课题3酵母细胞的固定化
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CaCl2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。
固定化酶和固定化细胞技术 5．固定化酶和固定化细胞技术既实现了对酶的重[自读教材·夯基础] 复利用，降低了成本，又提高了产品质量。
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．方法
(1)包埋法：多适于细胞的固定化； (2) 化学结合法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材料，如明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。
4．优点
(1)固定化酶既能与反应物接触，又能与产物分离，可以反复利用。 (2)固定化细胞技术制备的成本低，操作容易。 5．实例——高果糖浆的生产 葡萄糖异构酶
(1)原理：葡萄糖―――――→果糖。 (2)生产过程：
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。
物理吸附法}多适于酶的固定化。
(3)反应柱：酶固定在一种颗粒状的载体上，再将其装入反应柱内，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上的小孔，而反应溶液却可以自由通过。
(4)优点：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。
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？
提示：将酶固定于不溶于水的载体上，使酶既能与反应物接触，又能与反应物分离，还可重复利用。
2．固定化酶和固定化细胞一般采用什么方法？为什么？
提示：固定化酶常用化学结合法或物理吸附法。因酶分子小，易从包埋材料中漏出，故一般不用包埋法进行固定。固定化细胞常用包埋法，因个大的细胞难以被吸附或结合。
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？
提示：固定化细胞技术。固定化细胞技术。
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？
提示：一系列酶；固定化细胞技术。
5．如果反应物是大分子物质，又应该采用哪种方法？为什么？
提示：固定化酶技术。因为大分子物质不容易进入细胞内，如果采用固定化细胞技术会使反应效率下降。
[跟随名师·解疑难]
直接使用酶、固定化酶和固定化细胞的比较
项目 酶的种类 直接使用酶 一种或几种 固定化酶 一种 高岭土、皂土、硅胶、凝胶 化学结合固定化、物理吸附固定化 否 单一 各种物质(大分子、小分子) 固定化细胞 一系列酶 明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺 包埋法固定化 是 一系列 小分子物质 常用载体 无 制作方法 是否需要营养物质 催化反应 反应底物 无 否 单一或多种 各种物质(大分子、小分子)
优点 催化效率高，低耗能、低污染等 ①对环境条件非常敏感，易被固定的酶可重复使用 不利于催化一系列的酶促反应 成本低，操作更容易 反应物不易与酶接近，尤其是大分子物质，反应效率下降 缺点 失活；②难回收，成本高，影响产品质量 [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。
酵母细胞固定化的实验操作 [自读教材·夯基础] 1．制备固定化酵母细胞
2．用固定化酵母细胞发酵
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(1)操作步骤：将用蒸馏水冲洗过的固定好的酵母细胞(凝胶珠)――→用于发酵的葡萄糖溶液中。
??有气泡产生(2)现象?
?有酒精味散发?
1．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？ 提示：防止海藻酸钠焦糊。
2．为什么海藻酸钠溶液要冷却后才能加入酵母细胞？ 提示：防止温度过高杀死酵母菌。
3．将凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30 min的作用是什么？ 提示：使胶体聚沉，以便形成稳定的结构。
[跟随名师·解疑难]
1．制备固定化酵母细胞的注意事项
(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0.5～1 h，但实验时需要提前做好准备。
(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，否则会因温度过高而导致酵母菌死亡。 (6)可利用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠，用作对照。
(7)刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡30 min左右，以便形成稳定的结构。检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列方法：一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，如果凝胶珠不容易破裂，没有液体流出，就表明凝胶珠制作成功。二是在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很容易弹起，也能表明制备的凝胶珠是成功的。
2．实验结果分析与评价
(1)如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明海藻酸钠的浓度偏低，固定的酵母细胞数目较少；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明海藻酸钠的浓度偏高，制作失败，需要再做尝试。
(2)利用固定的酵母细胞发酵产生酒精，可以看到产生了很多气泡，同时会闻到酒味，而不含酵母菌的凝胶珠所做的对照实验则无此现象。
固定化酶和固定化细胞 [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
[解析] 固定化酶不像普通酶那样对环境要求那么高，耐受性也比较好，和溶解氧没什么关系；利用固定化酶降解水体中有机磷农药，不需要提供营养条件；利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类不仅是反应底物，同时也作为碳源来提供能量和营养。
[答案] A 归纳拓展
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