酵母细胞的固定化(公开课)

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

酵母菌的分离鉴定、固定化及酒精发酵

酵母菌（yeast）是一类单细胞真菌。一般呈圆形、卵圆形、圆柱形，其菌落呈乳白色或红色，表 面湿润、粘稠，易被挑起。酵母菌多数为腐生，专性或兼性好氧，广泛生长在偏酸性的潮湿的含糖环境 中，例如水果、蔬菜、蜜饯的内部和表面以及在果园土壤中最为常见。酵母菌在有氧环境下将葡萄糖转 化为水和二氧化碳，主要用于馒头、面包等食品发酵；在工业上，酿酒酵母（ Saccharomyces cerevisiae）

将葡萄糖、果糖、甘露糖等单糖吸入细胞内，在无氧的条件下，经过体内酶的作用，把单糖分解为二氧 化碳和酒精。此作用即酒精发酵。

C6Hi2O6（葡萄糖）T 2 C2H5OH（酒精）+2 CO2 f 在酿酒酵母酒精发酵的生产和应用中，由于细胞破碎和酶纯化等操作往往导致酶活性和稳定性都受 影响，从而降低产酒精效率。而利用细胞固定化可以很好的解决这一问题。微生物细胞固定化方法主要 有三种：载体结合法，交联法和包埋法，其中固定包埋法是目前比较理想的方法。包埋法就是将微生物 细胞均匀地包埋在多孔的水不溶性的紧密结构中，细胞中的酶处于活化状态，因而活性高，活力耐久。

目前，利用聚乙烯醇（PVA）—海藻酸盐是包埋法中比较高效的一种，这种方法以 PVA-海藻酸钠作为混

合溶胶，将酵母细胞固定起来进行酒精发酵，不仅可以使细胞浓度增加，而且可以多次使用，减少了酵 母培养增殖所消耗的糖分；操作简单、过程迅速、颗粒不粘连、颗粒强度大大提高，且增加了颗粒的生 物活性和稳定性，因此可实现连续化生产，提高酒精生产效率。

【实验一】

一、酵母菌的分离与培养

一、 【实验目的】

学习用选择性培养基分离酵母菌。

二、 【实验原理】

大多数酵母菌为腐生，其生活最适 pH值为4.5〜6，常见于含糖分较高的环境中，例如果园土、菜

地土及果皮等植物表面。

酵母菌生长迅速，在液体培养基中比霉菌生长得快。利用酵母菌喜欢酸性环境的特点，用酸性液体 培养基获得酵母菌的培养液（这样做的好处是酸性培养条件则可抑制细菌的生长） ，然后在固体培养基

1、什么是定化酶、固定化细胞：是一种在空间运动上受到完全约束或局部约束的酶、细胞。

1) 固定化酶的应用：近代工业化利用始于1969年固定化氨基酰化酶的应用。

利用固定化技术，解决了酶应用过程中的很多问题，为酶的应用开辟了新的前景：如可使所使用的酶能反复使用，使产物分离提取容易，并在生产工艺上可以实现连续化和自动化。

细胞产生的酶分胞内酶和胞外酶：利用胞内酶制作固定化酶时，先要把细胞破碎，才能将里面的酶提取出来，这就增加了工序和成本，且提取的酶往往不够稳定。因此人们设想直接固定那些含有所需胞内酶的细胞，并且就用这样的细胞来催化化学反应。

所以，20世纪70年代后得到迅速发展 。其新的功能和新的应用正在迅速不断地扩展，是一项研究领域宽广、应用前景极为引人瞩目的新研究领域和新技术。

2) 20世纪70年代，在固定化酶的基础上科学家们研制成固定化细胞，并且用于生产。70年代末，法国研究成功固定化细胞生产啤酒，80年代初我国居乃琥等用固定化细胞批量生产啤酒和酒精取得重要研究成果。

2、固定化细胞的类型：按其生理状态又可分为固定化死细胞和活细胞两大类。

1) 最初固定化的细胞是死细胞或静止态细胞：经固定化后，虽然整个细胞活力消失，但是，需要利用的“目的酶”仍保持催化活力；只利用其酶活性

2) 近年来发展到固定化活细胞。细胞经固定化后，细胞仍保存活性，能进行正常的生长、繁殖和新陈代谢，所以称为固定化活细胞或固定化增殖细胞。

例如，琼脂包埋的酵母细胞数初时为106个/m3，在营养培养基里培养两天后，细胞数可达109～1010个/m3。