高中生物选修一学案43 酵母细胞的固定化文档格式.docx
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↓
放入底部有许多小孔的反应柱
(酶颗粒不能通过,反应液能通过)
葡萄糖溶液从反应柱的上端注入,并流过反应柱
与固定化葡萄糖异构酶接触,转化成果糖
果糖从反应柱的下端流出
3.固定化细胞技术
(1)固定化细胞技术的类型:
包埋法、化学结合法和物理吸附法。
(2)包埋法:
包埋法固定化细胞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、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。
二、酵母细胞的固定化技术
1.制备固定化酵母细胞的操作步骤:
酵母细胞的活化→配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液→配制海藻酸钠溶液→海藻酸钠溶液与酵母细胞混合→固定化酵母细胞。
2.在配制海藻酸钠溶液时,加热时要用小火,或者间断加热,反复几次,直到海藻酸钠完全溶化为止。
如果加热太快,海藻酸钠会发生焦糊。
3.固定化酵母细胞需要的材料是干酵母细胞、无水CaCl2、海藻酸钠。
4.用固定化酵母细胞发酵:
将固定好的凝胶珠用蒸馏水冲洗2~3次,加入用于发酵的葡萄糖溶液后,置于25℃下发酵24h,发现有气泡产生,同时有酒味散发。
判断正误:
(1)固定化酶适合采用包埋法,因为酶分子较小( )
(2)固定化细胞相当于固定了一系列酶( )
(3)生产高果糖浆时所固定的葡萄糖异构酶可以无休止重复使用下去( )
(4)配制海藻酸钠时,加热要间断加热或用小火加热( )
(5)用固定化细胞进行酒精发酵时,不受温度的影响( )
[答案]
(1)×
(2)√ (3)×
(4)√ (5)×
一、固定化酶及与直接使用酶和固定化细胞的比较
1.固定化酶的应用实例
(1)固定化酶的反应柱示意图:
将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。
(2)利用固定化酶技术生产高果糖浆的实例
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。
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。
2.直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较
项目
直接使用酶
固定化酶
固定化细胞
酶的种数
一种或几种
一种
一系列酶
常用载体
高岭土、皂土、硅胶、凝胶
明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺
制作方法
化学结合法固定化、物理吸附法固定化
包埋法固定化
是否需要营养物质
否
是
催化反应
单一或多种
单一
一系列
反应底物
各种物质(大分子、小分子)
小分子物质
缺点
对环境条件非常敏感,易失活;
难回收,成本高,影响产品质量
不利于催化一系列的酶促反应
反应物不易与酶接触,尤其是大分子物质,反应效率下降
优点
催化效率高、耗能低、污染低
既能与反应物接触,又能与产物分离;
可以反复利用
成本低、操作容易
实例
果胶酶
固定化葡萄糖异构酶
固定化酵母细胞
1.如图表示几种固定酶或细胞的方法,请问哪些适合固定酶?
哪些适合固定细胞?
[答案] 酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化,如图中的甲、乙。
而细胞多采用包埋法固定化,如图中的丙、丁。
2.用固定的葡萄糖异构酶生产高果糖浆有何优点?
[答案] 固定的葡萄糖异构酶能连续使用半年,大大降低了生产成本,并且提高了果糖的产量和质量。
3.为什么固定酶不适合采用包埋法?
[答案] 由于酶分子较小,容易在包埋材料中遗漏,所以不适合采用包埋法固定化。
1.下列说法不正确的是( )
A.固定化酶和固定化细胞的技术方法包括包埋法、化学结合法和物理吸附法
B.固定化酶更适合采用化学结合法和物理吸附法
C.由于细胞体积大,而酶分子很小,因此细胞多采用物理吸附法固定化
D.反应物是大分子物质应采用固定化酶
[问题导析]
(1)无论是固定酶还是细胞,目的都相同,即可以重复使用酶,降低生产成本,但固定的对象不同,则采用的固定方法不同。
(2)固定的对象如果较大(如细胞),则常采用包埋法固定化;
如果被固定的对象较小(如酶分子),则一般采用化学结合法和物理吸附法固定化。
[答案] C
[解析] 由于细胞体积大,酶分子很小,体积大的细胞难以被吸附或结合,而较小的酶容易从包埋材料中漏出。
因此,细胞多采用包埋法固定化,酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化。
[一题多变]
果汁的生产需要果胶酶,用酶固定法可以提高果胶酶的利用率(如右图)。
图中果胶酶的固定化适合采用哪种方法?
[答案] 酶分子较小,不适合采用包埋法固定化,可采用化学结合法和物理吸附法固定化。
二、固定化细胞技术
1.固定化酵母细胞的制备
酵母细胞的活化:
1g干酵母+10mL蒸馏水→50mL烧杯中,搅拌均匀成糊状,放置1h
↓
配制0.05mol/L的CaCl2溶液:
无水CaCl20.83g+150mL蒸馏水→200mL烧杯中,充分溶解
配制海藻酸钠溶液:
0.7g海藻酸钠+10mL水放入50mL小烧杯→小火加热或间断加热,完全溶化加蒸馏水定容至10mL
海藻酸钠溶液与酵母细胞混合:
将海藻酸钠溶液冷却至室温,加入活化的酵母
细胞,充分搅拌使其混合均匀,转移至注射器中
固定化酵母细胞:
以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加至配制好的CaCl2溶液中,形成凝胶珠,使其在CaCl2溶液中浸泡30min左右
冲洗:
将固定好的酵母细胞(凝胶珠)用蒸馏水冲洗2~3次
发酵:
将150mL质量分数为10%的葡萄糖溶液转移至200mL的锥形瓶中,再加入固定好的酵母细胞,25℃下发酵24h
2.制备固定化酵母细胞需要注意的问题
(1)在缺水状态下,微生物处于休眠状态。
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。
酵母细胞需要的活化时间较短,一般为0.5~1h,需要提前做好准备。
(2)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。
(3)加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环,关系到实验的成败,一定要按照教材的提示进行操作。
加热时要用小火,或者间断加热,反复几次,直到海藻酸钠溶化为止。
(4)海藻酸钠的浓度关系到固定化细胞的质量。
如果海藻酸钠浓度过高,将很难形成凝胶珠;
如果浓度过低,形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目较少,影响实验效果。
(5)溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温,否则会因温度过高杀死酵母细胞。
(6)可利用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠,用作对照。
(7)海藻酸钠胶体在CaCl2这种电解质的作用下,发生聚沉,形成凝胶珠,需稳定30min左右。
1.在酵母细胞的活化或配置CaCl2溶液时,都使用了蒸馏水,为什么不能使用自来水?
[答案] 防止自来水中各种离子影响实验结果。
2.配制海藻酸钠溶液时加热是关键,为什么要用小火加热或间断加热?
[答案] 防止加热太快导致海藻酸钠溶液焦糊。
3.能否在刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入活化的酵母细胞?
[答案] 不能。
因为刚溶化好的海藻酸钠溶液温度较高,会将酵母细胞杀死。
4.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?
[答案] 如果凝胶珠的颜色过浅呈白色,则说明了海藻酸钠溶液的浓度偏低,固定的酵母细胞数目较少;
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。
2.下面是制备固定化酵母细胞的实验步骤,请回答下列问题。
酵母细胞的活化→配制CaCl2溶液→配制海藻酸钠溶液→海藻酸钠溶液与酵母细胞混合→固定化酵母细胞
(1)在________状态下,微生物处于休眠状态。
活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复____________状态。
活化前应选择足够大的容器,因为酵母细胞活化时________________。
(2)固定化细胞技术一般采用包埋法,而固定化酶常用______________和______________。
(3)影响实验成败的关键步骤是________________________________________。
(4)海藻酸钠溶化过程中的注意事项是____________________________________
___________________________________________________________________。
(5)如果海藻酸钠浓度过低,形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目________。
如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形,说明____________________________。
(6)该实验中CaCl2溶液的作用是________________________________________
[问题导析]
(1)活化就是使酵母细胞由休眠状态变成正常生活状态的过程。
(2)由于酶分子较小,所以一般不采用包埋法进行固定,多采用化学结合法和物理吸附法。
(3)固定酵母细胞所用的固定材料是海藻酸钠,所以配制海藻酸钠溶液是实验的关键步骤。
制备海藻酸钠溶液的关键是:
用小火加热或间断加热。
(4)可以通过观察凝胶珠的颜色和形状判断实验的效果。
[答案]
(1)缺水 正常的生活 体积增大
(2)化学结合法 物理吸附法
(3)配制海藻酸钠溶液
(4)要用小火或间断加热,避免海藻酸钠发生焦糊
(5)过少 海藻酸钠浓度偏高,制作失败
(6)用于海藻酸钠聚沉
[解析]
(1)酵母细胞在缺水的状态下休眠。
活化是加入水使酵母细胞恢复到生活状态。
酵母细胞活化后体积会增大。
(2)固定化酶常用化学结合法和物理吸附法固定化。
(3)实验的关键是配制海藻酸钠溶液,得到凝胶珠。
(4)海藻酸钠溶化过程要小火加热(小火间断加热)并不断搅拌,使海藻酸钠完全溶化,又不会焦糊。
(5)海藻酸钠浓度过低,包埋的酵母细胞就过少;
海藻酸钠浓度过高,不易与酵母细胞混合均匀。
(6)氯化钙溶液能使海藻酸钠形成聚沉。
(1)固定酵母细胞的过程中三次使用到蒸馏水,请说出是哪三个环节?
[答案] 酵母细胞的活化、配制CaCl2溶液以及配制海藻酸钠溶液定容时需要使用蒸馏水。
(2)本题中固定酵母细胞使用了海藻酸钠,固定化细胞还可以使用哪些固定化材料?
[答案] 明胶、琼脂糖、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。
(3)制备好的固定化酵母细胞可以用于酒精发酵,如果酵母细胞没有活化或溶化好的海藻酸钠溶液没有冷却就加入了酵母细胞,则对酒精
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