实验一酵母细胞的固定化
高中生物选修1教学设计8：4.3 酵母细胞的固定化教案
酵母细胞的固定化一、教学目标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，胞进行酒精发酵。
3．尝试设计实验探究固定化后酵母细胞的活性并利用固定化细及相关产物。
二、教学重点和难点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。
3．难点突破：老师课前实践，摸索出各种试剂的最适浓度；录制微课《酵母细胞的固定化》并设计实验学案，让学生课前预习。
三、学法指导学习微课《酵母细胞的固定化》，思考以下问题：1．从操作角度来考虑，固定化酶技术与固定化细胞技术哪一种方法更容易？哪一种方法对酶活性的影响更小？2．如果反应物是大分子物质，又应该选择哪种方法？3．固定化细胞固定的是一种酶还是一系列酶？4．如果想将微生物的发酵过程变成连续的酶反应，应该选择哪种方法？5．什么是干酵母的活化？如何活化?6．如何配制氯化钙溶液？7．如何配制海藻酸钠溶液？配制过程中为什么改用水浴加热而不用酒精灯直接加热？8．为什么要海藻酸钠溶液冷却后才能加入酵母细胞？9．如何检验凝胶珠的质量是否合格？10．发酵过程中锥形瓶为什么要密封？四、实验过程⑴酵母细胞的活化⑵配制氯化钙溶液⑶配制海藻酸钠溶液挑起海藻酸钠观察其粘稠度（4）藻酸钠溶液与酵母细胞混合（5）固定化酵母细胞凝胶珠的大小、颜色、形态（6）洗涤凝胶珠（7）用固定化细胞进行发酵实验瓶内气泡开瓶后的气味五、结果分析与评价有条件的话在屏幕上同步直播同学们的实验操作过程，将实验结果拍摄出来进行比较，分析凝胶珠合格与否的原因。
六、后续实验让有兴趣的同学继续在实验室完成“洗涤”、“酵母细胞的酒精发酵”、“发酵液中葡萄糖剩余量或者酒精的检测”。
七、教学反思《酵母细胞的固定化》,按照教材中海藻酸钠的浓度配方进行实验的话很难得到合格的凝胶珠，笔者在不断的实践得到更合理浓度配比即0.7g海藻酸钠+25ml蒸馏水；在配制海藻酸钠溶液过程中用酒精灯加热容易焦糊，实践中改用水浴加热；做了这两个改进后学生的成功率大大提升，让他们感受到了收获成功的喜悦，提高后续实验的积极性。
酵母细胞的固定化(定)
作用： 将葡萄糖转化为果糖
如何改进？
特点： 酶稳定性好，可持续发挥作用
直接使用酶时的缺点： 酶溶于葡萄糖溶液后，就无法 从糖浆中回收，造成很大①反应柱能连续使用半 年，大大降低了生产成 本。
②提高了果糖的产量和 品质。
三、实验操作 （一）制备固定化酵母细胞 （二）用固定化酵母细胞发酵
（一）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〗活化是指什么？
在缺水状态下，微生物处于休眠状态。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。 操作提示
五、结果分析与评价
（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：
说明海藻酸钠的浓度偏高。 二者都说明制作失败，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
〖思考〗 1、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〗 2、锥形瓶中的气泡和酒精是怎么形成的？ 酵母菌进行无氧呼吸产生的
本请 并
节 结
完 成 习
做 好 复
束题 习
！
谢谢！
〖思考〗为什么要将海藻酸钠冷却至室温？
以免海藻酸钠温度过高杀死酵母菌
操作提示 海藻酸钠溶液必须冷却至室温，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。
（5）固定化酵母细胞
以恒定的速度缓慢的将注射器中的溶液滴加CaCl2 溶液中，将形成的凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡 30min左右。
酵母细胞的固定化(公开课)
.
5
一、基础知识
（一）固定化酶的 应用实例
总结：固定化酶技术的
优点：
•使酶既能与反应物接触， 又能与产物分离；
•固定在载体上的酶可以
被反复利用。
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6
在生产实际中使用固定化酶 技术有无不足?如有不足,怎么办?
有。一种酶只能催化一种化学
反应，而在生产实际中很多产
物的形成都通过一系列的酶促
反应才能进行，所以操作比较
麻烦。
可采用固定化细胞技术。
.
7
（包埋二法）是指固将定微生化物酶的细技胞术均和匀包固埋定在不化溶细于水胞的技多术孔性
载体中
化概学结念合：法利是指用将物酶分理子或或细化胞学相方互结法合将或将酶其或结合 到细载体胞上固定在一定空间的技术。
物理吸附法是指将酶吸附到包固体埋吸法附剂的表固或适 固面定者用 定化固于 化酶定细化胞细
3、反应后会混在产物中，可
能 影响产品质量
。
.
3
如果你是工程技术人 员，领导要你解决这个 问题，你怎么办？
固定化酶技术
.
4
一、基础知识 （一）、固定化酶的应用实例
阅读P49独立思考3分钟后小组合作讨论： 1、解决酶应用中存在问题的方法是？ 2、什么是高果糖浆？使用它有何好处？ 3、生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什么？ 这种酶有何特点？ 4、介绍一下反应柱及其优点 5、了解高果糖浆生产过程。 6、这种方法的优点是什么？
（浓度要适宜？）
验效果。
• 注意事项：
加热时要用小火， 或者间断加热（目的？）
.
18
二、实验操作——酵母细胞的固定化
（1）酵母细胞的活化： （2）配制CaCl2溶液： （3）配制海藻酸钠溶液：
酵母细胞的固定化
酵母细胞的固定化课题5 酵母细胞的固定化1. 游离酶、固定化酶和固定化细胞的⽐较(1) 物理吸附法(吸附法)是将酶吸附在载体表⾯的⼀种固定⽅法。
特点是⼯艺简便且条件温和，应⽤⼴泛。
实质是利⽤酶与载体之间的范德华⼒实现吸附。
(2) 化学结合法(交联法)是利⽤酶与载体之间形成的共价键将酶进⾏固定的。
2. 酵母细胞的固定化（1）活化:在缺⽔状态下，微⽣物处于休眠状态。
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。
（2）⽤蒸馏⽔配制CaCl溶液,⽽不⽤⾃来⽔。
原因是防⽌⾃来⽔中各种2离⼦影响实验结果。
溶液的作⽤：使胶体聚沉，凝胶珠形成稳定的结构。
（3）CaCl2（4）海藻酸钠的作⽤：包埋细胞。
溶液中浸泡⼀段时间，以便形成稳定的结（5）刚形成的凝胶珠应在CaCl2构。
（6）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。
（7）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。
3. ⽤固定化酵母细胞发酵（1）配制麦芽汁或葡萄糖溶液:注意浓度适宜，过⾼会造成固定的酵母细胞失⽔，甚⾄死亡。
（2）葡萄糖的作⽤：既可以作为发酵底物，也作为酵母菌细胞的营养物质。
（3）固定化酵母凝胶珠的处理:固定好的凝胶珠从氯化钙溶液取出后要⽤蒸馏⽔冲洗2~3次。
洗去氯化钙溶液的⽬的是防⽌凝胶珠硬度过⼤，影响通透性。
（4）发酵:开始时凝胶珠沉在发酵液的底部，⼀段时间后慢慢上浮且有⽓泡产⽣，发酵液有酒味。
思考：1.发酵过程中锥形瓶为什么要密封？2.锥形瓶中的⽓泡和酒精是怎么形成的？3.发酵时为什么要将温度控制在25℃？例题：为了探究啤酒酵母固定化的最佳条件，科研⼈员研究了氯化钙浓度对固定化酵母发酵性能的影响，结果如下图所⽰。
酵母菌细胞的固定化技术
浓度太低：固定的酵母菌太少
第四步：将海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合
① 过程 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，再转移至注射器中 ②注意事项 为什么要冷却至室温？
防止高温杀死酵母菌。恒定的速度缓慢的将注射器中的溶液滴加到配制好的 CaCl2溶液中，浸泡30min左右。 ②注意事项 为什么要浸泡30分钟？
③注意事项 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
第三步：配制海藻酸钠溶液
① 过程 称取0.2g海藻酸钠，放入40ml蒸馏水，用酒精灯小火间 断加热至完全溶化。 ②注意事项 为什么要小火间断加热？
防止海藻酸钠焦糊。 为什么说该步骤是实验成败的关键步骤？
浓度太高：得不到规则的凝胶珠
酵母菌细胞的固定化技术
一、基本步骤：
酵母细胞的活化 配制CaCl2溶液 配制海藻酸钠溶液 将海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合 固定化酵母细胞
第一步：酵母细胞的活化
加水 活化
由于缺水，酵母处于 休眠状态
活化的干酵母
第二步：配制0.05mol/L的CaCl2
① 过程 称取无水CaCl2 0.83g，放入200ml的烧杯中，加入150ml 的蒸馏水，使其充分溶解，待用 ② 目的 使胶体聚沉
以便凝胶珠形成稳定的结构
球形或椭 球形，浅 黄色
二、用固定化酵母发酵
1.将固定好的酵母细胞（凝胶珠）用_蒸__馏__水__冲洗2~3次。
2.发酵时的温度就为__2_5_℃___，时间_2_4_h____（底物为葡 萄糖） 3.将凝胶珠加入用于发酵的葡萄糖溶液后会发现有_气__泡___ 产生，同时有_酒__精__味散发。
酵母细胞的固定化(原创,上课用)
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分析：
1、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。高浓度海藻酸钠只能用粗针头注 射，针头粗也会粘着，难促使形成液滴。且高浓度海 藻酸钠不易形成滴状下落，形成条状，不是圆形或是 椭圆形，品相极差，并且凝胶珠容易破裂。
√如果浓度过低： 形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少。因为包埋 不紧密，细胞容易从包埋材料中漏出。且形成的凝胶 珠可能带细丝尾巴。
（二）观察发酵的葡萄糖溶液（P51） 利用固定的酵母细胞发酵产生酒精，若产生了很 多气泡，同时有酒味，则说明发酵成功 思考 1、酵母菌发酵过程中锥形瓶为什么要密封？ 酵母菌的酒精发酵是无氧呼吸需要缺 氧条件。 2、锥形瓶中的气泡和酒精是怎么形成的？ 酵母菌进行无氧呼吸产生的
本 节 结 束
请 完 成 导 学 案
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。
（4）固定化酶缺点：
一种酶只能催化一种化学反应，不能催化一系列 的酶促反应。
（5）解决方案：
固定化细胞技术
（二）固定化细胞技术（P50） 1.含义： 2.操作示意图：
反应物
利用化学或物理方法将细胞固定在一定空 间内的技术。
4.固定化细胞缺点：
固定的细胞与反应物不易接近，可能导致反应效果下降； 且不适用催化大分子反应。
但固定化细胞技术相对较为完善。
5.酶和细胞固定化方法
①包埋法
②物理吸附法
③化学结合法
5.酶和细胞固定化方法（图4-6）
将酶（或细胞）包埋在细微网格里 包埋法： 用于固定化细胞。因为细胞体积大，难以被吸 附或结合 将酶（或细胞）相互结合，或将其 结合到载体上。
实验：酵母细胞的固定化
制备的凝胶珠是成功的。
谢谢！
结束语
谢谢大家聆听！！！
10
玻璃棒、温度计、镊子
四、 实验方法和步骤
酵母细胞的活化 取市售干酵母按1g投入到20ml 36～38℃的温水中活化15～
20分钟，酵母细胞活化时体积会变大，活化前应该ห้องสมุดไป่ตู้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。
四、 实验方法和步骤
酵母细胞的固定化 在冷却至45～50℃左右海藻酸钠溶液中，加入5mL预热至
实验：酵母细胞的固定化
一、 实验目的和要求
了解固定化细胞的原理。 掌握用海藻酸钠制备固定化酵母细胞的方法。
二、 实验原理
工业上常用包埋法固定微生物细胞。根据包埋剂的特性 ，海藻酸钠在水相中加热溶解呈溶液状。将细胞加入混 匀，滴入氯化钙溶液中，由于离子的转移作用而凝固， 形成凝胶颗粒，凝胶颗粒中的微小空格将细胞固定。
35℃的酵母培养液，混合均匀。将混合液装入注射器中， 装上大好针头，以缓慢而稳定的速度将其滴入1.5％CaCl2 溶液中，边滴边摇动三角瓶，即可制得直径为3mm左右的 凝胶珠。
在CaCl2溶液中钙化30min，即可使用。
五、注意事项
加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环
一定要溶解彻底，在溶解过程中不断搅拌，在降温过程中不能低于45
海藻酸钙凝固的颗粒能反复使用，细胞在空格中可新陈 代谢（固定活细胞），也可以利用细胞中的酶进行酶促 反应（固定死细胞）。
本实验利用海藻酸钙凝胶包埋酵母生长细胞。
三、 实验材料和仪器
固定化细胞材料 2.5％海藻酸钠溶液20mL，加热助溶，冷至45℃备用。 配制50mL 1.5％CaCl2。 ● 20毫升注射器，150ml烧杯和50ml烧杯各一个、三角瓶、
实验一 酵母细胞的固定化
实验一酵母细胞的固定化一、实验原理与目的原理：固定化酶和固定化细胞技术是利用物理或化学方法将酶或者细胞固定在一定空间的技术，包括包埋法,化学结合法（将酶分子或细胞相互结合，或将其结合到载体上）和物理吸附法固定化，细胞多采用包埋法固定化。
常用的包埋载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维和聚丙烯酰胺等。
本实验选用海藻酸钠作为载体包埋酵母菌细胞。
目的:了解细胞固定化的原理；掌握酵母细胞固定化实验操作.二、仪器与用具仪器:50ml烧杯、200ml烧杯、玻璃棒、量筒、酒精灯、石棉网、针筒、三角瓶、水浴锅、恒温箱.化学材料：活化酵母菌(酵母悬液)、蒸馏水、无水CaCl2、海藻酸钠、葡萄糖。
三、试剂配制1、0.05mol/L的CaCl2溶液150ml；2、海藻酸钠溶液：每0.7g海藻酸钠加入10ml水加热溶液成糊状；3、10％葡萄糖溶液150ml。
四、实验方法与步骤1、干酵母活化：1g干酵母+10ml蒸馏水→50ml烧杯→搅拌均匀→放置1h，使之活化。
2、海藻酸钠溶液与酵母细胞混合：将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入已经活化的酵母细胞,用玻璃棒充分搅拌混合均匀。
3、固定化酵母细胞：用20ml注射器吸取海藻酸钠与酵母细胞混合液，在恒定的高度（建议距液面12~15cm处，过低凝胶珠形状不规则，过高液体容易飞溅），缓慢将混合液滴加到CaCl2中，观察液滴在CaCl2溶液中形成凝胶珠的情形。
将凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30min左右。
4、固定化酵母细胞发酵：用5ml移液器吸取蒸馏水冲洗固定好的凝胶珠2～3次，然后加入装有150ml10％葡萄糖溶液的三角瓶中，置于25℃发酵24h,观察结果。
实验开始时，凝胶球是沉在烧杯底部,24h后，凝胶球浮在溶液悬浮在上层,而且可以观察到凝胶球并不断产生气泡，说明固定化的酵母细胞正在利用溶液中的葡萄糖产生酒精和二氧化碳,结果凝胶球内包含的二氧化碳气泡使凝胶球悬浮于溶液上层.五、结果观察：打开瓶盖，闻气味,观察葡萄糖液中的变化。
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实验一酵母细胞的固定化一、实验原理与目的
原理：固定化酶和固定化细胞技术是利用物理或化学方法将酶或者细胞固定在一定空间的技术，包括包埋法，化学结合法（将酶分子或细胞相互结合，或将其结合到载体上）和物理吸附法固定化，细胞多采用包埋法固定化。
常用的包埋载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维和聚丙烯酰胺等。
本实验选用海藻酸钠作为载体包埋酵母菌细胞。
目的：了解细胞固定化的原理；掌握酵母细胞固定化实验操作。
二、仪器与用具
仪器：50ml烧杯、200ml烧杯、玻璃棒、量筒、酒精灯、石棉网、针筒、三角瓶、水浴锅、恒温箱。
化学材料：活化酵母菌（酵母悬液）、蒸馏水、无水CaCl2、海藻酸钠、葡萄糖。
三、试剂配制
1、L的CaCl2溶液150ml；
2、海藻酸钠溶液：每0.7g海藻酸钠加入10ml水加热溶液成糊状；
3、10%葡萄糖溶液150ml。
四、实验方法与步骤
1、干酵母活化：1g干酵母+10ml蒸馏水→50ml烧杯→搅拌均匀→放置1h，使之活化。
2、海藻酸钠溶液与酵母细胞混合：将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入已经活化的酵母细胞，用玻璃棒充分搅拌混合均匀。
3、固定化酵母细胞：用20ml注射器吸取海藻酸钠与酵母细胞混合液，在恒定的高度（建议距液面12~15cm处，过低凝胶珠形状不规则，过高液体容易飞溅），缓慢将混合液滴加到CaCl2中，观察液滴在CaCl2溶液中形成凝胶珠的情形。
将凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30min左右。
4、固定化酵母细胞发酵：用5ml移液器吸取蒸馏水冲洗固定好的凝胶珠2~3次，然后加入装有
150ml10%葡萄糖溶液的三角瓶中，置于25℃发酵24h，观察结果。
实验开始时，凝胶球是沉在烧杯底部，24h后，凝胶球浮在溶液悬浮在上层，而且可以观察到凝胶球并不断产生气泡，说明固定化的酵母细胞正在利用溶液中的葡萄糖产生酒精和二氧化碳，结果凝胶球内包含的二氧化碳气泡使凝胶球悬浮于溶液上层。
五、结果观察：打开瓶盖，闻气味，观察葡萄糖液中的变化。
六、思考题
1、酵母细胞活化的目的是什么？
2、为什么凝胶珠需要在CaCl2溶液中浸泡一定时间？
3、观察结果说明了什么问题？
4、分析可能导致酵母细胞包埋效果不理想的原因。