高中生物专题4酶的研究与应用课题3酵母细胞的固定化素材二.doc

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1、专题4酶的研究与应用课题3酵母细胞的固定化庖丁巧解牛知识•巧学一、固定化酶的应用实例1.高果糖浆的生产葡萄糖异构酶：能催化葡萄糖转化为果糖。误区警示并不是所有的葡萄糖经异构化后都转化成果糖。这是因为葡萄糖异构酶催化效率最高时（温度为60～70℃），葡萄糖转化成果糖的比例也只有53.5%～56.5%，并且要使这一催化反应达到平衡，需要很长的时间，因此生产上葡萄糖转化为果糖的比率实际上只有42%～45%,其余的是葡萄糖，也就是说，这样的产品实际上是葡萄糖与果糖的混合物，叫做果葡糖浆。直接使用酶生产的优点是：稳定性好，

2、可以持续发挥作用。不足是：葡萄糖异构酶溶解于葡萄糖溶液后，无法从糖浆中回收，造成很大的浪费。2.通过使用固定化酶技术，能将酶固定在颗粒状的载体上，催化反应完毕后能回收，从而大大降低了生产成本。知识拓展果葡糖浆简称HFCS，是一种新发展的淀粉糖品，因为糖分组成主要是果糖和葡萄糖，故称为果葡糖浆。工业上生产这种糖浆是用淀粉，经糖化生成葡萄糖，再经葡萄糖异构酶作用于葡萄糖溶液，使一部分葡萄糖发生异构化反应转变成果糖所以叫“异构”糖浆，也有的将42％和55％的糖浆叫做高果糖浆。果葡糖浆的甜度与蔗糖相等，适于各种食品中应用的

3、甜味剂，与甘蔗糖和甜菜糖比较，果葡糖浆具有很多优点，果萄糖浆具有溶解度高，发酵速度快，化学稳定性和热稳定性好、渗透压大、吸潮性和保湿性强等特点。果葡糖浆生产可用任何一种淀粉为原料，在任何地区几乎都有适当的原料生产淀粉，因此生产不受地区限制，淀粉来源充足，不受季节限制。本工艺采用酶法工艺，生产条件温和、设备简单、投资费用较低，并节能。二、固定化细胞技术固定化酶和固定化细胞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。一般来说，酶

4、更适合采用化学结合和物理吸附法固定化，而细胞多采用包埋法固定化。辨析比较类　型优　点不　足直接使用酶催化效率高，低耗能、低污染等。对环境条件非常敏感，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。固定化酶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。一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物的形成都通过一系列的酶促反应才能得到的。固定化细胞成本低，操作更容易。固定后的酶或细胞与反应物不容易接近，可能导致反应效果下降等。三

5、、实验操作1.制备固定化酵母细胞（1）酵母细胞的活化3在缺水的状态下，微生物会处于休眠状态。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。酵母细胞所需要的活化时间较短，一般需要0.5～1h，需要提前做好准备。此外，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容器外。（2）配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液。CaCl2在这里是作为凝胶化剂，其中Ca2+与海藻酸根离子螯合形成不溶于水的海藻酸钙凝胶。（3）配制海藻酸钠溶液加热使海藻酸钠溶化

6、是操作中最重要的一环，涉及到实验的成败。海藻酸钠的浓度涉及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。要点提示海藻酸钠在水中溶解的速度较慢，需要通过加热促进其溶解，溶解海藻酸钠，最好用小火间断加热的方法。加热太快，海藻酸钠会发生焦煳。（4）海藻酸钠溶液与酵母细胞混合一定要冷却至室温，否则可能将活化的酵母细胞杀死。在已冷却至室温的海藻酸钠溶液，加入已活化的酵母细胞，充分搅拌，混合均匀。（5）固定化酵母细胞将海藻酸钠溶液与酵母细胞的

7、混合液转移至注射器中，以恒定速度缓慢将注射器中的溶液滴加到CaCl2溶液中，液滴会逐渐形成凝胶珠。刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。方法点拨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，就表明凝胶珠的制作成功。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.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，以去除上面附着的电解质。（2）将

8、150mL质量分数为10％的葡萄糖溶液转移到200mL的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于25℃下发酵24h。问题•探究问题1如何验证实验中用海藻酸钠凝胶固定的酵母细胞（凝胶珠）能发酵产生酒精？思路:能否产生酒精可以通过重铬酸钾检测，是否是凝胶珠的作用可通过设置对照实验得出结论。探究:分别取150mL质量分数为10％的葡萄糖溶液转移到200mL的锥形