酵母细胞的固定化

【学习目标】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。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。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。

【学习重点、难点】制备固定化酵母细胞

【学习过程】

一、固定化酶：

1、背景：直接使用酶时，优点有：催化效率高，低耗能、低污染等。不足有：酶对环境条件敏感，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：将酶固定在不溶于水的载体上。

优点：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反复利用。

2、概念：指用                        将酶与              结合在一起形成的仍具有酶活性的酶复合物。

3、固定化酶的方法:           、          、                 等。

A.吸附法：即利用              、             等方法，把酶固定在            、琼脂糖等多糖类或              、                 等载体上。

B．交联法：是利用                 进行               之间发生交联，在酶       

之间形成共价键，从而得到三维的交联网架结构。

C．包埋法：将     包埋在能固化的载体中，如将酶包裹在                      中形成格子型或包裹在                               中形成微胶囊型。

4、固定化酶的应用实例

高果糖浆是指果糖含量为42%左右的糖浆，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。

5、固定化酶的应用：

①在工业上用于                 的生产，还可用于           的处理。

②在化验诊断方面，用                                 制成的酶试纸对尿糖化验分析。

二、固定化细胞：

1、背景：使用固定化酶的优点：使酶既能与反应物         ，又能与产物       ，同时，固定在载体上的酶还可以                。不足是：一种酶只能催化           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：将合成酶的细胞直接固定。

优点：成本更低，操作更容易。

2、细胞固定化指：通过各种方法将     与一定的载体结合，使细胞保持原有的生物活性。

3、细胞固定化的方法：有多种，主要是：            和              两大类。

吸附法：主要适用于        细胞，因为动物细胞大多具有     特性，能够很好地附着在        、微载体和中空纤维等载体上。而制备固定化植物细胞是将植物细胞吸附在泡沫塑料的        或        之中，也可将植物细胞吸附在中空纤维的外壁上。

凝胶包埋法：是应用最广泛的               方法，适用于各种        、     、    

的固定化。凝胶包埋法的载体主要有      、                  、角叉菜胶、明胶等，其中，海藻酸钠凝胶包埋法操作       ，条件       ，对细胞              。

一般来说，酶更适合采用           和           固定，而细胞多采用        固定化。这是因为细胞体积比酶分子的体积大；体积大的细胞难以被       或       ，而个小的酶容易从包埋材料中          。

【比较】酶和细胞的固定方法和特点

〖思考1〗对固定酶的作用影响较小的固定方法是什么？            。

〖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   ；

若将蛋白质变成氨基酸，应当固定             。

4、制备固定化酵母细胞

1．酵母细胞的活化(1g干酵母+10ml蒸馏水)

活化就是处于      状态的微生物重新恢复正常的生活状态。

2．配制物质的量的浓度为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           加热，        几次，并不断     ，直到海藻酸钠         为止。如果加热太快，海藻酸钠会发生        。

4．海藻酸钠溶液与酵母菌细胞混合

    将海藻酸钠溶液冷却至        ，加入已活化的海藻酸钠溶液，进行充分搅拌，使其混合       ，在转移至注射器中。

5．固定化酵母细胞

以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液     到         好的CaCl₂溶液中，并浸泡  min（时间）左右。

注意：

①     正常的凝胶珠为圆形

②     中央拖尾原因：溶液太稀（酵母细胞浓度太低）或注射时针头离CaCl₂溶液的距离太小

③     漂浮的凝胶珠：混合不好，溶液中含有气泡

④     检验凝胶珠是否合格：

a．  挤压不易破裂，无液体流出，表明合格

b．  用力摔打很易弹起，表面合格

c．  若颜色过浅，呈白色说明海藻酸钠浓度偏低，固定的酵母细胞数目较少。

d．  若形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明海藻酸钠浓度偏高。

【归纳小结】）在制备固定化酵母细胞的实验中，首先需要活化酵母，活化前应选择足够大容器，是因为酵母菌活化时                           ，该实验的关键步骤是：         

固定的是一种酶还是一类酶？______ 

 固定化酶和固定化细胞哪一种对酶活性的影响更小？_______ 

 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？________

如果反应物是大分子物质，又应该采用哪种方法？_________________

 固定化酶和固定化细胞的制备，哪个更容易？__________________

固定化酶常用材料：纤维素、琼脂糖、多孔玻璃和离子交换树脂等（记）

固定化细胞常用材料：琼脂、海藻酸钠、角叉菜聚糖、明胶、聚丙烯酰胺凝胶等

三、用固定化酵母细胞发酵

1．将固定好的酵母细胞（凝胶珠）用蒸馏水冲洗2-3次。

2．将300ml无菌麦芽汁溶液转移至锥形瓶中，加入固定好的酵母细胞，置于    ℃下发酵，

可以看到产生了很多     ，同时会闻到      。