酵母细胞的固定化

教学准备

1. 教学目标

（一）知识与技能

1、识记固定化技术的常用方法

2、理解固定化酵母细胞的制备过程

3、知道固定化酶的实例

（二）过程与方法

1、固定化细胞技术

2、制备固定化酵母细胞的过程

（三）情感、态度与价值观

通过固定化技术的发展过程，培养科学探究精神，同时领会研究的科学方法。

2. 教学重点/难点

1、课题重点：制备固定化酵母细胞

2、课题难点：制备固定化酵母细胞

3. 教学用具

教学课件

4. 标签

教学过程

（一）引入新课

在应用酶的过程中，人们发现了一些实际问题：酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很难回收，提高了生产成本，也可能影响产品质量。在本课题中，我们将动手制备固定化酵母细胞，体会固定化酶的作用。如果你是工程技术人员，你如何解决这个问题？

（二）进行新课

1、基础知识

1.1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）。固定化酶是指限制或固定于特定空间位置的酶，具体来说，是指经物理或化学方法处理，使酶变成不易随水流失即运动受到限制，而又能发挥催化作用的酶制剂。

1.2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。

2、固定化酶的应用实例――生产高果糖浆

（1）高果糖浆的生产原理

（2）葡萄糖异构酶固定：将葡萄糖异构酶固定在颗粒状载体上，装入反应柱中。

（3）高果糖浆的生产操作（识图4－5反应柱）：

从反应柱上端注入葡萄糖溶液，从下端流出果糖溶液，一个反应柱可连续使用半年。

（4）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。

（5）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。

3、固定化技术的方法（识图4－6固定方法）：

课题4 酵母细胞的固定化

1、酵母细胞的活化是指（ ）

A．让酵母细胞恢复运动状态

B．让酵母细胞在缺水状态下更容易休眠

C．让酵母细胞内酶活性增强

D．让处于休眠状态的酵母细胞重新恢复正常的生活状态

2、高果糖浆的生产需要使用葡萄糖异构它能将葡萄糖转化成果糖，而

不能转化成其他物质。这是根据酶的特性中的（ ）

A．特异性 B．专一性 C．高效性 D．多样性

3、下列不是用于包埋法固定化细胞的载体是 ( )

A．琼脂糖 B．醋酸纤维素 C．聚丙烯酰胺 D．聚乙烯树

脂

4、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

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、制备固定化酵母细胞过程中，如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白

色，这说明（ ）

A．海藻酸钠的浓度偏低，固定的酵母细胞数目较少

B．海藻酸钠的浓度偏高，固定的酵母细胞数目较多

Ｃ．海藻酸钠的浓度偏低，固定的酵母细胞数目较多

D．海藻酸钠的浓度偏高，固定的酵母细胞数目较少

7、下列关于固定化细胞的叙述，正确的是（ ）

A．催化效率高，低耗能、低污染

B．对环境的条件非常敏感，容易失活

C．既能与反应物充分接触，又能与产物分离

D．成本低、操作简单，但反应效率可能很低

8、下列有关固定化酵母细胞制备步骤正确的是（ ）（多选）

A．应使干酵母与自来水混合并搅拌，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．将与酵母细胞混匀的海藻酸钠溶液注入CaCl2溶液中，会观察到

CaCl2溶液中有球形或椭球形的凝胶珠形成

9、研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的，如将大肠杆

实验一 酵母细胞的固定化

一、实验原理与目的

原理：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者细胞固定在一定空间的技术，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）和物理吸附法固定化，细胞多采用包埋法固定化。

常用的包埋载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维和聚丙烯酰胺等。本实验选用海藻酸钠作为载体包埋酵母菌细胞。

目的:了解细胞固定化的原理；掌握酵母细胞固定化实验操作.

二、仪器与用具

仪器:50ml烧杯、200ml烧杯、玻璃棒、量筒、酒精灯、石棉网、针筒、三角瓶、水浴锅、恒温箱.

化学材料：活化酵母菌(酵母悬液)、蒸馏水、无水CaCl2、海藻酸钠、葡萄糖。

三、试剂配制

1、0.05mol/L的CaCl2溶液150ml；

2、海藻酸钠溶液：每0.7g海藻酸钠加入10ml水加热溶液成糊状；

3、10％葡萄糖溶液150ml。

四、实验方法与步骤

1、干酵母活化：1g干酵母+10ml蒸馏水→50ml烧杯→搅拌均匀→放置1h，使之活化。

2、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，加入已经活化的酵母细胞,用玻璃棒充分搅拌混合均匀。

3、固定化酵母细胞：用20ml注射器吸取海藻酸钠与酵母细胞混合液，在恒定的高度（建议距液面12~15cm处，过低凝胶珠形状不规则，过高液体容易飞溅），缓慢将混合液滴加到CaCl2中，观察液滴在CaCl2溶液中形成凝胶珠的情形。将凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30min左右。

4、固定化酵母细胞发酵：用5ml移液器吸取蒸馏水冲洗固定好的凝胶珠2～3次，然后加入装有150ml10％葡萄糖溶液的三角瓶中，置于25℃发酵24h,观察结果。

实验开始时，凝胶球是沉在烧杯底部,24h后，凝胶球浮在溶液悬浮在上层,而且可以观察到凝胶球并不断产生气泡，说明固定化的酵母细胞正在利用溶液中的葡萄糖产生酒精和二氧化碳,结果凝胶球内包含的二氧化碳气泡使凝胶球悬浮于溶液上层.

生物・实验天地　

例析酵母细胞的固定化技术　

口胡有红　

酵母细胞的固定化技术在高考中不仅要　

求学生熟练掌握实验具体操作过程，分析实验　

注意事项，还要考查实验的迁移，如探究固定　化酵母细胞的强度与海藻酸钠和ＣａＣ１Ｓ￣度的　

变化关系、固定化酶的酶活力和海藻酸钠的浓　度、使用次数等的关系。下面将详细分析酵母　

细胞的固定化技术的重难点及相关拓展。　

一、固定化细胞技术　

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，包括包埋法、化学结合法和物理吸附　法。因为酶分子很小容易从包埋材料中漏出，　

因此常采用化学结合法和物理吸附法固定　

化，而细胞个大，难以被吸附或结合，多采用　

包埋法固定化。　

例１试分析下图，与用海藻酸钠　

作栽体制备的固定化酵母细胞相似的是　

（　）　

黧　

Ａ．　Ｂ．　Ｃ　

解析本题考查固定化细胞的方　

法，Ａ选项是物理吸附法，Ｂ选项是化学结合　

法，以上两种方法常用于酶的固定化。Ｃ和Ｄ　选项是包埋法，ｃ是将酶包埋在微网格里，Ｄ　

是包埋在凝胶中，所以Ｄ与用海藻酸钠作载　体制备的固定化酵母细胞相似。　

答案Ｄ　二、制备固定化酵母细胞的步骤　

及注意事项　１．酵母细胞的活化，即让处于休眠状态　

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。　

２．配置物质的量浓度为０．０５　ｍｏｌ／Ｌ的　

ＣａＣ１２￣液。　ＣａＣ１２￣液作用：海藻酸钠溶液遇到钙离　

子，会形成凝胶，从而将酵母细胞包埋在凝胶　中，达到固定化效果。　

３．配制海藻酸钠溶液。　（１）海藻酸钠在水中溶解的速度较慢，　

需要加热促进其溶解。溶解海藻酸钠最好用　

小火间断加热或水浴加热。如果加热过快，　海藻酸钠会发生焦糊。（２）海藻酸钠的浓度　

涉及到固定化细胞的质量，因为海藻酸钠的　浓度可以改变凝胶珠的孔径：如果浓度过　

高，形成的凝胶珠不成圆形或椭圆形；如果