及危害 随着国民经济的迅速发展，人们对石油的需求不断增加，石油的勘探开发、运输及炼制过程中，石油污染问题日益凸显，特别是土壤污染日趋严重。据报道，目前世界石油总产量每年约有22亿t，其中约有800万t石油进入环境已造成污染，我国石油年产量已超过1亿t，每年新污染土壤10万t，其中每年有近60万t石油进入环境，污染了土壤、地下水、河流和海洋[fll。石油污染土壤主要由于石油的泄漏和排放引起的，一般集中在油田、油库、炼油厂周围，对土壤的污染大多集中在20cm左右的土壤表层[f2l。我国许多油区污染严重，例如陇东油区年产原油约200万吨是中国第二大油田的中心区，石油污染面积正在逐年扩大，目前石油污染面积SOO}l000hm2，在重污染区，土壤原油含量高达3510mg/kg，高出临界值(200mg/kg) 17.6倍。因此，修复石油污染土壤，加快土壤的修复和治理显得尤为重要。 石油是一种成分极其复杂的混合物，主要是由各种不同的碳氢化合物组成，还含有少量的氧、氮、硫、氯、硅和磷等非金属元素以及少量的重金属元素成分。石油通常指原油和石油初加工产品(包括汽油、煤油、柴油、重油、润滑油等)及各类油的分解产物，主要包括烷烃、环烷烃和芳香烃、烯烃等，其中多环芳香烃类物质被认为具有严重的致癌、致突变、致畸作用，其形态包括气体、挥发性液体、高沸点液体以及固体等[[3,4] o 石油进入土壤后，影响土壤环境质量，严重威胁着生态环境、食品安全和人身健康: 1）石油吸附在土壤颗粒表面堵塞土壤孔隙，降低了土壤透水性，改变土壤有机质的组成、结构和物理化学性质，引起土壤有机质的变化如碳磷比;
第三章酶的应用技术实践 3.2制备和应用固定化酶 探究目的： 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。探究预习： 固定化酶技术的发展也促进了固定化细胞技术的发展。20世纪70年代后期出现了固定化细胞 技术。通过各种方法将细胞与一定的载体结合，使细胞仍保持原有的生物活性，这一过程称为细胞固定化。固定化细胞仍能进行正常的生长、繁殖和代谢，由于保留了细胞内原有的多酶系统，这对多步催化的连续反应优势就更加明显。细胞固定化的方法也有多种，主要是吸附法和包埋法两大类。 吸附法是制备固定化动物细胞的主要方法。动物细胞大多数具有附着特性，能够很好地附着在容器壁、微载体和中空纤维等载体上。吸附法制备固定化植物细胞，是将植物细胞吸附在泡沫塑料的大孔隙或裂缝之中，也可将植物细胞吸附在中空纤维的外壁上。 包埋法是指将细胞包埋在多孔载体的内部而制成固定化细胞的方法。凝胶包埋法是应用最广泛的细胞固定化方法，适用于各种微生物、动物和植物细胞的固定化。凝胶包埋法所使用的载体主要有琼脂、海藻酸钠凝胶、角叉菜胶、明胶等。 海藻酸钠凝胶包埋法制备固定化细胞的操作简便，条件温和，对细胞无毒性。通过改变海藻酸钠的浓度可以改变凝胶的孔径，适合于多种细胞的固定化。用海藻酸钠凝胶制备的固定化细胞已用于多种酶的发酵生产与研究。 固定化细胞技术可以取代游离的细胞进行发酵，生产各种物质。 材料用具：干酵母，聚乙烯醇，海藻酸钠，无水CaC2，蒸馏水，烧杯，玻璃棒，酒精灯，三 角架，石棉网，注射器等。 探究过程： 探究反思： 固定化酵母菌技术有哪些优点? 探究示例： 请参照细胞固定化技术的相关基础知识，完成下列问题。 （1）细胞固定化技术一般采用包埋法固定化，采用该方法的原因是 （2）包埋法固定化是指___________________________________ 。 （3）_____________________________________________________________________ 包埋法固定化细胞常用的载体有 ________________________________________________________________ _______________________ 。（答出三种即可） （4）与固定化酶技术相比，固定化细胞技术的优点是 （5）制备固定化酵母细胞的步骤为: 【解析】（1）固定化细胞的方法有包埋法、化学结合法和物理吸附法，一般来说多采用包埋法固定化，因为个大的细胞难以被吸附或结合，且不易从包埋材料中漏出。 （2）（3）包埋法固定化即将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中。常用的载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠等。 （4）与固定化酶技术相比，固定化细胞技术的成本更低?操作更容易。 （5）制备固定化酵母细胞的程序为：酵母细胞的活化T配制CaC2溶液T配制海藻酸钠溶液T海藻酸钠溶液与酵母细胞混合T固定化酵母细胞。 【答案】（1 ）细胞个大，不易从包埋材料中漏出；（2）将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多 孔性载体中；（3）明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺等；（4）成本更低，操作更容易；（5）①酵母细胞的活化②配制CaC2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酵母细胞的固定化。 【矫正反馈】 1?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，其中适合细胞固定的方法是（） A.包埋法 B.物理吸附法 C.化学结合法 D.高温冷却法 2.与固定化酶相比，固定化细胞制备的特点是（） A.成本高，但操作更容易 B.成本低，但操作更复杂 C.成本高，且操作更复杂 D.成本低，且操作更容易 3.固定化细胞技术在废水处理中有着重要作用，用于处理含氮、氨丰富的废水的固定化微生物通常是（） ①酵母菌②青霉菌③硝化菌④反硝化菌 ①③D.②④ 让酵母细胞在缺水状态下休眠 让处于休眠状态的酵母细胞重新恢复正常的生活状态 5.下面为制备固定化酵母细胞的步骤，其正确的操作程序是 （） ①海藻酸钠溶液与酵母细胞混合②配制海藻 酸钠溶液③酵母细胞的活化 ⑤配制物质的量浓度为0.05 mol/L的CaC2溶液 A.①②③④⑤ B.③①②⑤④ C.③⑤②①④ 6 .试分析下图中，哪一种与用海藻酸钠作载体制备的固定化酵母细胞相似（ 7 .下列有关固定化酵母细胞制备步骤叙述，不恰当的是（） A.应使干酵母与水混合并搅拌，以利于酵母菌活化 B.配制海藻酸钠溶液时要用小火间断加热的方法 C.向刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入已活化的酵母细胞，充分搅拌并混合均匀 D.将与酵母混匀的海藻酸钠溶液注入CaC2溶液中，会观察到CaC2溶液中有球形的凝胶珠形成 8.用固定化酵母细胞发酵葡萄糖溶液时，为了能产生酒精，下列措施错误的是（） A.向瓶内泵入氧气 B.应将装置放于适宜的条件下进行 C.瓶内应富含葡萄糖等底物 D.将瓶口密封，效果更好 探究步骤探究记录结论或解释1.实验准备准备各种实验药品和器具。 2?制备麦芽汁称取一定质量的干麦芽粉，加入其质量4倍的水，在58~65C下 糖化3-4 h。每隔一定的时间用碘液测定，如果仍显蓝色，说明糖化还不完全，继续糖化直至不显色为止，得到麦芽汁。煮沸、冷却麦芽汁后用纱布过滤，再调节pH至6.0，在121 C下灭菌15min，制成无菌麦牙汁。 3.活化酵母菌细胞称取1g干酵母放入50 mL的小烧杯中，加入蒸馏水10 mL。用玻璃棒搅拌酵母菌液，使其活化1h左右。 4.制备固定化细胞称取4g聚乙烯醇（PVA）和0.2 g海藻酸钠，加入无菌水40 mL，适当加热至完全溶化，将溶液冷却至45 C，加入预热至35C的 酵母菌培养液，混合均匀形成酵母菌谒藻酸钠胶液；将酵母菌- 海澡酸钠胶液倒入带有孔径为 2 mm喷嘴的小塑料瓶或吸入注 射针筒中；以恒定的速度滴入预先盛有50 mL饱和硼酸-氯化钙 溶液的烧杯中，采用磁力搅拌器或手摇的方法使溶液不停地旋转；酵母菌-海藻酸钠胶液在溶液中逐渐形成凝胶珠。待凝胶珠在溶液中浸泡30 min后，取出用无菌水洗涤3次备用。 5.发酵麦芽汁将固定化酵母菌细胞凝胶珠加入300 mL无菌麦芽汁中，置于 25C下发酵7~9 d。待发酵结束后品尝其味道。A.①② B.③④ C. 4 .酵母细胞的活化是指（） A.让酵母细胞恢复运动状态 B. C.让酵母细胞内酶活性加倍 D. ④固定化酵母细胞 D.③②⑤①④ ）
生物传感器中生物组分的固定化方法 生物传感器由两部分组成: 生物敏感元件和信号转换器。生物传感器的选择性主要取决于敏感材料的选取，而灵敏度的高低则与转换器的类型、生物组分的固定化技术等有很大的关系。因此固定化技术的发展是提高传感器性能的关键因素之一。生物传感器要呈现良好的工作性能, 其固定化技术应满足以下条件: (1) 固定化后的生物组分仍能维持良好的生物活性； (2) 生物膜与转换器须紧密接触，且能适应多种测试环境； (3) 固定化层要有良好的稳定性和耐用性； (4) 减少生物膜中生物组分的相互作用以保持其原有的高度选择性。 为了研制廉价、灵敏度高而且选择性好的生物传感器，固定化技术已成为研究者们努力探求的目标。经过近20年的不懈探索，已建立了对各种不同生物功能材料的固定化方法。 物理吸附法 此法是通过生物分子的极性键、氢键、疏水键的作用将生物组分吸附于不溶性的惰性载体上。文献已经报道了一些材料可用作吸附其它材料的载体，比如，石墨粉［25］、石墨-聚四氟乙烯［26］、活性碳［27］、离子交换树脂［28］等。物理吸附法的特点 是方法简便、操作条件温和，缺点是生物分子与载体表面的结合力弱，在表面进行任意取向的不规则分布，因此使制得的生物传感器容易发生生物分子的脱落和泄漏，从而造成传感器的灵敏度低，重现性差。 包埋法 将生物组分与合成高分子经溶剂混合而使生物组分包埋于其中，制成敏感膜的方法称作包埋法。采取的包埋方式通常包括凝胶包埋法和胶囊包埋法二种形式［29,30］。 。包埋法的优点是操作条件比较温和，膜的孔径和形状可随意控制，对生物组分活性的影响较小，缺点是需控制很多实验因素，而且生物组分在聚合物膜内的活性会受到影响。 共价键合法将生物组分通过共价键与电极表面结合而固定的方法称作共价键合法。该法是利用基体表面进行活化处理，然后与生物组分偶联，从而使生物组分结合到基 体表面。活化的方法有：烷基化法［31］、高碘酸氧化法［32］、迭氮法［33］等。该法的优点是通过形成特殊键将生物组分进行固定，因此生物组分不易发生泄漏，并且改善了生物分子在表面的定向，但缺点是操作复杂，成本高，而且生物组分易失活。 化学交联法 化学交联法是在交联剂(具有两个或两个以上功能团的试剂) 的作用下，生物分子间发生共价结合，也可将生物组分直接与载体共价交联。最常用的交联剂是戊二醛［35］。该法的优点是生物组分的固定比较牢固，不易脱落，缺点是反应难以控制，扩 散阻力大，所需的生物样品量多。 电化学聚合法 电化学聚合法是通过将聚合物单体和生物组分同时混合于电解液内，通过恒电位
实验六十二固定化酶制备及酶活力测定 实验项目性质：综合性 所涉及的知识点：酶固定化、酶活测定 计划学时：6学时 一、实验目的 1.掌握包埋法固定化酶的操作技术。 2.掌握测定碱性蛋白酶活力的原理和酶活力的计算方法。 3.学习测定酶促反应速度的方法和基本操作。 二、实验原理 酶活力是指酶催化某些化学反应的能力。酶活力的大小可以用在一定条件下它所催化的某一化学反应的速度来表示。测定酶活力实际就是测定被酶所催化的化学反应的速度。 酶促反应的速度可以用单位时间内反应底物的减少量或产物的增加量来表示，为了灵敏起见，通常是测定单位时间内产物的生成量。由于酶促反应速度可随时间的推移而逐渐降低其增加值，所以，为了正确测得酶活力，就必须测定酶促反应的初速度。 碱性蛋白酶在碱性条件下，可以催化酪蛋白水解生成酪氨酸。酪氨酸为含有酚羟基的氨基酸，可与福林试剂（磷钨酸与磷钼酸的混合物）发生福林酚反应。（福林酚反应：福林试剂在碱性条件下极其不稳定，容易定量地被酚类化合物还原，生成钨蓝和钼蓝的混合物，而呈现出不同深浅的蓝色。）利用比色法即可测定酪氨酸的生成量，用碱性蛋白酶在单位时间内水解酪蛋白产生的酪氨酸的量来表示酶活力。 所谓固定化酶，就是用物理或化学方法处理水溶性的酶使之变成不溶于水或固定于固相载体的但仍具有酶活性的酶衍生物。在催化反应中,它以固相状态作用于底物，反应完成后,容易与水溶性反应物分离，可反复使用。固定化酶不但仍具有酶的高度专一性和高催化效率的特点，且比水溶性酶稳定，可较长期使用，具有较高的经济效益。将酶制成固定化酶，作为生物体内的酶的模拟，可有助于了解微环境对酶功能的影响。 酶的固定化方法大致可分为载体结合法、交联法和包埋法（图1-1-1）等。 载体结合法：将酶结合到非水溶性的载体上。一般来讲,载体的亲水性基团越多，表面积越大，单位载体结合的酶量也越大。最常用的是共价结合法，此外还有离子结合法、物理吸附法。 交联法：利用双官能团或多官能团试剂与酶之间发生分子交联来把酶固定化的方法。常用的试剂有戊二醛、亚乙基二异氰酸酯、双重氮联苯胺和乙烯- 马来酸酐共聚物等。参与此反应的酶蛋白中的官能团有N末端的α-氨基、赖氨酸的ε-氨基、酪氨酸的酚基和半胱氨酸的巯基等。交联法反应比较激烈，固定化酶的活力，在多数情况下都较脆弱。 包埋法：将酶包裹于凝胶网格或聚合物的半透膜微中,使酶固定化。所用的凝胶有琼脂、海藻酸盐以及聚丙烯酰胺凝胶等；用于制备微囊的材料有聚酰胺、聚脲、聚酯等。将酶包埋在聚合物内是一种反应条件温和，很少改变酶蛋白结构的固定化方法，此法对大多数酶、粗酶制剂、甚至完整的微生物细胞都适用。但此法较适合于小分子底物和产物的反应，因为在凝胶网格和微囊中存在有分子扩散效应。加大凝胶网格，有利于分子扩散，但使凝胶的机械强度降低。
选修一：考点4：制备和应用酶的固定化技术 【学习目标】 1．说出固定化酶概念和方法(A) 2．制备固定化酵母细胞(B) 【知识梳理】 （一）课题背景 酶：优点：催化效率高，低耗能、低污染，大规模地应用于食品、化工等各个领域。 实际问题：对环境条件敏感，易失活；溶液中的酶很难回收，不能再次利用，提高了生产成本；反应后的酶会混合在产物中，如不除去，会影响产品质量。 设想：能否有一种方法使酶发挥它的优点，而没有这些缺点？ 固定化酶：优点：容易与水溶性反应物和生成物分离，可被反复使用 实际问题：一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物的形成都 是通过一系列的酶促反应才能得到的 设想：细胞中有多种酶，能否用固定化酶类似的技术来处理细胞？ 固定化细胞：优点：成本低，操作更容易 （二）、固定化酶的应用实例 高果糖浆是指果糖含量为42%的糖浆能将葡萄糖转化为果糖的酶是葡萄糖异构酶。使用固定化酶技术，将这种酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的筛板。酶颗粒无法通过筛板的小孔，而反应溶液却可以自由出入。生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与接触，转化成果糖，从反应柱的下端流出。反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本，提高了果糖的产量和质量。 （三）、固定化细胞技术 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。一般来说，酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定，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；个大的难以被化学结合或吸附，而个小的酶容易从包埋料中漏出。 包埋法固定化细胞即将微生物细胞均匀包埋在不溶于水的多孔性载体中。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。 〖思考1〗对固定酶的作用影响较小的固定方法是什么？吸附法 〖思考2〗将谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸的发酵过程变为连续的酶反应，应当固定（细胞）；若将蛋白质变成氨基酸，应当固定（酶）。 （四）、实验操作 (1)制备固定化酵母细胞 制备固定化酵母细胞需要的材料是干酵母、CaCl2和海藻酸钠溶液 1.酵母菌的活化 活化就是处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。 2.配制物质的量尝试为0.05mol/L的Cacl2溶液 3.配制海藻酸钠溶液 加热溶化海藻酸钠时要注意：微火加热并不断搅拌，防止海藻酸钠焦糊 4.海藻酸钠溶液与酵母菌细胞混合
天然植物有效成分的提取新技术——生物酶解技术 酶是生物体活细胞产生的，以蛋白质形式存在的一类特殊的生物催化剂。某些酶可以在常温、常压和温和的酸碱条件下，将植物细胞壁分解，较大幅度提高天然植物中有效成分的提取率，改善生产过程中的滤过速度和纯化效果，提高产品纯度和制剂的质量。 生物酶解技术包括酶法提取(又称酶反应提取)和酶法分离精制两方面。该技术是在传统的天然植物成分提取基础上进行的，应用常规提取设备即可完成，操作简便，成本低廉。 1原理 酶法提取是根据植物细胞壁的构成，利用酶反应所具有高度专一性的特点，选择相应的酶，将细胞壁的组成成分(纤维素、半纤维素和果胶质)水解或降解，破坏细胞壁结构，使细胞内的成分溶解、混悬或胶溶于溶剂中，从而达到提取目的，且有利于提高成分的提取率。许多天然植物中含有蛋白质，采用煎煮法时蛋白质遇热凝同，影响提取成分的煎出，如加入蛋白酶，就可以将天然植物中的蛋白质分解析出，如此可提高成分的提取率。 天然植物水提液除了含有提取成分外，还含有淀粉、蛋白质、果胶、树胶、树脂、黏液质等，这些成分的存在往往使提取液呈混悬状态，并影响提取液的滤过速度，为此要实施除杂，常用的方法有离心法、澄清剂法、醇沉法、大孔树脂吸附法、离子交换法、微孑L滤膜滤过法及超滤法。而酶法除杂是分离精制的新方法，此方法是根据天然物提取液中杂质的种类、性质，有针对性地采用相应的酶，将这些杂质分解或除去，以改善液体产品的澄清度，提高产品的稳定性。由于酶反应具有高度的专一性，决定了酶解方法除杂的高效性。 2酶的种类 2．1 用于天然植物细胞破壁的酶 2．1．1 纤维素酶 纤维素是由链状结构的β-D-葡萄糖以β- l，4-葡萄糖苷键结合而成的聚合物，纤维素分子束聚集成为较大的单位——微纤丝，构成了植物细胞壁的框架，在微纤丝之间的空隙中尚有其他物质(角质、木质素、二氧化硅)，形成植物细胞壁的基本结构。在干燥植物中纤维素约占总重的l／3～l／2。 纤维素酶具有分解、软化纤维素、破坏细胞壁、增加植物细胞内容物的溶出量的作用，它是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称，包括内切葡聚糖酶、纤维二糖水解酶、β-葡萄糖苷酶3个组分。最适pH值4～5，最佳作用温度40~60℃。 2．1．2半纤维素酶 半纤维素包括木聚糖、甘露聚糖、阿托伯聚糖、阿拉伯半乳聚糖和木葡聚糖等多种组分，约占植物干重的35％。含量仅次于纤维素。 半纤维素酶由β-甘露聚糖酶、β-木聚糖酶等内切型酶，β-葡萄糖苷酶、β-甘露糖苷酶、β-木糖苷酶等外切型酶以及阿拉伯糖苷酶、半乳糖苷酶、葡萄糖苷酸酶和乙酰木聚糖酶等组成。具有消化植物细胞壁的作用。 2．1．3果胶酶 果胶质属于黏液质类，是植物细胞的正常产物，多见于植物的地下部分及种子中。 果胶酶是分解果胶质的聚糖水解酶、果胶质酰基水解酶的一类复合酶的总称。固体的呈浅黄色，易溶于水；液体的呈棕褐色。最适作用温度45-50 ℃，作用pH值3～6。
第二节固定化酶的制备和应用 学习导航明目标、知重点难点 固定化酶和固定化细胞的应用。(重点) 固定化酶与固定化细胞的制备方法。(难点) [学生用书P43] 一、阅读教材P63分析固定化酶 1．概念：是指用物理学或化学的方法将酶与固相载体结合在一起形成的仍具有酶活性的酶复合物。 2．优点：在催化反应中，它以固相状态作用于底物，反应完成后容易与水溶性反应物和产物分离，可被反复使用，且保持了酶的催化性能，可实现酶促反应的连续化和自动化。 3．制备固定化酶的常用方法 目前，制备固定化酶的方法主要有物理吸附法、化学结合法、包埋法等。 二、阅读教材P64～65分析固定化细胞技术的应用 1．应用：固定化细胞可以取代游离的细胞进行发酵，生产各种物质。 2．优点 (1)固定化细胞技术无须进行酶的分离和纯化，减少了酶的活力损失，同时大大降低了生产成本。 (2)固定化细胞不仅可以作为单一的酶发挥作用，而且可以利用细胞中所含的复合酶系完成一系列的催化反应。 (3)对于活细胞来说，保持了酶的原始状态，酶的稳定性更高。 (4)细胞生长停滞时间短，反应快等。 3．缺点 (1)固定化细胞只能用于生产细胞外酶和其他能够分泌到细胞外的产物。 (2)由于载体的影响，营养物质和产物的扩散受到一定限制。 (3)在好氧性发酵中，溶解氧的传递和输送成为关键的限制因素。 4．酵母菌细胞的固定化技术的主要流程 准备各种实验药品和器材 ↓ 制备麦芽汁 ↓
活化酵母菌细胞 ↓ 配制物质的量浓度为0.05 mol/L的氯化钙溶液 ↓ 制备固定化细胞 ↓ 浸泡凝胶珠，用蒸馏水洗涤 ↓ 发酵麦芽汁 判一判 (1)酶在催化时会发生变化，不可反复利用。(×) (2)某种固定化酶的优势在于能催化一系列生化反应。(×) (3)固定化细胞所固定的酶都在细胞外起作用。(×) (4)制备固定化细胞的方法主要有包埋法、化学结合法和物理吸附法。(×) 连一连 固定化酶技术[学生用书P44] 由于酶的分离与提纯有许多技术性难题，造成酶制剂来源有限、成本高、不利于大规模使用。人们针对酶的这种不足寻着改善的方法之一是固定化酶技术的应用。结合教材P63内容完成以下探究。 (1)图A为物理吸附法，它的显著特点是工艺简便且条件温和，在生产实践中应用广泛。 (2)图B为化学结合法，它是利用多功能试剂进行酶与载体之间的交联，在酶和多功能试剂之间形成共价键，从而得到三维的交联网架结构。 (3)包埋法是将酶包埋在能固化的载体中。将酶包裹在聚丙烯酰胺凝胶等高分子凝胶中(如图C)，包埋成格子型；或包裹在硝酸纤维素等半透性高分子膜中(如图D)，包埋成微胶囊型。 各种固定化酶方法的比较
酶的固定化技术 摘要：固定化酶（Immobilized Enzyme）是20世纪60年代发展起来的一项新技术。它是通过物理的或化学的手段，将酶束缚于水不溶的载体，或将酶束缚在一定的空间内，限制酶分子的自由流动，但能使酶充分发挥催化作用。这么好的酶是如何生产的以及它的应用前景是怎样的，本篇文章就对这些问题进行一些论述。 关键字：固定化、束缚、生物技术、固定化细胞 Abstract:Immobilized Enzyme was a new technology of developing from sixty years of twenty century.It depends on physical or chemical means to bound enzymes on carriers which are not dissolved into water or in a certain space. It can limit the free flow of enzymes molecule, but the catalysis can be come into play fully. So, this passage will discuss how to produce such a good enzyme and what is the applied in future. Keywords:Immobilized, bounded, biotechnology, Immoilized cell 前言：固定化酶是指经过一定改造后被限制在一定的空间内，能模拟体内酶的作用方式，并可反复连续地进行有效催化反应的酶。固定化酶又称固相酶。在理论研究上，固定化酶可以作为探讨酶在体内作用的模型;在实际使用中,可使生产工艺自动化和连续化，提高酶的使用效率。
2019年精选生物《生物技术实践》[第三章酶的应用技术实践第二节制备和应用固定化酶]苏教版巩固辅导[含答案解析]第四十五篇 第1题【单选题】 下列关于加酶洗衣粉的说法中，正确的是( ) ①加酶洗衣粉的效果总比普通洗衣粉的效果好②加酶洗衣粉效果的好坏受很多因素影响③加酶洗衣粉中目前常用的酶制剂有蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶④加酶洗衣粉相对普通洗衣粉来讲有利于保护环境． A、②③④ B、①②③ C、①② D、①③④ 【答案】： 【解析】： 第2题【单选题】 在原材料有限的情况下，能正确表示相同时间内果胶酶的用量对果汁产量影响的曲线是
A、甲 B、乙 C、丙 D、丁 【答案】： 【解析】： 第3题【单选题】 A、温度影响果胶酶的活性 B、若温度从10℃升高到40℃，酶的活性都将逐渐增强 C、40℃与60℃时酶的活性相等 D、该酶的最适温度一定是50℃ 【答案】： 【解析】： 第4题【单选题】 目前，酶已经大规模地应用于各个领域，下列属于酶应用中面临的实际问题的是( ) A、酶对高温不敏感，但对强酸、强碱非常敏感 B、加酶洗衣粉因为额外添加了酶制剂，比普通洗衣粉更易污染环境 C、固定化酶可以反复利用，但在固定时可能会造成酶的损伤而影响活性 D、酶的催化功能很强，但需给以适当的营养物质才能较长时间维持其作用 【答案】：
【解析】： 第5题【单选题】 下列关于纤维素酶的说法，错误的是( ) A、纤维素酶是一种复合酶，至少包括三种 B、葡萄糖苷酶可把纤维素分解成葡萄糖 C、纤维素酶可用于去掉植物的细胞壁 D、纤维素酶可把纤维素分解成葡萄糖 【答案】： 【解析】： 第6题【单选题】 下列有关固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是( ) A、反应产物对固定化酶的活性没有影响 B、实验室常用吸附法制备固定化酵母细胞 C、若发酵底物是大分子，则固定化细胞优于固定化酶 D、固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显【答案】： 【解析】：
固定化微生物技术及其在污水处理中的应用 发表时间：2018-12-22T14:09:01.650Z 来源：《防护工程》2018年第23期作者：王诚诚 [导读] 近年来，我国的环境污染问题日益严重，而我国的经济发展、环境也造成了一定的破坏，人们关于环保意识逐渐增强。 摘要：近年来，我国的环境污染问题日益严重，而我国的经济发展、环境也造成了一定的破坏，人们关于环保意识逐渐增强。因此，固定化微生物技术的应用促进了环境保护工程发展。利用固化微生物技术处理污染环境中的废水、废气和废渣，对环境保护做出了突出贡献。 关键词：固定化微生物技术；污水处理；应用 前言：固定化微生物技术是利用微生物的活性特点，对污染物进行降解、分化，在污水处理、空气污染处理、土壤污染处理中有着显著的效果。但在实际应用中固定化微生物技术还存在一些不足之处，想要更广泛地被应用，还需要继续研究与发展。 1固化微生物技术应用现状 固化微生物技术是起始于20世纪60年代，在固化酶的基础上研发出来。我国对固化微生物技术的研发和应用，要比其他国家晚了十年左右。固化微生物技术也就是把细胞或是酶进行固化处理，因为酶在直接使用上有着一些不足之处，例如价格高、稳定性差、不能重复使用，而且比较难提取等，也就造成了酶在应用上的局限性。而固化微生物技术在环境工程中应用更多的是在污水处理上。通过把较为分散的微生物固定在一个载体上，充分发挥微生物的作用，可以进行印染污水处理、重金属污水处理、含氮生活污水处理等。同时对于大气污染物和土壤中的污染物也能很好的降解。 2固化微生物技术特点 由于固化微生物能够提高微生物的浓度，使活性物质的作用得到提升和优化。所以在环境工程中，固化微生物技术对废水处理有着很好的效果。固化微生物技术能够培养优良微生物群，让污染物与微生物有更明显的区别。微生物经过了固化处理，其抗毒能力得到改善，这样可以防止微生物被有毒物侵害。微生物的固化反应不需要特别大的空间，这样就能降低空间占用率。 3固定化微生物技术在废水处理中的应用 近年来，固定化微生物技术因其特有的优势，引起广泛的关注。固定化生物技术开始迅速发展，并已取得了阶段性的成果。此项技术在处理含重金属离子废水、含氮废水、含难降解有机废水的处理等方面都得到了很好的应用。 3.1固定化微生物技术在印染废水中的应用 印染、造纸废水的水量大，污染物质也比较复杂，是比较难处理的工业废水。采用固定化微生物工艺，对混凝沉淀后退浆工序的印染废水进行了现场中试处理研究。实验结果表明，在水力停留时间（HRT）为20h的条件下，对于进水化学需氧量（CODCr）为1.0耀1.2g/L 的退浆废水，经过两级水解酸化、两级好氧处理后，其出水CODCr约100mg/L，达到国家一级排放标准。其中，水解酸化阶段的HRT为10h，CODCr复合1.7kg/（d·m3），去除率为44%；好氧阶段HRT为10h，CODCr复合1.9kg/(d·m3)，去除率为83%。 3.2含重金属离子废水的处理 重金属污染对生物的影响越来越严重，由于固定化后的微生物，稳定性能好，抗毒性强，因此被广泛用于去除废水中的重金属离子。李杰[2]等人采用固定化微生物SBR反应器和普通活性污泥SBR反应器处理投加了Cr6+的生活污水，考察了固定化微生物去除COD及 Cr6+的能力及抗毒性。结果表明：在保证对COD的去除率较稳定的条件下，固定化微生物与普通活性污泥所能承受的Cr6+浓度分别为 70mg/L和1.9mg/L。利用聚丙烯酰胺与壳聚糖形成的互融聚合物网络凝胶固定非活性的铜绿假单胞菌，研究了这种固定化微生物颗粒对Cu2+的吸附特性。结果表明，该固定化微生物对Cu2+的吸附很迅速，在40min内吸附基本达到平衡。 3.3含氮废水的处理 微生物去除氮和氨，一般是通过好氧微生物的硝化反应过程。和厌氧微生物的反硝化反应过程。吕志刚[4]等人采用聚乙烯醇（PVA）为载体的包埋固定化微生物处理低浓度氨氮絮凝余水，在HRT为3h之内从地表水环境质量V类水标准以外达到了I类水标准，在较短的水力停留时间成功实现了氨氮的去除。以竹炭为载体，将硝化菌、反硝化菌等微生物固定在竹炭上，研究竹炭固定化微生物对氨氮的去除及影响因素。结果表明：竹炭固定化微生物处理氨氮水样存在竹炭吸附和微生物脱氮两种作用。对于初始氨氮质量浓度臆200mg·L-1的水样，调节水样pH为8，控制水样溶解氧质量浓度为1mg·L-1左右，竹炭固定化微生物系统中可发生同时硝化—反硝化作用，氨氮去除率可达70%以上。 3.4酚类及醇类废水的处理 采用聚乙烯醇（PVA）—硼酸法制作固定化活性污泥小球，从温度、浓度和pH3方面比较了固定化活性污泥和游离活性污泥对氯苯酚降解效果的影响。研究表明：固定化活性污泥降解对氯苯酚的最适宜温度为25益耀35益，最适pH为6耀8；固定化活性污泥对氯苯酚的降解速度大于游离活性污泥。以苯酚模拟废水为研究对象，采用苯酚驯化后的优势菌群，利用竹炭作为载体，用竹炭固定化微生物处理含酚废水。实验表明，在苯酚浓度为40mg/L低浓度废水，在投菌量为100mL/10g竹炭，竹炭量为10g/100mL污水的条件下经5h处理后，苯酚和COD的去除率分别为95%和70%。 4固定化微生物技术的未来发展趋势 固定化微生物技术目前在我国的环境工程的建设中发挥着重要作用，其应用范围广，利用效率高。但仍然存在一些需要改进的问题，如加以完善，则对于我国环境工程的建设起到推波助澜的作用。 4.1固定化的微生物不是可以一直使用的，其都有一定退化的区间 微生物是固定化技术的主体。就目前来说，微生物的价格很贵，加之其有一定的使用寿命，这就导致更换微生物的频率增加，大大的增加了环境工程建设过程中的费用支出。因此，我们对固定化的微生物进行研发时，应该加大对比较稳定的微生物进行研发，降低环境工程建设的成本。 4.2因固定化细胞的稳定性能不高 我们应该加大对细胞稳定性能的分析和研究，提高固定化技术的性能和处理效率。提高固定化细胞的稳定性，有利于抑制污染物细菌
固定化酶的研究进展 固定化酶是20世纪60年代发展起来的一项新技术。最初主要是将水溶性酶与不溶性体结合起来，成为不溶于水的酶衍生物，所以曾叫过“水不溶酶”和“固相酶”。但是，后来发现，也可以将酶包埋在凝胶内或置于超滤装置中，高分子底物与酶在超滤膜一边，而反应产物可以透过膜逸出。在这种情况下，酶本身仍是可溶的，只不过被固定在一个有限的空间内不能再自由流动。因此，用水不溶酶或固相酶的名称就不再恰当。在1971年第一届国际酶工程会议上，正式建议采用“固定化酶”的名称[1]。 一固定化酶的发展历程[1] 酶参与体内各种代谢反应，而且反应后其数量和性质不发生变换。作为一种生物催化剂，酶可以在常温常压等温和条件下高效地催化反应，一些难以进行的化学反应在酶的催化作用下也可顺利地进行反应，而且反应底物专一性强、副反应少等优点大大促进了人们对酶的应用和酶技术的研究。近年来，酶被人们广泛应用于食品生产与检测、生物传感器、医药工程、环保技术、生物技术等领域。 1916年美国科学家NELSON和GRIFFIN最先发现了酶的固定化现象；直到20世纪50年代，酶固定化技术的研究才真正有效地开展；1953年，德国科学家GRUB-HOFER 和SCHLEITH首先将聚氨基苯乙烯树脂重氮化，然后将淀粉酶、胃蛋白酶、羧肽酶和核糖核酸酶等与上述载体结合制备固定化酶；到20世纪60年代，固定化技术迅速发展；1969年日本千畑一郎利用固定化氨基酰胺酶从DL-氨基酸生产L-氨基酸，是世界上固定化酶大规模应用的首例；在1971年的第一届国际酶工程会议上，正式建议使用固定化酶(mimobilizedenzyme)这个名称。我国的固定化酶研究开始于1970年，首先是中国科学院微生物所和上海生化所的酶学工作者同时开始了固定化酶的研究工作 二固定化酶的特点[2] [3] 固定化酶具有许多优点：极易将固定化酶与底物、产物分开；可以在较长时间内进行分批反应和装柱连续反应；在大多数情况下，可以提高酶的稳定性；酶反应过程能够加以严格控制；产物溶液中没有酶的残留，简化了提取工艺；较水溶性酶更适合于多酶反应；可以增加产物的收率,提高产物的质量；酶的使用效率提高，成本降低。但是，固定化酶也有其不足之处，如固定化时，酶活力有损失；增加了固定化的成本，工厂开始投资大；只能用于水溶性底物，而且较适用于小分子。 三固定化酶固定化方法[3] [4] 由于所固定的酶或细胞的不同，或者固定的目的及固定用的载体的不同，使固定化方法大相径庭。根据固定的一般机理，可将之分为如下几种方法。酶的固定化方法有：
第二节固定化酶的制备和应用 1．掌握制备固定化酶的常用方法。(重点) 2．掌握酵母菌细胞的固定化技术。(重难点) 1．固定化酶 固定化酶是指用物理学或化学的方法将酶与固相载体结合在一起形成的仍具有酶活性的酶复合物。 2．制备固定化酶的方法 (1)物理吸附法的显著特点是工艺简便且条件温和，在生产实践中应用广泛。 (2)化学结合法是利用多功能试剂进行酶与载体之间的交联，在酶和多功能试剂之间形成共价键，从而得到三维的交联网架结构。 (3)包埋法是将酶包埋在能固化的载体中。 3．固定化酶的优点：在催化反应中，它以固相状态作用于底物，反应完成后容易与水溶性反应物和产物分离，可被反复使用。 [合作探讨] 探讨1：对固定化酶的作用影响最小的固定方法是哪一种？ 提示：物理吸附法。 探讨2：为什么固定化酶不适合采用包埋法？ 提示：由于酶分子较小，容易在包埋材料中漏出，所以不适合采用包埋法固定化。 探讨3：如果反应物是大分子物质，应该采用哪种方法？ 提示：因为大分子物质不容易进入细胞内，应采用固定化酶技术。 [思维升华] 1．制备固定化酶的常用方法可用下图所示： 2．常用的制备固定化酶的方法
1．最广泛的细胞固定化方法 凝胶包埋法是应用最广泛的细胞固定化方法，适用于各种微生物、动物和植物细胞的固定化。所使用的载体主要有琼脂、海藻酸钠凝胶、角叉菜胶、明胶等。 2．优点 (1)无须进行酶的分离和纯化，减少了酶的活力损失，降低了生产成本。 (2)不仅可以作为单一的酶发挥作用，且可以利用细胞中所含的复合酶完成一系列的催化反应。 (3)对于活细胞来说，保持了酶的原始状态，酶的稳定性更高。 3．缺点 (1)固定化细胞只能用于生产细胞外酶和其他能够分泌到细胞外的产物。 (2)由于载体的影响，使营养物质和产物的扩散受到一定的限制。 (3)在好氧性发酵中，溶解氧的传递和输送成为关键性的限制因素。 [合作探讨] 探讨1：固定化细胞为什么只能用于生产胞外酶和其他能分泌到细胞外的产物？ 提示：因为固定化细胞固定的是活细胞，细胞膜具有选择透过性，细胞内有用的物质(如胞内酶)是不能自由进出细胞的。 探讨2：能否在刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入活化的酵母菌细胞？ 提示：不能，因为刚溶化好的海藻酸钠溶液温度较高，会将酵母菌细胞杀死。 探讨3：如果制作的凝胶珠颜色过浅，呈白色，则说明了什么？如果凝胶珠不是圆形或椭圆形，又说明了什么？ 提示：如果凝胶珠的颜色过浅，则说明了海藻酸钠溶液的浓度偏低，固定的酵母菌细胞数目较少；如果凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明了海藻酸钠的浓度过高，制作失败。 [思维升华] 1．制备固定化酵母菌细胞的操作流程 准备各种实验药品和器具
饲料霉菌毒素生物酶解毒技术饲料中含有丰富的营养物质，极易受到霉菌污染而发生霉变，不仅影响适口性，降低动物采食量和饲料营养价值，而且霉菌分泌的毒素会造成动物拒食、呕吐、腹泻、生长停滞、生产力下降甚至中毒死亡。另外，霉菌毒素还能通过乳汁、鸡蛋及其他产品转移到人体，对人类健康造成危害。因此，如何抑制饲料中霉菌的生长繁殖，减少饲料中霉菌毒素的含量成为饲料行业的研究热点。1霉菌毒素的危害 霉菌毒素是霉菌在生长过程中产生的由多种次级代谢产物组成的有毒物质，目前已知的霉菌毒素有300 多种，其中最常见且对人和动物危害比较严重的主要有黄曲霉毒素、赭曲霉毒素、玉米赤霉烯酮、烟曲霉毒素、单端孢霉烯( 族) 化合物( 包括呕吐毒素、雪腐镰菌烯醇及 T －2 毒素等) 以及伏马毒素等。其危害主要是引起动物采食量下降、饲料转化率降低、体质下降、发病率升高以及繁殖机能下降等。霉菌毒素具有广泛的致癌性( 主要是肝脏和肾脏的癌变) 、致突变、致畸性、生殖抑制以及免疫抑制等代谢干扰作用，在饲料到动物畜产品再到人的传递过程中不断浓缩，对畜牧生产、食品安全和人类的健康造成严重的危害和巨大的经济损失［1］。 预防霉菌毒素的产生是防治霉菌毒素污染的最根本措施，谷物在田间生长及籽实收获的储藏和加工等各个阶段均可能感染霉菌，且谷物和饲料均是大宗产品，很难实现全过程温度和湿度等环境条件的严格控制，所以霉菌及其毒素对谷物和饲料的污染几乎是不可避免的。据报道，全球超过 25% 的谷物不同程度
地受到霉菌毒素污染］。近年的调查结果显示，我国饲料和原料霉菌毒素超标的比例高达 60% ～70% 以上。 2常见霉菌毒素的脱毒方法 降低饲料中霉菌毒素危害的方法主要有物理法( 清洗、热处理和吸附剂法等) 、化学法( 氢氧化钙、臭氧和氨破坏等) 和生物法( 生物酶解和微生物发酵法等) 。吸附法是物理法中应用最广泛，较为成熟的一种霉菌毒素去除方法，即通过在饲料中添加可以吸附霉菌毒素的物质，并与之紧密结合，使霉菌毒素在经过动物肠道时不被动物所吸收，直接排出动物体外，从而避免了霉菌毒素对动物的危害。 目前使用较多的霉菌毒素吸附剂主要有矿物吸附剂和酵母细胞壁提取物。化学脱毒法对霉菌毒素具有一定的脱毒作用，但所用的化学物质具有一定的腐蚀性，另外，这些化学物质会破坏饲料中的营养成分而降低饲料的营养价值和适口性，因此无法在饲料生产中采用。霉菌毒素生物降解法是指微生物、植物及其代谢产生的酶与毒素作用，使其结构中毒性基因被破坏而生成无毒降解产物的过程。生物酶解毒方法因为具有对粮食无污染，有高度的专一性，不影响食品的营养价值，而且能够避免毒素的重新产生等优点，近年来已成为霉菌毒素脱毒、解毒的研究热点。 3生物酶的研究进展 计成等报道，橙色黄杆菌、分支杆菌、红串红球菌、芽孢杆菌和小诺卡氏菌, 能降解 AFB1,进一步研究确定其解毒作用为酶解作用。
生化分离方法：离心、层析、电泳和膜分离等 生化分析方法：重量法、化学法、分光光度法、酶法、色谱法 生化制备方法：生物大分子制备的前处理、分离纯化、浓缩与干燥、超临界流体提取法、萃取与相分离、结晶、样品的保存 生化分离方法，常用的方法有：离心技术、层析技术、电泳技术和膜分离技术等。 1 离心技术 1.1 基本原理 离心技术（centrifugal technique）是根据颗粒在作匀速圆周运动时受到一个外向的离心力的行为而发展起来的一种分离技术。 应用：各种生物样品的分离和制备。如分离收集细胞、细胞器及生物大分子物质；提纯、鉴定生物大分子；分离化学反应的沉淀物。 生物样品悬浮液在离心力作用下使悬浮的微小颗粒以一定速度沉降，从而与溶液分离，其沉降速度与颗粒的质量、大小和密度相关。 相对离心力 离心力因离心半径不同而不同，因此用“相对离心力” （relative centrifugal force，RCF）表示离心力，若RCF值不变，一个样品可在不同的离心机上获得相同的结果。RCF(×g)=1.119×10-5×r×rpm2。 1.2 离心分类 根据离心原理，按照实际工作的需要，设计了许多离心方法，大致可分三类：差速离心法(differential velocity centrifugation)速率区带离心法（rate zonal centrifugation）等密度离心法（isopycnic centrifugation） 1.2.1 差速离心法 利用不同的粒子在离心力场中沉降的差别，在同一离心条件下，沉降速度不同，通过不断增加相对离心力，使一个非均匀混合液内的大小、形状不同的粒子分部沉淀。 操作过程中一般是在离心后用倾倒的办法把上清液与沉淀分开，然后将上清液加高转速离心，分离出第二部分沉淀，如此往复加高转速，逐级分离出所需要的物质。 差速离心的分辨率不高，沉淀系数在同一个数量级内的各种粒子不容易分开，常用于其他分离手段之前的粗制品提取。 关键是选择适合于各分离物的离心力。例如差速离心分离细胞组分 1.2.2 速率区带离心法 速率区带离心法是在离心前于离心管内先预装密度梯度介质（如蔗糖、甘油、CsCl等），将待分离的样品铺一薄层在梯度液的顶部进行离心。 离心后在近旋转轴处（r1）的介质密度最小，离旋转轴最远处（r2）介质的密度最大； 但最大介质密度必须小于样品中粒子的最小密度，即ρP＞ρm。 根据分离的粒子在梯度液中沉降速度的不同，使具有不同沉降速度的粒子处于不同的密度梯度层内分成一系列区带，达到彼此分离的目的。 梯度液在离心过程中以及离心完毕后，取样时起着支持介质和稳定剂的作用，避免因机械振动而引起已分层的粒子再混合。 由于ρP＞ρm可知S＞0，因此该离心法的离心时间要严格控制。 如果离心时间过长，所有的样品可全部到达离心管底部；离心时间不足，样品还没有有足够的时间使在介质中分离形成区带。 由于此法是一种不完全的沉降，沉降受物质本身大小的影响较大，一般是应用在物质大小相异而密度相同的情况。 常用的梯度液有聚蔗糖（Ficoll）、硅溶胶（例如，Percoll）及蔗糖。 离心时，由于离心力的作用，颗粒离开原样品层，按不同沉降速率向管底沉降。离心一定时间后，沉降的颗粒逐渐分开，形成一系列界面清楚的不连续区带。 沉降系数越大，沉降越快。离心必须在沉降最快的颗粒（大颗粒）到达管底前或刚到达管底时