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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 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 直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的优缺点 基础知识: 1 .固定化酶的应用实例 ―― 生产高果糖浆 ( 1 )高果糖浆的生产原理: 葡萄糖异构酶 果糖 葡萄糖 ( 2 )葡萄糖异构酶固定:将葡萄糖异构 酶固定在颗粒状载体上,装入反应柱中。 ( 3 )高果糖浆的生产操作 从反应柱上端注入葡萄糖溶液,从下端流 出果糖溶液,一个反应柱可连续使用半年 。 【比较】酶和细胞的固定方法和特点 2 .固定化技术的方法: 将酶和细胞固定化方法有 包埋法 、 化学结合法 和 物理吸附法 。 固定对象 酶 细胞 适宜固定法 化学结合法、物理吸附法 包埋法 特 点 体积小,固定一种酶。 包埋法容易丢失 体积大,固定一系列酶。 难以化学结合和吸附 酶和细胞固定化方法 1 、物理吸附法: 将酶吸附到固体吸附剂表面的 方法,固体吸附剂多为活性碳、 多孔玻璃等 2 、包埋法 ①定义: 将酶包裹在多孔的载体中,包埋成 格子型或包埋成微胶囊型 ②载体:明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤 维素和聚丙烯酰胺 ③种类 凝胶包埋法: 将个别酶分子包在高聚物格子 中,可以将块状聚合形成的凝胶切成小块, 也可以直接包埋在珠状聚合物中,这样作可 以使固定化酶机械强度提高 10 倍,并改进酶 脱落的情况 微囊化法: 将酶溶液或悬浮液包裹在膜内,膜 既可以使酶存在于类似细胞内的环境中,又阻 止酶的脱落或直接与微囊外环境接触。小分子 底物能迅速通过膜与酶作用,产物也能扩散出 来 交联法 :通过双功能试剂, 将酶和酶联结成 网状结构 的方法 3 、化学结合法: ①定义: 将酶分子相互结合,或将其结合到 纤维素、琼脂糖,离子交换树脂等载体上的 固定方式 ②种类 共价结合法 : 酶和载体以共价键 的形式结合 在一起的方法,这种方法需要酶和载体都具 有 氨基、羧基或羟基 等官能团 ? 〖思考 1 〗对固定酶的作用影响较小的固定 方法是什么? ? 〖思考 2 〗将谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸的 发酵过程变为连续的酶反应,应当固定 (酶、细胞);若将蛋白质变成氨基酸, 应当固定(酶、细胞)。 吸附法。 3 .固定细胞的材料: 固定细胞时应当选用 不溶于水的多孔性载 体材料 ,如明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸 纤维素和聚丙烯酰胺等 ? 2 .实验设计 ? 1 .制备固定化酵母细胞 ? ( 1 )酵母细胞的活化: 1g 干酵母+ 10mL 蒸馏水 → 50mL 烧杯 → 搅拌 均匀 → 放置 1h ,使之活化。 ? 〖思考 3 〗活化是指什么? ? ( 2 )配制 CaCl 2 溶液: ? 0.83gCaCl 2 + 150mL 蒸馏水 → 200mL 烧杯 → 溶解备用。 活化是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。 ? ( 3 )配制海藻酸钠溶液: ? 0.7g 海藻酸+ 10mL 水 → 50mL 烧杯 → 酒精 灯微火(或间断)加热,并不断搅拌,使 之溶化 → 蒸馏水定容到 10mL 。 〖思考 4 〗微火加热并不断搅拌的目的是什么? ? ( 4 )海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合: ? 将溶化的海藻酸钠溶液冷却至室温,加入 活化酵母细胞液,搅拌后吸入到注射器中。 防止海藻酸钠焦糊。 ? 〖思考 5 〗为什么要海藻酸钠溶液冷却后才 能加入酵母细胞? ? ( 5 )固定化酵母细胞: ? 以恒定速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到 CaCl 2 溶液中,形成 凝胶珠状颗粒 。 防止高温杀死酵母细胞。 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 ? 2 .固定化酵母细胞的发酵 ? ( 6 )冲洗:将固定的酵母细胞凝胶珠用蒸 馏水冲洗 2 ~ 3 次。 ? ( 7 )发酵: 150mL10 %葡萄糖+固定
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