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1、关于酵母细胞的固定化429572439gao第一页，本课件共有34页429572439gao一、基础知识一、基础知识1 1、酶制剂的概念和种类、酶制剂的概念和种类（一）酶制剂（一）酶制剂含有酶的制品含有酶的制品定义：定义：多酶片、加酶洗衣粉中的蛋白酶多酶片、加酶洗衣粉中的蛋白酶和脂肪酶和脂肪酶种类：种类：A A、液体酶制剂、液体酶制剂治疗某些胃病的胃蛋白酶液治疗某些胃病的胃蛋白酶液B B、固体酶制剂、固体酶制剂第二页，本课件共有34页429572439gao2 2、酶的生产、酶的生产提取法提取法定义：定义：采用一定的技术直接从动植物或微生物采用一定的技术直接从动植物或微生物的组织、细胞中将酶提
2、取出来的组织、细胞中将酶提取出来优点：优点：简单易行，在动植物或微生物资源简单易行，在动植物或微生物资源丰富的地区具有应用价值丰富的地区具有应用价值实例：在屠宰厂，可以从家畜胰脏中提取出实例：在屠宰厂，可以从家畜胰脏中提取出胰酶；在水果加工厂，可以从菠萝皮中提取胰酶；在水果加工厂，可以从菠萝皮中提取出菠萝蛋白酶出菠萝蛋白酶缺点：缺点：要有充足的原材料，广泛应用受到限要有充足的原材料，广泛应用受到限制制第三页，本课件共有34页429572439gao发酵法发酵法定义：定义：通过微生物发酵获得所需要的酶通过微生物发酵获得所需要的酶如果是胞外酶，可以从发酵液中直接如果是胞外酶，可以从发酵液中直接提取
3、；如果是细胞内酶，则可将细胞提取；如果是细胞内酶，则可将细胞弄碎再经过提取纯化而得到弄碎再经过提取纯化而得到易培养、繁殖速度快、便于大规易培养、繁殖速度快、便于大规模生产模生产优点：优点：提取方式：提取方式：第四页，本课件共有34页429572439gao化学合成法化学合成法缺点：缺点：成本高、已知分子结构的酶成本高、已知分子结构的酶提取出来的酶还要经过提取出来的酶还要经过分离、纯化分离、纯化，再加入适量，再加入适量的的稳定剂和填充剂，稳定剂和填充剂，制成相应的制成相应的酶制剂酶制剂后才能用后才能用于催化化学反应于催化化学反应3 3、酶的提取和分离纯化、酶的提取和分离纯化第五页，本课件共有34
4、页429572439gao酶的提取酶的提取盐溶液提取法、碱溶液提取法、有机盐溶液提取法、碱溶液提取法、有机溶剂提取法溶剂提取法适宜的温度和适宜的温度和pHpH和保护剂和保护剂方法：方法：条件：条件：酶的分离提纯酶的分离提纯沉淀技术（密度梯度离心法）沉淀技术（密度梯度离心法）层析技术层析技术方法：方法：第六页，本课件共有34页429572439gao4 4、酶制剂特点酶制剂特点(看课本看课本P49P49面）面）天然酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂天然酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常敏感，容易失活等条件非常敏感，容易失活溶液中酶很难回收，不能再次利用，提高了溶液中酶很难回收，不能再次
5、利用，提高了生产成本生产成本反应后，酶会混在产物中，影响产品质量，反应后，酶会混在产物中，影响产品质量，难以在工业生产中广泛应用难以在工业生产中广泛应用（1 1）优点）优点（2 2）实际问题）实际问题催化效率高、低耗能、低污染，大规模地应用于食催化效率高、低耗能、低污染，大规模地应用于食品、化工等各个领域品、化工等各个领域如何解决如何解决这些问题这些问题？第七页，本课件共有34页429572439gao（二）固定化酶（二）固定化酶固定化酶是指限制或固定于特定空间位置的酶，固定化酶是指限制或固定于特定空间位置的酶，具体来说，是指经物理或化学方法处理，使酶变具体来说，是指经物理或化学方法处理，使酶
6、变成不易随水流失即运动受到限制，而又能发挥催成不易随水流失即运动受到限制，而又能发挥催化作用的酶制剂化作用的酶制剂（三）固定化细胞（三）固定化细胞将细胞限制或定位于特定空间位置将细胞限制或定位于特定空间位置的方法称为细胞固定化技术的方法称为细胞固定化技术被限制或定位于特定空间位置的细被限制或定位于特定空间位置的细胞称为固定化细胞胞称为固定化细胞固定化技术：固定化技术：固定化细胞：固定化细胞：第八页，本课件共有34页429572439gao类型类型类型类型优点优点优点优点不足不足不足不足直接使直接使直接使直接使用酶用酶用酶用酶催化效率高，低耗能、催化效率高，低耗能、催化效率高，低耗能、催化效率高
7、，低耗能、低污染等低污染等低污染等低污染等对环境条件非常敏感，容易失活；溶对环境条件非常敏感，容易失活；溶对环境条件非常敏感，容易失活；溶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，液中的酶很难回收，不能被再次利用，液中的酶很难回收，不能被再次利用，液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本；反应后酶会混在产提高了生产成本；反应后酶会混在产提高了生产成本；反应后酶会混在产提高了生产成本；反应后酶会混在产物中，可能影响产品质量物中，可能影响产品质量物中，可能影响产品质量物中，可能影响产品质量固定化固定化固定化固定化酶酶酶酶酶既能与反应物接触，酶既能与反应物接触，酶既能
8、与反应物接触，酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时，又能与产物分离，同时，又能与产物分离，同时，又能与产物分离，同时，固定在载体上的酶还可固定在载体上的酶还可固定在载体上的酶还可固定在载体上的酶还可以被反复利用以被反复利用以被反复利用以被反复利用一种酶只能催化一种化学反应，而在一种酶只能催化一种化学反应，而在一种酶只能催化一种化学反应，而在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生产实践中，很多产物的形成都通过生产实践中，很多产物的形成都通过生产实践中，很多产物的形成都通过一系列的酶促反应才能得到的一系列的酶促反应才能得到的一系列的酶促反应才能得到的一系列的酶促反应
9、才能得到的固定化固定化固定化固定化细胞细胞细胞细胞成本低、操作容易、对成本低、操作容易、对成本低、操作容易、对成本低、操作容易、对酶活性的影响更小、可酶活性的影响更小、可酶活性的影响更小、可酶活性的影响更小、可以催化一系列的反应、以催化一系列的反应、以催化一系列的反应、以催化一系列的反应、容易回收容易回收容易回收容易回收固定后的酶或细胞与反应物不容易接固定后的酶或细胞与反应物不容易接固定后的酶或细胞与反应物不容易接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由于大分近，可能导致反应效果下降由于大分近，可能导致反应效果下降由于大分近，可能导致反应效果下降由于大分子物质难以自由通过细胞
10、膜，因此固子物质难以自由通过细胞膜，因此固子物质难以自由通过细胞膜，因此固子物质难以自由通过细胞膜，因此固定化细胞的应用也受到限制定化细胞的应用也受到限制定化细胞的应用也受到限制定化细胞的应用也受到限制（四）（四）（四）（四）直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的优缺点直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的优缺点第九页，本课件共有34页429572439gao（五）（五）酶和细胞固定化方法酶和细胞固定化方法思考：固定化酶或固定化细胞可以采取哪些方法？思考：固定化酶或固定化细胞可以采取哪些方法？各有什么利弊？各有什么利弊？1 1、物理吸附法、物理吸附法2 2、包埋法、包埋法3 3、化学结合法、化
11、学结合法第十页，本课件共有34页429572439gao方方法法原原 理理适用适用对象对象包包埋埋法法将聚合物的单体与酶溶液将聚合物的单体与酶溶液混合，再借助于聚合助进混合，再借助于聚合助进剂剂(包括交联剂包括交联剂)的作用进的作用进行聚合，酶被包埋在聚合行聚合，酶被包埋在聚合物中以达到固定化物中以达到固定化酶或酶或细胞细胞第十一页，本课件共有34页429572439gao方法方法原原 理理适用适用对象对象化学化学结合结合法法酶蛋白的侧链基团和载休表酶蛋白的侧链基团和载休表面上的功能基团之间形成共面上的功能基团之间形成共价键而固定的方法价键而固定的方法酶酶物理物理吸附吸附法法通过氢键、疏水作用
12、和通过氢键、疏水作用和电电子亲和力等物理作用，将酶子亲和力等物理作用，将酶固定于水不溶载体上。从而固定于水不溶载体上。从而制成固定化酶制成固定化酶酶酶第十二页，本课件共有34页429572439gao第十三页，本课件共有34页429572439gao第十四页，本课件共有34页429572439gao（六）酶和细胞固定方法的选择（六）酶和细胞固定方法的选择酶适合采用化学结合和物理吸附法固定酶适合采用化学结合和物理吸附法固定细胞适合采用包埋法固定细胞适合采用包埋法固定1 1、方法、方法2 2、原因、原因细胞个大，酶分子很小细胞个大，酶分子很小个体大的细胞难以被吸附或结合而个小的个体大的细胞难以被吸
13、附或结合而个小的酶容易从包埋的材料中漏出酶容易从包埋的材料中漏出第十五页，本课件共有34页429572439gao（七）固定化酶的应用实例（七）固定化酶的应用实例1 1、高果糖浆、高果糖浆生产原料生产原料葡萄糖，葡萄糖是由淀粉转化而来葡萄糖，葡萄糖是由淀粉转化而来是以酶法糖化淀粉所得的糖化液，经葡萄糖异是以酶法糖化淀粉所得的糖化液，经葡萄糖异构酶的异构作用，将其中一部分葡萄糖异构成构酶的异构作用，将其中一部分葡萄糖异构成果糖，由葡萄糖和果糖而组成的一种混合糖糖果糖，由葡萄糖和果糖而组成的一种混合糖糖浆浆生产机理生产机理第十六页，本课件共有34页429572439gao生产流程生产流程含淀粉含淀
14、粉的浆液的浆液-淀粉酶淀粉酶糊精糊精糖化酶糖化酶葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖异构酶异构酶葡萄糖的葡萄糖的异构化异构化42%42%45%45%转化成果糖转化成果糖果葡糖浆果葡糖浆果糖和葡果糖和葡萄糖分离萄糖分离葡萄糖再葡萄糖再次异构化次异构化反复多次反复多次果糖含量果糖含量70%70%90%90%高果糖浆高果糖浆第十七页，本课件共有34页429572439gao生产优点生产优点反应柱能连反应柱能连续使用半年，续使用半年，大大降低了大大降低了生产成本，生产成本，提高了果糖提高了果糖的产量和质的产量和质量量第十八页，本课件共有34页429572439gao二、实验操作二、实验操作（一）方法（一）方法1
15、1、包埋法固定化细胞、包埋法固定化细胞2 2、海藻酸钠作载体包埋酵母细胞、海藻酸钠作载体包埋酵母细胞（二）制备固定化酵母细胞（二）制备固定化酵母细胞第十九页，本课件共有34页429572439gao1 1、酵母细胞的活化、酵母细胞的活化 过程过程称取称取1g1g干酵母，放入干酵母，放入50ml50ml的小烧杯中，加入的小烧杯中，加入蒸馏水蒸馏水10ml10ml。用玻璃棒搅拌，使酵母细胞混合。用玻璃棒搅拌，使酵母细胞混合均匀，成糊状，放置均匀，成糊状，放置1h1h左右，使其活化左右，使其活化注意事项注意事项A A、选用的干酵母要具有较强的活性，而且物、选用的干酵母要具有较强的活性，而且物种单一种
16、单一B B、在缺水状态下，微生物处于休眠状态。活、在缺水状态下，微生物处于休眠状态。活化就是让处于化就是让处于()()的微生物重新恢复正的微生物重新恢复正常的生活状态常的生活状态休眠状态休眠状态第二十页，本课件共有34页429572439gao第二十一页，本课件共有34页429572439gao2 2、配置物质的量浓度为、配置物质的量浓度为0.05mol/L0.05mol/L的的CaClCaCl2 2溶溶液液 过程过程称取无水称取无水CaClCaCl2 2 0.83g0.83g，放入，放入200ml200ml的烧杯中，的烧杯中，加入加入150ml150ml的蒸馏水，使其充分溶解，待用的蒸馏水，
17、使其充分溶解，待用注意事项注意事项溶解物质要彻底，勿用自来水溶解，以防自溶解物质要彻底，勿用自来水溶解，以防自来水中各种离子影响实验结果来水中各种离子影响实验结果第二十二页，本课件共有34页429572439gao3 3、配制海藻酸钠溶液、配制海藻酸钠溶液称取称取0.7g0.7g海藻酸钠，放入海藻酸钠，放入50ml50ml小烧杯中，加入小烧杯中，加入10ml10ml水，用酒精灯加热，边加热边搅拌，将海藻水，用酒精灯加热，边加热边搅拌，将海藻酸钠调成糊状，直至完全溶化，用蒸馏水定容至酸钠调成糊状，直至完全溶化，用蒸馏水定容至10ml10ml 过程过程注意事项注意事项加热时要用加热时要用()()，
18、或者，或者()()，反，反复几次，直到海藻酸钠溶化为止复几次，直到海藻酸钠溶化为止小火小火间断加热间断加热第二十三页，本课件共有34页429572439gao海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质量。如果海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低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少第二十四页，本课件共有34页429572439gao第二十五页，本课件共有34页429572439gao4 4、海藻酸钠溶液和酵母细胞混合、海藻酸钠溶液和酵母细胞混合将溶化好的海藻酸钠溶
19、液冷却至室温，加入将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入以活化的酵母细胞，进行充分搅拌，再转移以活化的酵母细胞，进行充分搅拌，再转移至注射器中至注射器中 过程过程注意事项注意事项A A、溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温，、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菌否则会因温度过高杀死酵母菌第二十六页，本课件共有34页429572439gao第二十七页，本课件共有34页429572439gaoB B、搅拌要彻底充分，使两者混合均匀，以免影、搅拌要彻底充分，使两者混合均匀，以免影响实验结果的观察响实验结果的观察（5 5）固定化酵母细胞）固定化酵母细胞以恒定的速度缓慢的将注射器
20、中的溶液滴加到以恒定的速度缓慢的将注射器中的溶液滴加到配制好的配制好的CaClCaCl2 2溶液中，将形成的凝胶珠在溶液中，将形成的凝胶珠在CaClCaCl2 2溶液中浸泡溶液中浸泡30min30min左右左右 过程过程第二十八页，本课件共有34页429572439gao第二十九页，本课件共有34页429572439gao注意事项注意事项A A、可利用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶、可利用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠，用作对照珠，用作对照B B、海藻酸钠胶体在、海藻酸钠胶体在CaClCaCl2 2这种电解质的作用下，这种电解质的作用下，发生聚沉，形成凝胶珠，需稳定发生聚沉，形成凝胶珠，需稳定3
21、0min30min左右左右（三）用固定化酵母细胞发酵（三）用固定化酵母细胞发酵将固定化酵母细胞（凝胶珠）用蒸馏水冲洗将固定化酵母细胞（凝胶珠）用蒸馏水冲洗2 23 3次，次，洗去凝胶珠表面多余的电解质溶液洗去凝胶珠表面多余的电解质溶液1 1、过程、过程第三十页，本课件共有34页429572439gao刚形成的凝胶珠应在刚形成的凝胶珠应在CaClCaCl2 2溶液中浸泡一段溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。检验凝胶珠时间，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。一的质量是否合格，可以使用下列方法。一是是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤用镊子夹起一个凝胶珠放在实
22、验桌上用手挤压，如果凝胶珠不容易破裂，没有液体流出，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。就表明凝胶珠的制作成功。二是二是在实验桌上在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很容易弹起，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也能表明制备的凝胶珠是成功的第三十一页，本课件共有34页429572439gao将将150ml150ml质量分数为质量分数为1010的葡萄糖溶液转移至的葡萄糖溶液转移至200ml200ml的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于于25C25C下发酵下发酵24h24h2 2、注意事项、注意事项控制好发酵温度，一般是室温控制好发酵温度，一般是室温25 25 CC发酵时间可视具体情况而定，一般时间稍长发酵时间可视具体情况而定，一般时间稍长一些，效果明显一些，效果明显可用不含酵母的凝胶珠做相同的处理，对照实可用不含酵母的凝胶珠做相同的处理，对照实验结果验结果第三十二页，本课件共有34页429572439gao第三十三页，本课件共有34页感感谢谢大大家家观观看看第三十四页，本课件共有34页