课题3 酵母细胞的固定化

课题3酵母细胞的固定化课题背景如今，酶已经大规模地应用于食品、化工、轻纺、医药等各个领域。

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，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。

于是，有人设想，将酶固定在不溶于水的载体上，使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。

现代的固定化酶技术已完全实现了这一设想。

高果糖浆的生产就是固定化酶技术成功地应用于工业生产的实例。

酶是由细胞合成的，于是，又有人设想，能否将合成酶的细胞直接固定？自20世纪70年代，在固定化酶技术的基础上，又发展出了细胞固定化技术。

与固定化酶技术相比，固定化细胞制备的成本更低，操作更容易。

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。

（一）固定化酶的应用实例我们以高果糖浆的生产为例来了解固定化酶技术在生产实践中的应用。

高果糖浆的生产需要使用葡萄糖异构酶，它能将葡萄糖转化成果糖。

这种酶的稳定性好，可以持续发挥作用。

但是，酶溶解于葡萄糖溶液后，就无法从糖浆中回收，造成很大的浪费。

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（图4-5），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上的小孔，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，与固定化葡萄糖异构酶接触，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。

目前，用固定化葡萄糖异构酶生产高果糖浆的规模已经超过了每年1000万吨。

高果糖浆是指果糖含量为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，对人类的健康更有益。

（二）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（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（图4-6）。

课题3 酵母细胞的固定化学习目标：1.说出固定化酶的作用和原理。

(重点) 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。

(难点)1．固定化酶的应用实例——生产高果糖浆 (1)反应原理：葡萄糖――――――――→葡萄糖异构酶果糖。

(2)生产原理：将葡萄糖异构酶固定在颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装入反应柱中，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上的小孔，而反应溶液可以自由出入。

(3)生产操作：①将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入。

②使葡萄糖溶液流过反应柱，与固定化葡萄糖异构酶接触。

③转化成的果糖，从反应柱的下端流出。

(4)固定化酶的优点：酶既能与反应物接触，又能与产物分离，还可以被反复利用。

2．固定化酶和固定化细胞技术(1)概念：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。

(2)常用方法[连线]：①－c－Ⅰ②－b－Ⅰ③－a－Ⅱ(3)载体：包埋法固定化细胞常用的是不溶于水的多孔性载体，如明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。

3．固定化酵母细胞的实验操作配制CaCl2溶液海藻酸钠溶液与酵母细胞混合↓固定化酵母细胞(1)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。

(2)配制海藻酸钠溶液时，要使用小火或者间断加热，反复几次，直到海藻酸钠溶化为止。

(3)溶化好的海藻酸钠溶液要先冷却至室温，再加入已活化的酵母细胞。

(4)在CaCl2溶液中形成的凝胶珠需在CaCl2溶液中浸泡30 min左右。

1．判断对错(1)从酶的固定方式看，吸附法比化学结合法对酶活性影响小。

()(2)作为消化酶使用时，蛋白酶制剂以口服方式给药。

()(3)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。

()(4)将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去CaCl2和杂菌。

()提示：(1)√(2)√(3)×尿糖试纸是一种酶试纸，是将葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶和某种无色化合物固定在纸条上，制成测试尿糖含量的酶试纸，这种酶试纸与尿液相遇时，很快会因为尿液中葡萄糖含量的多少而呈现一定的颜色，再次使用时颜色会有掩盖作用，所以不能反复利用。

酵母细胞的固定化(公开课)酵母细胞的固定化(公开课)介绍酵母是一种常见的微生物，被广泛应用于食品工业、酿酒工业和生物技术等领域。

酵母细胞的固定化是指将酵母细胞固定在一定的载体上，以便于对其进行分离和重复利用。

固定化技术可以有效提高酵母细胞的稳定性和生产效率，具有重要的实际应用价值。

1. 酵母细胞固定化的原理酵母细胞固定化的原理是利用一定的载体材料将细胞固定在固定床内，形成“细胞载体复合物”。

载体材料通常选择具有良好的稳定性和生物相容性的材料，如多孔陶瓷、海藻酸钙和高分子材料等。

载体表面的孔隙结构提供了良好的生长环境和微观结构，有利于细胞的附着和生长。

2. 酵母细胞固定化的优势相比于游离状态下的酵母细胞，固定化酵母细胞具有以下优势：- 稳定性提高：固定化酵母细胞不易受到环境条件的影响，能够在不同的温度、pH值和抑制物浓度下保持较高的活性。

- 操作简便：固定化酵母细胞可以灵活地进行操作和控制，方便分离和回收，减少了生产过程中的工艺复杂性。

- 循环利用：固定化酵母细胞能够重复利用，提高了酵母细胞的利用率和产能，减少了资源的浪费。

3. 酵母细胞固定化的应用酵母细胞固定化技术在食品工业、酿酒工业和生物技术等领域有着广泛的应用。

3.1 食品工业酵母细胞固定化在食品工业中常被用于发酵产品的生产，如面包、酸奶和啤酒等。

固定化酵母细胞能够提高发酵效率和产品品质，同时还能够减少生产过程中的能耗和废水排放。

3.2 酿酒工业在酿酒工业中，固定化酵母细胞能够提高酿酒过程中的稳定性和酒品质量。

固定化酵母细胞还可以在高温和高浓度的条件下继续进行发酵，从而减少了生产时间和成本。

3.3 生物技术在生物技术领域，固定化酵母细胞常被用于生产生物活性物质，如药物、酶和蛋白质等。

固定化酵母细胞能够提高生产效率和纯度，并且易于回收和再利用，有利于大规模生产。

4. 酵母细胞固定化的方法酵母细胞固定化的方法多种多样，常见的方法包括胶包固定化、吸附固定化、凝胶固定化和共价固定化等。

课题3酵母细胞的固定化1．酶能加快化学反应速率，但溶液中的酶难以回收，不能利用。

要想既降低生产成本，又不影响产品质量，该如何解决这一问题？2．固定化酶和固定化细胞一般采用什么方法？为什么？3．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？4．固定化细胞固定的是一种酶还是一系列酶？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？5．如果反应物是大分子物质，又应该采用哪种方法？为什么？[特别提醒](1)固定化细胞使用的都是活细胞，在反应时需要适宜的生存条件。

(2)由于被固定的细胞保证了完整性，酶的环境改变较小，所以对酶活性影响不大。

6、制备固化酵母细胞的步骤有哪些？7．在配制海藻酸钠溶液时，用小火加热并不断搅拌的目的是什么？8．为什么海藻酸钠溶液要冷却后才能加入酵母细胞？9．将凝胶珠在CaCl 2溶液中浸泡30 min 的作用是什么？[例1] 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 ．在固定化酶的应用中，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底物[例2] ．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，使酶依附着载体围绕反应物旋转的技术1．固定化酶常采用化学结合法和物理吸附法，而固定化细胞则常采用包埋法。

2．制备固定化酵母细胞的基本步骤是：酵母细胞的活化―→配制CaCl 2溶液―→配制海藻酸钠溶液―→海藻酸钠与酵母细胞混合―→固定化酵母细胞。

3．配制海藻酸钠溶液浓度过高，则难以形成凝胶珠；若浓度过低，则固定的酵母细胞少，影响实验效果。

4．配制海藻酸钠溶液应小火加热或间断加热。

5．固定化酶和固定化细胞技术既实现了对酶的重复利用，降低了成本，又提高了产品质量。