吸附法思考!直接使用酶固定化酶与固定化细胞各有什么优缺点

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酵母细胞的固定化(定)

酵母细胞的固定化(定)
生产高果糖浆需要: 葡萄糖异构酶
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。

酶和细胞的固定化

酶和细胞的固定化

交联法
交联法是利用双功能或多功能交联试剂,在酶 分子和交联试剂之间形成共价键的酶的固定化 方法。采用不同的交联条件和在交联体系中添 加不同的材料,可以产生物理性质各异的固定 化酶。
交联法与共价结合法一样也是利用共价键固定 酶,所不同的是它不使用载体。交联法制备较 难,酶活损失较大,一般作为其他固定化方法 的辅助手段。常用的双功能试剂有戊二醛、己 二胺、顺丁烯二酸酐、双偶氮苯等,其中应用 最广泛的是戊二醛。
共价结合法是酶以共价键结合于载体上的固定 化方法,即将酶分子上非活性部位功能团与载 体表面反应基团进行共价结合的方法。一般先 用化学方法将载体活化,再与酶分子表面的某 些基团如羧基、氨基、羟基等反应,形成共价 键。
共价结合法的优缺点
共价结合法所得的固定化酶与载体结合比较牢 固,有良好的稳定性及重复使用性,成为目前 研究最为活跃的一类酶固定化方法。但该法较 其他固定方法反应剧烈,固定化酶活性损失更 加严重。
缺点:但酶和载体之间结合力弱,pH、温度、 离子强度等条件的变化都易使酶从载体脱落, 并且污染催化反应产物。
离子结合法
离子结合法是酶通过离子键结合于具有离子交 换基的水不性载体上的固定化方法。此法的载 体有多糖类离子交换剂和合成高分子离子交换 树脂,如DEAE-纤维素 、AmberliteCG-50 、 XE-97和Dowex-50等。
物理吸附法:是利用酶和载体间的非特异性物 理吸附作用将酶固定在载体表面,这些物理吸 附作用包括范德华力、氢键、疏水作用、静电 作用等。
物理吸附法的优缺点
优点:条件温和,工艺简便,载体选择范围很 大,吸附时既可实现酶的固定化又可以达到纯 化的目的,吸附后酶的构象变化较小或基本不 变,因此对酶的催化活性影响小。
如光偶联法是以光敏性单体聚合物包埋固定化 酶或带光敏性基团的载体共价固定化酶,由于 条件温和,可获得酶活力较高的固定化酶。

固定化酶和固定化细胞

固定化酶和固定化细胞
再加DEAE-纤维素结合 结果:结合力增大(吸附量也大),也相当稳定,使
用寿命长,有时可以连续使用3个星期
吸附方法:
1.静态吸附,自然吸附、解吸、再吸附的固定化方法。 效率低,时间比较长,而且不完全。
2.电沉积,在载体附近加电极,酶移向载体表面的固 定化方法。需要酶在电场中不破坏,保持原来酶性 能。。
➢ 特点:操作简便、条件温和、不会引起酶变性失活, 载体廉价易得,可反复使用,但结合力较弱,酶与 载体结合不牢固易脱落。
物理吸附(氢键、疏水键等作用力将酶固定于不溶性载体上) 无机吸附剂(高岭土、皂土、硅酸、氧化铝等)
吸附量小、有些酶发生吸附变性 有机吸附剂(纤维素、胶原等)
吸附量略大(~50mg/g载体),不产生变性失活,比较 受重视。
吸附力弱,不适宜的pH,高盐浓度,高底物浓 度,高温等都能把吸附的酶解吸下来。
可以改善的方法: 1.选择最佳条件操作(如温度、pH) 2.选吸附量大的载体,控制酶和载体量
如烃基-琼脂糖衍生物吸附在酸性pH的酶(脲 酶)用亲和吸附剂 ConA-葡聚糖能专一吸附糖蛋白
对酶进行修饰以后再与载体结合,胰蛋白酶+丙 烯酸与顺丁烯二酸酐的水溶性共聚体共价偶联
避免影响酶的活性构型和相应基团
酶的偶联量: 单位载体上偶联酶的总量与“相对酶活力”之间的
平衡。
相对酶活力: 指固定化酶和蛋白量与相等的原酶的活力比。
由于固定化时,受到载体、方法、条件、酶反应系 统的影响,即使以上因素一定,还会受到酶偶联量的影响。
1.只有达到一定的偶联量,酶活性达到最高。 2.超过一定的偶联量,酶过多集中于载体的局部, 造成空间位阻效应,部分酶无法表现活性。随酶偶联量上 升酶活性反而下降。
寻找二者平衡点关系,才能使固定化酶活性达到最高。

固定化酶与固定化细胞

固定化酶与固定化细胞

世界上第一种工业化生产的固定化
酶 乙酰 -DL — Ala
L — Ala +乙酸
乙酰 -D — Ala
.
A-L-Ala A-D-Ala
储 罐
固定化 酶柱子


离心机




反应产物
L-Ala A-D-Ala
晶体 L-Ala
.
2.葡萄糖异构酶 世界上生产规模
最大, 应用最为成功 的一种固定化酶。
.
固定化方法
吸附法
包埋法 共价结 交联法
物理吸附法 离子吸附法
合法
制备难易 易

较难 难
较难
结合程度 活力回收

中等
高,酶易流失 高





中等
再生
可能
可能
不能 不能 不能
费用




中等
底物专一性 不变
不变
.
不变 可变 可变
三 细胞的固定化方法
• 1.固定化细胞的分类 • 2.固定化方法
.
1.固定化细胞的分类
.
3.固定化原生质体
意义:
(1)固定化原生质体去除了细胞壁的扩
散障碍,有利于氧的传递,营养成分
的吸收和胞内产物的分泌。
(2)原生质体不稳定,容易破裂,固定
化后,由于载体的保护作用,稳定性
提高。
.
二、固定化方法
(一)酶的固定化方法 固定化方法
吸附法 共价偶联法 交联法 包埋法
物理
离子交
吸附法 换吸附
酶活力的方法改进后才能用于测定固定化酶。 (二) 蛋白总量 1.双辛可宁酸法(BCA法) 2.考马斯亮蓝法 .

直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的区别

直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的区别

缺点 中的酶很难回收,不能被 实践中,很多产物的 尤其是大分子物质,
再次利用,提高了生产成 本;③反应后酶会混在产 物中,可能影响产品质量
形成都是通过一系列 可能导致反应效率 的酶促反应才能得到 下降等
各种物质(大分子、 小分子)
优点
催化效率高、低
Hale Waihona Puke ①酶既能与反应物接触,又 能与产物分离;②固定在载体
耗能、低污染等 上的酶还可以被反复利用
一系列
小分子
成本低,操作 更容易
①对强酸、强碱、高温和 一种酶只能催化一种 固定后的细胞与反
有机溶剂等环境条件非常 敏感,容易失活;②溶液
化学反应,而在生产 应物不容易接近,
直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的区别
直接使用酶
固定化酶
固定化细胞
酶的种类 常用载体 制作方法
一种或几种
一种
高岭土、皂土、硅 胶凝胶
化学结合法、物理吸附法
一系列酶
明胶、琼脂糖、海藻 酸钠、醋酸纤维素和 聚丙烯酰胺
包埋法
是否需要 营养物质



催化反应
单一或多种
单一
反应底物
各种物质(大分子、 小分子)

简述固定化酶的优点和不足

简述固定化酶的优点和不足

固定化酶的优点:
1.稳定性增强:固定化酶可以降低酶的降解,提高酶的稳定性,使
酶能够更长时间地保持活性。

2.反复使用:固定化酶可以在反应后分离出来,进行重复使用,从
而降低了生产成本。

3.方便操作:固定化酶可以方便地进行分离和纯化,减少了后续处
理的复杂性。

4.可控性高:通过控制固定化酶的条件,可以更好地控制反应条件,
提高反应的效率和产物的纯度。

5.适用范围广:固定化酶可以适用于不同类型的酶和不同的反应系
统,扩大了酶的应用范围。

固定化酶的不足之处:
6.酶活性的损失:在固定化过程中,酶的活性可能会受到一定的损
失。

7.物质传递限制:由于固定化载体和酶之间的传递阻力,可能会影
响反应速率。

8.载体材料的稳定性:一些载体材料在反应条件下可能会发生分解
或破坏,影响酶的稳定性和固定化效果。

9.成本较高:与游离酶相比,固定化酶的生产成本通常较高。

固定化酶与固定化细胞

固定化酶与固定化细胞
固定化多酶反应
生化代谢产物,需由多种酶经多步酶促反应才能合成. 生化代谢产物,需由多种酶经多步酶促反应才能合成. 多酶反应器,为制造那些在有机合成上很棘手的, 多酶反应器,为制造那些在有机合成上很棘手的,结构 复杂的生化代谢物开辟了一条新的途径. 复杂的生化代谢物开辟了一条新的途径.
固定化细胞
直接把微生物细胞固定化
包埋法是制备固定化细胞最常用的方法. 包埋法是制备固定化细胞最常用的方法.将 产酶菌株用包埋剂如聚丙烯酰胺凝胶, 产酶菌株用包埋剂如聚丙烯酰胺凝胶,琼脂糖 凝胶,琼脂,海藻酸,卡拉胶, 凝胶,琼脂,海藻酸,卡拉胶,二和三醋酸纤 胶原,明胶和戊二醛等包埋起来, 维,胶原,明胶和戊二醛等包埋起来,发挥酶 或酶系的作用. 或酶系的作用. 例如: 3m1细胞悬浮液加人到 例如:海藻酸包埋 3m1细胞悬浮液加人到 2% 溶液中,置冰箱10h 10h, 20ml 2%CaCl2溶液中,置冰箱10h,用 100ml生理盐水洗二次 生理盐水洗二次. 100ml生理盐水洗二次. 注意:如果反复使用固定化细胞,需要避免 注意:如果反复使用固定化细胞, 其他微生物的污染, 其他微生物的污染,在工业生产中细胞的固 定化是在严格无菌条件下进行. 定化是在严格无菌条件下进行.
酶分子被结合到水不溶性 载体上共价结合形成水不 溶性的固定化酶
交联法
使用双功能或多功能试剂使酶分子之间相互 交联呈网状结构的固定化方法. 交联呈网状结构的固定化方法. 最常用的双功能试剂有戊二醛, 最常用的双功能试剂有戊二醛,顺丁稀二酸 酐和乙烯共聚物等.酶蛋白中的游离氨基, 酐和乙烯共聚物等.酶蛋白中的游离氨基,酚 咪唑基及巯基均可参与交联反应. 基,咪唑基及巯基均可参与交联反应. 双功能试剂: 双功能试剂: 常用的是戊二醛 常用的是戊二醛 O O

酶及细胞固定化技术

酶及细胞固定化技术

酶及细胞固定化技术酶及细胞固定化技术是一种常见的生物技术方法,广泛应用于食品工业、医药工业、环境保护等领域。

通过这种技术,酶或细胞被固定在一种固体材料上,从而增强了它们的稳定性和重复使用性,提高了生产效率和产品质量。

本文将介绍酶及细胞固定化技术的原理、优势以及在不同领域的应用情况。

酶及细胞固定化技术的原理主要是通过将酶或细胞固定在一种固定载体上,使其能够稳定地存在于一定的环境中并保持其生物活性。

固定载体一般是多孔性的固体材料,如珠状树脂、活性炭、聚合物材料等。

在固定化过程中,酶或细胞通常会与载体表面发生物理或化学结合,从而实现固定化。

固定化后的酶或细胞能够在一定条件下发挥作用,实现对底物的转化或反应。

二、酶及细胞固定化技术的优势相较于游离态的酶或细胞,在固定化状态下具有以下优势:1.稳定性高:固定化后的酶或细胞能够更好地耐受环境变化,如温度、pH值等变化,从而提高其稳定性和长期使用的能力。

2.重复使用性强:固定化后的酶或细胞能够被多次使用,降低了成本,提高了生产效率。

3.易于分离:固定化后的酶或细胞与反应物之间的分离更加便利,便于后续操作和产品纯化。

4.改善环境适应性:固定化后的酶或细胞对不同环境条件的适应能力更强,可在复杂环境中发挥作用,适用范围更广。

5.抑制酶或细胞的不良反应:在固定化状态下,酶或细胞的不良反应如自身降解被抑制,更加稳定可靠。

酶及细胞固定化技术在食品工业中得到了广泛应用。

一些发酵产品的生产过程中,固定化酶或细胞能够提高发酵效率、缩短发酵周期,并且保证产品的稳定性和质量。

在乳制品工业中,利用固定化乳酸菌进行发酵能够保持产品的风味和质量,并且加速乳酸发酵的速度,提高了生产效率。

固定化酶还可以应用于酶解工艺,如利用固定化酶对淀粉、蛋白质等进行水解,得到高质量的发酵原料。

固定化技术还可以用于改善食品加工过程中的废水处理,通过固定化细胞去除废水中的有机物和重金属离子,净化废水,达到环保的目的。

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练习:
1、制备固定化酵母细胞的过程中错误的是(

A、取干酵母,加入蒸馏水,使其活化
B、配制海藻酸钠时,加热用大火,直到海藻酸钠溶化为止
C、将溶化好的Βιβλιοθήκη 藻酸钠溶液冷却至室温,加入已活化的酵
母细胞
D、将凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30 min左右
2、下列叙述不正确的是(

A、从操作角度来考虑,固定化细胞比固定化酶容易
B、固定化细胞比固定化酶对酶的活性影响更小
C、固定化细胞固定的是一种酶
D、将微生物的发酵过程变成连续的酶反应应选择固定化细
胞技术
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。
固定后的酶或细胞与
成本低,操作更容易。
反应物不容易接近, 可能导致反应效果下
降等。
三、实验操作
(一)制备固定化酵母细胞
1、酵母细胞的活化
思考: 关于酵母菌你知道哪些知识? 什么是活化? 怎样活化? 应注意什么?
固定化细胞固定的是一系列酶 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? 固定化细胞技术
5.如果反应底物是大分子物质,又应该采用哪种方法? 固定化酶技术
1、 对固定酶的作用影响较小的固定方法 是什么?
吸附法。
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)。
2、配制物质的量浓度为0.05mol/L 的CaCl2溶液
3、配制海藻酸钠溶液
应当注意什么问题? 1、加热时要用小火,或者间断加热 2、海藻酸钠的浓度 浓度过高——将很难形成凝胶珠; 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。
4、海藻酸钠溶液与酵母细胞混合
为什么海藻酸钠溶液要冷却至室温?
(二)固定化细胞技术
将酶或细胞固定化的方法
将酶(或细胞)包
包埋法
埋在细微网格里
将酶(或细胞)
化学结合法
相互连接起来 将酶(或细胞)吸
吸附法
附在载体表面上
课堂讨论:
1.从操作角度来考虑,你认为固定化酶技术与固定化 细胞技术哪一种方法更容易?
固定化细胞技术 2. 哪一种方法对酶活性的影响更小?
固定化细胞技术 3.固定化细胞固定的是一种酶还是一系列酶?
直接使用酶、固定化酶与固定化细胞各有什么优缺点?
类型 直接使用酶
优点
不足
对环境条件非常敏感,
容易失活;溶液中的
催化效率高,低耗能、 低污染等。
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 固定化细胞
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) 固定化酶的应用实例
阅读P49,并思考: 1、解决酶应用中存在问题的方法是? 2、这种方法的优点是什么? 3、什么是高果糖浆?使用它有何好处? 4、生产高果糖浆需要什么酶?其作用是
什么?这种酶有何特点? 5、了解高果糖浆生产过程。
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。
5、固定化酵母细胞
以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到配制好的 CaCl2溶液中,观察液滴在CaCl2溶液中形成凝胶珠的情形。 将这些凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30 min左右。
这一阶段成功与否呢?怎样评价?
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)固定化酵母细胞的发酵
冲洗:将固定的酵母细胞凝胶珠用蒸馏水冲 洗2~3次。
发酵:150mL10%葡萄糖+固定化酵母细胞 →200mL锤形瓶→密封→25℃发酵24h。
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样形成的?
3、在利用固定化酶或固定化细胞进行生产的 过程中,需要无菌操作吗?
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