课题3：酶和细胞的固定化

课题3

酵母细胞的固定化2013.05.6

类型

优点

不足

直 接 使 用 酶

催化效率高， 1、对环境非常敏感， 易失活； 低耗能、 2、难回收，成本高； 低污染等 3、混入产品中，影响 产品质量。

酶的固定化 将酶固定在不溶于水的载体上，使酶既能 与反应物接触，又能与产物分离，同时固 定的酶还可以反复使用，降低成本。 酶是活细胞合成的，可以直接将生产酶的 细胞固定。

(一)固定化酶的应用实例 1.利用固定化酶技术生产高果糖浆的实例(1)高果糖浆的生产需要葡萄糖异构酶， 将葡萄糖转化成果糖。 (2)葡萄糖异构酶的优点 稳定性好、可以持续发挥作用 (3)在生产中直接使用酶有什么缺点？

酶溶解于葡萄糖溶液后，无法回收，造成 浪费

2.固定化酶的反应柱示意图葡萄糖将酶固定在颗粒 状载体上，装入 反应柱中，底部 有筛板，直接筛 出果浆。

果糖

(二)固定化细胞技术1.将酶或细胞固定化的方法将酶(或细胞)包埋在 细微网格里 将酶(或细胞)相互 连接起来 化学结合法 物理吸附法 将酶(或细胞)吸附 在载体表面上

包埋法

酶和细胞的固定化 酶的固定：多采用化学结合法和物理吸附 法。 细胞的固定化：多采用包埋法。

(三).固定化酶和固定化细胞的联系与区别

联系：应用相同，都能催化某些反应区别： 1)固定化细胞技术操作容易，成本低， 容易回收； 2)固定化细胞技术对酶活性影响小； 3)固定化细胞固定的是一系列的酶；

4)由于大分子难以通过细胞膜，因此 固定化细胞的应用有一定的限制；

类型

优点

不足

酶既能与反 应物接触， 固 又能与产物 定 分离，可 化 反复利用

不利于催化一系列 的酶促反应

酶

类型

优点

不足

固 定 化 细 胞

成本低， 操作更容易， 能产生 一系列酶

固定后的细胞与反 应物不容易接近， 可能导致反应效果 下降等

3.固定化酶和固定化细胞常用的载体材料 明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素 和聚丙烯酰胺等， 其共同的特点是不溶于水的多孔性载体

二、实验操作 (一)制备固定化酵母细胞1、酵母细胞的活化

指让处于休眠状态的微生物 重新恢复正常生活状态的过程。1g干酵母+10mL蒸馏水→50mL烧杯 →搅拌均匀→放置1h

2、配制物质的量浓度为0.05mol/L的 CaCl2溶液

3、配制海藻酸钠溶液：P51〖思考5〗微火加热并不断搅拌的目的 是什么？ 防止海藻酸钠焦糊

4、海藻酸钠溶液与酵母细胞混合

〖思考6〗为什么要海藻酸钠溶液冷却 后才能加入酵母细胞？防止高温杀死酵母细胞 5、固定化酵母细胞 Ca2+与Na+交换形成海藻酸钙凝胶珠

(二)用固

定化细胞发酵 1、冲洗：将固定的酵母细胞凝胶珠 用蒸馏水冲洗2~3次。2、发酵：150mL10%葡萄糖+固定 化酵母细胞→200mL锥形瓶→密封 →25℃发酵24h。

〖思考7〗发酵过程中锥形瓶为什么要 密封？ 酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。

〖思考8〗锥形瓶中的气泡和酒精是怎 样形成的？ 酵母菌进行无氧呼吸产生的。〖思考9〗在利用固定化酶或固定化细 胞进行生产的过程中，需要无菌操作 吗？ 需要。