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课题3 酵母细胞的固定化
【学习目标】
1．说出固定化酶和固定化细胞的作用和原理。
2．尝试制备固定化酵母细胞，并利用固定化酵母细胞进行酒精发酵。
【学习重点与难点】
学习重点：制备固定化酵母细胞。
学习难点：制备固定化酵母细胞。
自主学习
一、固定化酶的应用实例
1．高果糖浆的生产需要使用 ，它能将葡萄糖转化成 。这种酶的 好，
可以持续发挥作用。但是，酶溶解于葡萄糖溶液后，就无法从糖浆中回收，造成很大的浪费。
2．使用固定化酶技术，将这种酶固定在一种 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 。酶颗粒 通过筛板上的小孔，而反应溶液却可以 。生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的 注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与 接触，转化成果糖，从反应柱的 流出。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。
二、固定化细胞技术
1．固定化酶和固定化细胞技术是利用 或 方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括 、 和 法。一般来说，酶更适合采用
和 固定，而细胞多采用 法固定化。这是因为细胞个大，而酶分子很小；个大的细胞难以被 或 ，而个小的酶容易从 中漏出。
2．使用包埋法固定细胞即将微生物细胞均匀地包埋在 中。常用的载体有 、 、 、 和 等。
三、实验操作
㈠制备固定化酵母细胞
1酵母细胞的 ：由 状态恢复为 。
2配制物质的量浓度为0.05mol/L的 溶液。
3配制海藻酸钠溶液：海藻酸钠在水中溶解的速度较慢，需要通过 加热促使其溶解。加热时最好采用 的方法。（注意浓度适宜，保证凝胶珠成型且能固定）。
4海藻酸钠溶液与 充分混合：海藻酸钠溶液需 ，防止过热杀死酵母细胞。 5固定化酵母细胞。
㈡用固定化酵母发酵
1将固定好的酵母细胞（凝胶珠）用 冲洗2~3次。
2将凝胶珠加入用于发酵的葡萄糖溶液后会发现有 产生，同时有 味散发。
【疑难点拨】
1．细胞的活化。 提示：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0.5～1小时。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．加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一步。海藻酸钠的浓度涉及固定化细胞的质量。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。
3．如何检验凝胶珠的质量是否合格。
提示：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。检验凝胶珠的质量是否合格，可以采用以下方法：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。
4．观察凝胶珠的颜色和形状
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。
5．固定化酶和固定化细胞的区别：
固定化酶技术是将一种酶固定在不溶于水的载体上，酶分子较小，可以采用物理吸附法和化学结合法进行固定，它催化的是一种或一类化学反应；固定化细胞技术是将产生酶的细胞固定在载体上，固定的是一种生物的细胞，体积较大，适合应用包埋法固定，而且细胞能够产生多种酶，因此固定化细胞可以催化一系列化学反应；固定化酶固定的是一种物质，应用固定化酶的过程中没有生命活动过程，反应液中只需要加入酶的底物即可，而固定化细胞固定的是一种细胞，应用固定化细胞的过程中要满足细胞的正常生命活动，反应液中除需要加入反应的底物外，还应加入满足细胞生命活动所需要的营养物质等。
【随堂练习】
1．研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的，如将从大肠杆菌得到的磷酸三酯酶固定到尼龙膜上制成制剂，可用于降解残留在土壤中的有机磷农药，与用微生物降解相比，此作用不需要适宜的（ ）
A．温度 B．酸碱度 C．水分 D．营养
2．相对固定化酶而言，固定化细胞对酶的活性影响较小，根本原因是（ ）　　
A．避免了细胞破碎、酶的提取纯化过程 B．固定化细胞在多种酶促反应中连续发挥作用　　
C．催化反应结束后，能被吸收和重复利用　　
D．细胞结构保证了各种酶在细胞内的化学反应中有效地发挥作用　
3．下列关于固定化酶技术的说法正确的是（ ）　　
A．固定化酶技术就是固定反应物，将酶依附着载体围绕反应物旋转的技术　　
B．固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反应　　
C．固定化酶中的酶无法重复利用 　　
D．固定化酶是将酶固定在一定空间内的技术　　
4.研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的，如将大肠杆菌得到的三酯磷酸酶固定到尼龙膜上制成制剂，可用于降解残留在土壤中的有机磷农药，与微生物降解相比，其作用不需要适宜的（ ）
A．温度 B．酸碱度 C．水分 D．营养
5．某一实验小组的同学，欲通过制备固定化酵母细胞进行葡萄糖溶液发酵实验，实验材料及用具齐全。
⑴制备固定化酵母细胞常用 法。
⑵该实验小组的同学制备固定化酵母细胞的过程为：
①使干酵母与自来水混合并搅拌，使酵母菌活化；
②将无水CaCl2溶解在蒸馏水中，配制成CaCl2溶液；
③用酒精灯大火连续加热配制海藻酸钠溶液；
④向刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入已活化的酵母细胞，充分搅拌并混合均匀；
⑤将与酵母细胞混匀的海藻酸钠液滴入蒸馏水中，观察凝胶珠形成。
请你改正其中错误的操作：（写出四点） 。
(3)该实验小组用如图所示的装置来进行葡萄糖发酵。
①图中a为 ，b是 。
②从上端漏斗中加入反应液的浓度不能过高的原因是 。
③要想得到较多的酒精，加入反应液后的操作是 活塞l和 活塞2。
④为使该实验中所用的固定化酵母细胞可以反复利用，实验过程一定要在 条件下进行。
⑤装置中的长导管起的作用是 。
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