固定化酵母生产酒精中氯化钙、海藻酸钠的作用是什么？
固定化酵母生产酒精中氯化钙、海藻酸钠的作用是什么？
09-10-25 &
选修一专题模块可以做的实验如：课题3　酵母细胞的固定化一、课题目标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。二、课题重点与难点1．课题重点：制备固定化酵母细胞。2．课题难点：制备固定化酵母细胞。三、课题背景分析课题背景简单介绍了从酶到固定化酶、再到固定化细胞的发展过程。这一过程体现了科学技术的发展是不断地提出问题和解决问题的动态过程。在教学中，可以参考课题背景提供的素材，联系生产实践和学生已有的认识，引导学生认同上述观点，并进而认识到：科学知识既来源于科学实验，也来源于生产生活实践，知识的学习应该与生产实践相联系；人们在生产实践中所发现的问题能够促进科学技术的发展。四、基础知识分析与教学（一）固定化酶的应用实例知识要点：1.利用固定化酶技术生产高果糖浆的实例；2.固定化酶的反应柱示意图；3.固定化酶在生产实践中的优点。教学：课程标准中要求学生尝试制备和应用固定化酶，但考虑到制作固定化酶的技术要求比较高，中学生难以掌握，因此只要求学生制作技术难度较低的固定化酵母细胞，对于固定化酶的作用、原理及其在生产中的应用，主要是让学生通过生产实例来了解。在教学时可以采用让学生阅读自学的方式，并在阅读之前，布置一些思考题让学生思考。例如，在葡萄糖的异构反应中，如果不将葡萄糖异构酶固定化，而是直接使用葡萄糖异构酶，会对生产过程产生哪些影响？（二）固定化细胞技术知识要点：1.将酶或细胞固定化的方法；2.固定化酶和固定化细胞的联系与区别；3.固定化酶和固定化细胞常用的载体材料。教学：固定化酶和固定化细胞通常采用包埋法、化学结合法和物理吸附法。在教学过程中，可以通过提问的方式，引导学生认识这三种方法的特点与适用范围。此外，还可以引导学生思考课本中提出的问题，引导学生理解固定化细胞和固定化酶这两种技术的区别与联系，辩证地认识这两种技术的优势与不足。例如，固定化细胞操作容易、对酶活性的影响更小、可以催化一系列的反应、容易回收等，但由于大分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。五、实验安排及注意事项本课题可以安排2课时。第1课时完成课题背景和基础知识的学习，准备好基本的实验仪器，同时还可以组织学生提前配制好CaCl2溶液和用于发酵的葡萄糖溶液。第2课时进行酵母细胞的固定化操作。在具体的操作过程中，还应该注意下列问题。（一）酵母细胞的活化。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 h，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。（二）加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环，涉及到实验的成败，一定要提醒学生按照教材的提示进行操作。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。（三）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。六、课题成果评价（一）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，制作失败，需要再作尝试。（二）观察发酵的葡萄糖溶液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。不仅要对学生制作的固定化酵母细胞进行评价，还要对学生的操作过程进行评价。此外，对酵母细胞固定化原理和实验操作方法的理解，也应是评价的有机组成部分。七、实验设计感言酵母细胞的固定化，实验看似简单，但不容易做好，在实验操作过程中应该注意什么问题？本实验中有两步操作比较重要：配制海藻酸钠溶液和海藻酸钠溶液与酵母细胞混合。在配制海藻酸钠溶液时，若用酒精灯加热，注意小火或间断加热，否则容易焦糊。有条件的可以用微波炉高火加热1~1.5 min即可。用90 ℃左右的水浴加热更好，水分损失少，也不会焦糊。海藻酸钠溶液与酵母细胞混合时，第一要注意火候：温度太低，海藻酸钠溶液容易凝固，温度太高，会杀死酵母细胞；第二要混合均匀，又要防止出现气泡。学生的实验结果，可能有以下情况：（1）固定好的酵母细胞为圆形凝胶珠，位于氯化钙溶液的底部；（2）托尾的凝胶珠（蝌蚪状），原因可能为溶液太稀（酵母细胞浓度太低）或注射时针头离氯化钙溶液的距离太短；（3）漂浮的凝胶珠，这说明海藻酸钠溶液与酵母细胞混合时出现气泡。
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包埋法固定化微生物问题初探（1）
    摘 要 本文概括介绍并比较了固定化技术的几种主要的方法，并对目前笔者正在进行的包埋法固定化试验中的两个方法&&海藻酸钠包埋法和PVA&H3BO3包埋法做了一定的介绍和不同方法的比较。最后，简要介绍了固定化细胞的性能的评价以及该种技术的应用和前景。关键字固定化包埋法海藻酸钠 PVA&H3BO3 载体1、引言固定化微生物技术使用化学或物理手段，将游离细胞或者酶定位于限定的区域，使其保持活性并可反复利用的方法。最初主要用于发酵生产，70年代后期，被利用到水处理领域，近年来则成为各国学者研究的热点。固定化微生物技术克服了生物细胞太小，与水溶液分离较难，易造成二次污染的缺点，保持了效率高、稳定性强、能纯化和保持高效菌种的优点，在废水处理领域有广阔的应用前景。在实际应用过程中，如何固定、何种载体，才能使固定化微生物能较长时间的保持一定的强度和活度，才能降低固定化成本，延长固定微生物的使用寿命，是该技术在污水处理中得到广泛应用的关键。2、常用的固定化方法废水处理中常用微生物固定化方法主要有：包埋法、交联法、载体结合法。 2.1包埋法包埋法的原理是将微生物细胞截流在水不溶性的凝胶聚合物孔隙的网络空间中。通过聚合作用或者离子网络形成，或通过沉淀作用，或改变溶剂、温度、pH值使细胞截流。凝胶聚合物的网络可以阻止细胞的泄漏，同时能让基质渗入和产物扩散出来。固定化微生物细胞的实用化对包埋载体的要求包括：（1） 固定化过程简单，易于制成各种形状，能在常温常压下固定化；（2） 成本低；（3） 固定化过程中及固定化后对微生物无害；（4） 基质通透性好；（5） 固定化细胞密度大；（6） 载体内细胞漏出少，外面的细胞难以进入；（7） 物理强度和化学稳定性好；（8） 抗微生物分解；（9） 沉降分离性好。 在这些要求中，（1）和（2）涉及固定化细胞制备的成本；（3）~（6）针对固定化细胞的催化活性；而（7）~（9）则是出于对固定化细胞的操作稳定性的考虑。2.2交联法交联法是使用双功能的试剂与酶分子进行分子间的交联固定化方法。由于酶蛋白的功能团参与此反应，所以酶的活性中心构造可能受到影响，而使酶显著失活。此外，交联剂如戊二醛等价格昂贵，限制了其应用。2.3吸附法又称载体结合法，是通过物理吸附、化学或者离子的结合，将微生物固定于非水溶性载体。这种方法操作简单，对微生物活力影响小，但所结合的微生物数量有限，反应稳定性和反复使用性差。主要分为物理吸附法、共价结合法、离子结合法和生物特异性吸附法四种方法。2.4三种固定化方法的比较尽管固定化方法多种多样，但没有一种理想的、普遍适用的方法。交联法突出优点是可以获得很高的细胞密度，但由于缺乏良好的机械强度而不能得到广泛的应用。吸附法的固定操作简单，条件温和，而且载体可以再生；但是细胞与载体之间的结合力较弱，因此操作的稳定性不好。包埋法有较好的综合性能，催化活性保留和存活力都比较高，且包埋在反应工程（包括反应器的设计、操作稳定性等）中应用灵活，因此，包埋法成为整个固定化生物催化剂技术中应用最广泛的固定化方法；但是包埋法的扩散阻力较大，使细胞的催化活性受到限制，且不适用于涉及大分子物质的反应。三种固定化方法总结于下表： 表一三种固定化方法的比较性 能交联法吸附法包埋法制备的难易结合力活性表面固定化成本存活力适用性稳定性载体的再生空间位阻适中强低适中无小高不能较大易弱高低由适中低能小适中适中适中低有大高不能大 3、包埋法固定化微生物的两种方法举例天然高分子多糖类的海藻酸钠，具有固定化成形方便，对微生物毒性小以及固定化密度高等优点，但是其抗微生物分解性能较差，机械强度较低，同时海藻酸钠凝胶再高浓度的磷酸缓冲液的反复冲击下，经过一段时间，颗粒变软、粘连。合成高分子化合物中常用的载体材料是聚乙烯醇（polyvinylalcohol简称PVA），其突出优点是抗微生物分解性能好，机械强度高，化学稳定性能好。但是聚合物网络的形成条件比较剧烈，对微生物细胞的损害较大，而且成形的多样性和可控性不好。下面将对这两种包埋方法作一个简单的介绍：3.1海藻酸钙包埋法3.1.1原理 海藻酸钙包埋法是一种使用最广、研究最多的包埋固定化方法，它具有固化、成形方便，对微生物毒性小，固定化细胞密度高等优点。海藻酸是用于包埋固定化微生物的第一个聚合物，但是当存在高浓度的K+、Mg2+、磷酸盐以及其他单价金属离子时，海藻酸钙凝交的结构会受到破坏。此外，由于海藻酸钙凝胶网络的孔隙尺寸太大，酶可能会从网络中泄露出来，因此不适合大多数酶的固定化。海藻酸盐是棕色藻类的胞内产物，它由两种不同类型的单糖组成，即1，4&&&D&甘露糖醛酸（M）和1，4&&&L&古洛糖醛酸（G）。海藻酸盐是一种聚合物。海藻酸盐不能形成热可逆性凝胶。通常是在其钠盐溶液中加入二价离子，如Ca2+，通过Ca2+取代Na+来形成凝胶网络。凝胶的性质与引入的二价阳离子及海藻酸钠的类型（主要是两种单糖的组成比例）有关。二价阳离子对凝胶的机械强度有较大的影响，元素周期表的第二主族金属离子于海藻酸钠盐形成的凝胶，其强度顺序如下：Ba2+&Sr2+&Ca2+&&Mg2+利用海藻酸钠凝胶固定化微生物法安全、快速、制备简单，反应条件温和，成本低廉且适用于大多数微生物的固定化。3.1.2固定化方法以海藻酸盐为载体，建立包埋固定化微生物的方法如下：方法I①将海藻酸钠加热溶于水；②将海藻酸钠溶液与微生物细胞混合均匀，使海藻酸钠最终浓度为2%~4%；③将海藻酸钠与菌体混合液用针形管滴入5%~10%的CaCl2溶液中，固定化7~8h；④滤出颗粒，用生理盐水洗净，备用。方法II①将按方法I制得的固定化细胞颗粒置于0.06mol/L的己二胺溶液中搅拌1~2h；②滤出颗粒，水洗后，用0.5%戊二醛交联5min；③滤出颗粒，用生理盐水洗净，备用。方法III①将按方法I制备的固定化颗粒浸泡于下列溶液中： 壳聚糖0.5% CaCl20.2mol/L pH6.0②滤出颗粒，水洗后，用0.5%戊二醛交联5min；③滤出颗粒，用生理盐水洗净，备用。 分别利用以上三种固定化方法，包埋黑曲酶细胞，比较各种固定化细胞的活性，其结果如表二： 表二海藻酸钙包埋法的比较固定化方法方法I方法II方法III固定化细胞相对活性57.1%52.9%44.8% 由表二可以看出，用海藻酸钠系列包埋固定化方法固定化微生物，固定化细胞的活性较高。其中用方法I固定化细胞的活性最高，在方法II、III中，由于在海藻酸钙凝胶表层突上了一层高分子膜，虽然增强了固定化颗粒的机械强度，但是同时加大了底物及氧的扩散阻力，从而降低了细胞活性。此外，在方法II、III中所采用的戊二醛对细胞液具有毒性，在使用前应作毒性试验，确定是否采用改种交联剂。3.1.3海藻酸钠包埋法固定化试剂对细胞活性的影响（1）海藻酸钠对细胞活性的影响 海藻酸钠是一类天然高分子多糖类，对微生物没有毒害作用。但海藻酸钠的浓度会影响固定化细胞的机械强度、质量传递等，进而影响到微生物的活性。海藻酸钠浓度对固定化细胞活性的影响如表三所示。 表三海藻酸钠浓度对细胞活性的影响海藻酸钠浓度/%细胞相对活性/%成球难易海藻酸钠浓度/%细胞相对活性/%成球难易1.056.2易2.552.3易1.557.1易3.045.6较难2.055.4易
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细胞固定化技术_海藻酸钠包埋法的研究进展
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你可能喜欢下面的流程图示意制备固定化酵母细胞的过程，请据图回答：酵母细胞活化→配制CaCl 2 溶液→配制海藻酸钠_百度知道
下面的流程图示意制备固定化酵母细胞的过程，请据图回答：酵母细胞活化→配制CaCl 2 溶液→配制海藻酸钠
而制备固定化酶则不宜用此方法。(3)有关果胶酶和纤维素酶的叙述：酵母细胞活化→配制CaCl 2 溶液→配制海藻酸钠溶液→海藻酸钠溶液与酵母细胞混合→固定化酵母细胞
(1)图中酵母细胞活化就是____________________状态，在配制海藻酸钠溶液时。A．果胶酶是复合酶; B．催化果胶酶水解的酶是淀粉酶C．二者都是在核糖体上合成的&nbsp
下面的流程图示意制备固定化酵母细胞的过程。(5)本实验所用的固定化技术是包埋法; D．构成纤维素酶的基本单位是葡萄糖(4)CaCl 2 溶液在形成凝胶珠时的作用原理是_______________，请据图回答、纤维素酶不是复合酶&nbsp，若通过固定化霉菌细胞生产果胶酶，否则可能出现焦煳，原因是_____________，要注意___________________，正确的是_________。(2)由霉菌发酵生产的果胶酶是食品加工业中使用量较大的酶制剂之一
提问者采纳
(1)让酵母菌恢复正常生活(2)加热时用小火，或间断加热(3)C(4)Ca 2+ 与海藻酸根离子螯合成不溶于水的海藻酸钙凝胶(5)酶分子很小，容易从包埋材料中漏出
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