固定化微生物技术ppt.
固定化微生物废水处理技术及其应用ppt课件演示文稿
UASB.ABR. IC. EGSB. AF.AFB 等生物处理 工艺
微生物固定化过程
微生物的结合固定化过程
悬浮态微生物
向载体表面输送
可逆附着 不可逆附着
固定微生物生长、固定化
载体的选择
对微生物 无毒 价格低廉 性质稳定 使用寿命长 不易降解
机械强度 高、传质 性能好
天然高分子凝 胶载体
琼脂、角叉莱胶和海藻 酸钙等
环境特征
pH值
离子强度 水流状态 基质类型
温度
固定化微生物技术在 废水处理中的应用
固定化微生物技术 的主要特征
1
密集微生物， 维持反应器中的生物量浓度
易于实现固液分离
2
3
适用于含有有毒有害物的处理
固定化微生物技术 的主要应用
难降解有机废水的处理
1 2 3
含酚废水的处理
含芳香族类化合物 废水的处理 其他难降解废水的 处理
不同固定化技术比较
优 点
• 制备容易 • 可选用的载体类型多 • 载体可再生回用
…
…
表面吸附技术
缺 点
• 被固定的微生物活性较低 • 细胞与载体作用力较弱，需较 长时间完成初始固定化过程
优 点
• 固定化强度高 • 易于固液分离 • 可工业化操作
… …
包埋固定化
缺 点
• 载体不能再生 • 制备工艺复杂 • 机械强度弱，可使用寿命较短
包埋法 将微生物菌体包 埋在半透性的聚 合物凝胶或膜内 ，小分子的底物 和产物可以自由 出入，而微生物 却不会漏出
交联法 是通过微生物与 具有两个或两个 以上官能基团的 试剂反应，使微 生物菌体相互连 接成网状结构而 达到固定化微生 物的目的
酶与细胞的固定化课件.ppt
采用明胶作载体,戊二醛作交联剂 制备固定化果胶酯酶（焦云鹏，2005）
固定化果胶酯酶的热稳定性
固定化果胶酯酶的pH稳定性
采用明胶作载体,戊二醛作交联剂 制备固定化果胶酯酶（焦云鹏，2005）
固定化果胶酯酶作用的最适温度
固定化果胶酯酶作用的最适pH值
5、酶的动力学特征 固定化酶的表观米氏常数Km随载体的带电性能变化。 二者电荷不同，因静电作用，固定化酶的表观Km值低于溶液的Km值； 电荷相同，由于亲和力降低，固定化酶的表观Km值显著增加。
Cefaclor(R1=H,R3=Cl) Cephalexin(R1=H,R3=Me) Cefadroxil(R1=OH,R3=Me)
酶促合成头孢类抗生素
CHCOOCH3 + H2N
NH2
O
S
Synthetase
N CH3
COOH
Esterase
CHCOOH +
NH2
CHCONH
NH2 O
S
N CH3
交联法有2种形式即酶直接交联法和酶辅助蛋白交联法。
酶直接交联法：在酶液中加入适量多功能试剂，使其形成不溶性衍生物。 固定化依赖酶与试剂的浓度、溶液pH和离子强度、温度和反应时间之间 的平衡。
酶辅助蛋白交联法：为避免分子内交联和在交联过程中因化学修饰而引起 酶失活，可使用第二个"载体"蛋白质（即辅助蛋白质，如白蛋白、明胶、 血红蛋白等）来增加蛋白质浓度，使酶与惰性蛋白质共交联。
二、固定化酶和固定化细胞的性质与表征 （一）固定化酶的性质 1、酶的活性 多数情况下固定化酶的活力常低于天然酶。原因：酶结构变化与空间
位阻。
2、酶的稳定性 大多数固定化酶具有较高的稳定性、较长的操作寿命和保存寿命。
固定化酶与固定化细胞 ppt课件
• 固定化细胞意义：用完整的细胞作为生物催化剂， 以充分有效地利用生物细胞内的特定酶或多酶系 统。
ppt课件
4
优点
①省去对酶的提取过程，使酶的损失和生产 成本降到最低程度；
②可以利用细胞的多酶系统直接生产有价值 的产物。
ppt课件
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第一节 酶和细胞的固定化
一、固定化酶和细胞的定义及特点 二、固定化方法 三 细胞的固定化方法
缺点：结合力弱，易解吸 附。
ppt课件
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2.共价偶联法（covalent binding or covalent coupling）
借助共价 键将酶的活性 非必需侧链基 团和载体的功 能基团进行偶 联。
ppt课件
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1）载体：亲水载体优于疏水载体
如:天然高分子衍生物:
纤维素
葡聚糖凝胶 亲和性好，机械性能差
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戊二醛有两 个醛基，均可与 酶或蛋白质的游 离氨基反应,使酶 蛋白交联。
此法与共价偶联法利用的均是共价键， 不同之处：交联法不使用载体。
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交联反应既能发生在分子间，也可 发生在分子内。
• 酶浓度低时，交联发生在分子内，酶 仍保持溶解状态。 • 酶浓度高时，交联发生在分子间，酶 变为不溶态。
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优越性：
(1)降低成本，省去酶的分离纯化工作; (2)既可作为单一酶，也可作为复合酶系
完成部分代谢过程。 局限性： (1)细胞内多种酶的存在，会形成不需要的副
产物。 (2)细胞膜、细胞壁和载体都存在着扩散限制
作用。
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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。
微生物固定化技术
固定化微生物技术是将特选的微生物固定在选证的载体上，使其高度密集并保持生物活性，在适宜条件下能够快速、大量增殖的生物技术。
这种技术应用于废水处理，有利于提高生物反应器内微生物(尤其是特殊功能的微生物)的浓度，有利于微生物抵抗不利环境的影响，有利于反应后的固液分离，缩短处理所需的时间。
利用固定化微生物技术提高废水处理效率的工艺方法也被称作”生物增效”，其适用的领域非常广泛，例如:化粪池、隔油槽、排水管、城市污水处理厂以及工业废水…等。
一般而言,针对特殊污染源，来自天然环境的微生物消耗很快、效率低下，即使有快速的繁殖能力仍不足以负荷。
因此,生物增效的作业过程还是依循自然的方式，向目标添加定制的、具有已知降解能力的微生物制剂(固定化微生物），处理效果则有明显的提升。
现在所研究的生物吸附剂的固定化方法主要有以下几种:1吸附法吸附法一般依靠生物体与载体之间的作用，包括范德华力、氢键、静电作用、共价键及离子键，两者间的屯电位,在微生物体和载体的相互作用中起重要作用。
常用的吸附载体有活性炭、木屑、多孔玻璃、多孔陶瓷、磁铁矿、硅藻土、硅胶、纤维素、聚氨醋泡沫体、离子交换树脂等。
它是一种简单易行、条件温和的固定化方法，但用它固定的生物体不够牢靠，容易脱落。
2交联法交联法又称无载固定化法，是一种不用载体的工艺,通过化学、物理手段使生物体细胞间彼此附着交联。
化学交联法它一般是利用醛类、胺类等具有双功能或多功能基团的交联剂与生物体之间形成共价键相互联结形成不溶性的大分子而加以固定，所使用的交联剂主要有戊二醛、聚乙烯酞胺、表氯醇等等。
物理交联法在是指在微生物培养过程中，适当改变细胞悬浮液的培养条件（如离子强度、温度、pH值等)，使微生物细胞之间发生直接作用而颗粒化或絮凝来实现固定化，即利用微生物自身的自絮凝能力形成颗粒的一种固定化技术。
3包埋法在微生物的固定化方法中，以包埋法最为常用。
它的原理是将生物体细胞截留在水不溶性的凝胶聚合物孔隙的网络中，通过聚合作用或通过离子网络形成,或通过沉淀作用，或通过改变溶剂、温度、pH值使细胞截留.凝胶聚合物的网络可以阻止细胞的泄露，同时能让基质渗入和产物扩散出来。
微生物固定化技术
固定化微生物技术是将特选的微生物固定在选证的载体上，使其高度密集并保持生物活性，在适宜条件下能够快速、大量增殖的生物技术。
这种技术应用于废水处理，有利于提高生物反应器内微生物(尤其是特殊功能的微生物)的浓度，有利于微生物抵抗不利环境的影响，有利于反应后的固液分离，缩短处理所需的时间。
利用固定化微生物技术提高废水处理效率的工艺方法也被称作"生物增效"，其适用的领域非常广泛，例如:化粪池、隔油槽、排水管、城市污水处理厂以及工业废水…等。
一般而言，针对特殊污染源，来自天然环境的微生物消耗很快、效率低下，即使有快速的繁殖能力仍不足以负荷。
因此，生物增效的作业过程还是依循自然的方式，向目标添加定制的、具有已知降解能力的微生物制剂(固定化微生物)，处理效果则有明显的提升。
现在所研究的生物吸附剂的固定化方法主要有以下几种:1吸附法吸附法一般依靠生物体与载体之间的作用，包括范德华力、氢键、静电作用、共价键及离子键，两者间的屯电位，在微生物体和载体的相互作用中起重要作用。
常用的吸附载体有活性炭、木屑、多孔玻璃、多孔陶瓷、磁铁矿、硅藻土、硅胶、纤维素、聚氨醋泡沫体、离子交换树脂等。
它是一种简单易行、条件温和的固定化方法，但用它固定的生物体不够牢靠，容易脱落。
2交联法交联法又称无载固定化法，是一种不用载体的工艺，通过化学、物理手段使生物体细胞间彼此附着交联。
化学交联法它一般是利用醛类、胺类等具有双功能或多功能基团的交联剂与生物体之间形成共价键相互联结形成不溶性的大分子而加以固定，所使用的交联剂主要有戊二醛、聚乙烯酞胺、表氯醇等等。
物理交联法在是指在微生物培养过程中，适当改变细胞悬浮液的培养条件(如离子强度、温度、pH值等)，使微生物细胞之间发生直接作用而颗粒化或絮凝来实现固定化，即利用微生物自身的自絮凝能力形成颗粒的一种固定化技术。
3包埋法在微生物的固定化方法中，以包埋法最为常用。
它的原理是将生物体细胞截留在水不溶性的凝胶聚合物孔隙的网络中，通过聚合作用或通过离子网络形成，或通过沉淀作用，或通过改变溶剂、温度、pH值使细胞截留。
高中生物《第四章 第三节 酵母细胞的固定化》课件5 新人教版选修1
2.你认为哪个步骤的操作是最重要的一环？ 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。
图为某同学利用海藻酸钠固定化酵母细胞的 实验结果，出现此结果的可能原因有 ACD A．海藻酸钠浓度过高 B．酵母细胞已经死亡 C．注射器中的溶液推进速度过快 D．注射器距离CaCl2溶液液面太近
4.本课题采用包埋法固定细胞，常用的载体材料有 哪些？
1.什么是固定化酶或固定化细胞技术，可以采用什 么方法固定？
利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间 的技术。可用包埋法、化学结合法和物理吸附法
包埋法
化学结合法
物理吸附法
半透膜微囊
2.固定化酶或固定化细胞技术分别适合使用哪种方 法？为什么？
1.什么是高果糖浆？使用它有何好处？
高果糖浆是果糖含量为42%左右的糖浆。作为蔗糖的替 代品，高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖尿病、 龋齿和心血管病，对人的健康有利。 你能写出果糖的分子式吗? 它属于什么糖? 2.生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什么？这种 酶有何特点？
生产高果糖浆需要葡萄糖异构酶；其作用是将葡萄糖 转化为果糖；这种酶稳定性好，可持续发挥作用。
（二）用固定化酵母细胞发酵
1.将固定化的酵母细胞（凝胶珠）用蒸馏水冲洗2到3次。
2.将150ml质量分数为10%的葡萄糖溶液转移到200ml的锥 形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于25摄氏度下发 酵24h。
利用固定化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。
【中图版】高中生物选修一34《酶的固定化》PPT课件
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固定化细胞的优点 (1)固定化细胞含有一系列的酶，可以催化一系列的反应。 (2)反应的条件较易控制。 (3)使用时间更长。
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1．生产酒精时，使用固定化细胞比固定化酶更好，原因不包括( ) A．固定化细胞中含有一系列酶(与生产酒精有关) B．固定化细胞比固定化酶更经济、成本更低 C．固定化细胞需要提供营养物质 D．固定化细胞比固定化酶对环境条件要求低
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(4)制备固定化大肠杆菌的步骤为： ①______________________________________________________________； ②______________________________________________________________； ③______________________________________________________________； ④______________________________________________________________。
优点
催化效率高、耗能低、 污染低
①既能与反应物接触， 又能与产物分离 ②可以反复利用
成本低，操作容易、 寿命长
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①固定化细胞使用的都是活细胞，因此应提供一定的营养物质。 ②固定化细胞由于保证了细胞的完整性，因而酶的环境改变较小，酶活性受 外界影响也较小。
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二、固定化酶的制备及利用 1．酶的固定化：(1)18.6%的 CaCl2 溶液和甲醇溶液处理(10 s)，冲洗、吸干。 (2)3.65 mol/L 的盐酸水解(45 min)，蒸馏水冲洗至中性。 (3)在 5%的戊二醛溶液中浸泡(20 min)。 (4)0.1 mol/L 的磷酸缓冲液洗涤，(多次)吸干。 (5)放 1 mg/mL 的木瓜蛋白酶溶液中(4 ℃处理 3.5 h)。 ↓
第五章固定化酶及固定化技术 ppt课件
载体与酶的相互作用：
载体与酶的直接作用可能表现为活力丧失、破坏酶结 构、封闭酶活性部位等。
改变之一：构象改变、立体屏蔽
构象改变： 酶分子构象发生某种扭曲，导致
酶与底物结合能力或催化能力下降
4.包埋法
是指将酶或含酶微生物包裹在多孔的载体中。 网格型； 微囊型。
网格法
——将酶分子或微生物包埋在凝胶格子里。 天然凝胶：琼脂凝胶、海藻酸钙凝胶、角叉菜胶、明胶等 合成材料：聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和光敏树脂等。
网格型包埋法是固定化微生物中用得最多、最有效的方法。
微囊型
半透膜包埋法（微囊化法）： 将酶包埋在有各种高分子聚合物制成的小囊中，
固定化酶的过程中还存在几个亟待解决解决的难题 ：
酶的活性中心发生物理化学变化导致酶活力降低 酶固定化后多了空间屏障,增加了传质阻力 酶和载体结合不牢固,容易脱落,酶活力损失大 固定化颗粒成型困难
固定化技术的改进
定点固定化技术 抗体偶联、生物素－亲和素亲和、氨基酸置换（Cys）
质量转移效应:
分配效应（催化剂颗粒内外不同的溶质浓度），外部或内部（微孔）扩散效应；这些给 出了游离酶在合适反应条件下的效率。
稳定性:
操作稳定性(表示为工作条件下的活性降低)，贮藏稳定性
效能:
生产力（产品量/单位活性或酶量），酶的消耗（酶单位数/公斤产品）
包括：
酶本身的变化:
主要由于活性中心的氨基酸残基、高级结构和电荷状 态等发生变化;
但是载体和酶的结合力比较弱，容易受缓冲液种 类或pH的影响，在离子强度高的条件下进行反应 时，酶往往会从载体上脱落。
共价结合法
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共价结合法
• 共价结合法是细胞表面上官能团和固相支 持物表面的反应基团形成化学共价键连接， 从而固定微生物的方法。
交联法
• 交联法是通过微生物与具有两个或两个以 上官能基团的试剂反应，使微生物菌体相 互连接成网状结构而达到固定化微生物的 目的。
在水产养殖中的应用
• • • • 改善养殖水体环境 提高鱼种运输成活率 提高鱼苗育种的成活率 生态防病
包埋法
• 包埋法是将微生物包裹于凝胶格子或聚合
物半透膜微胶囊中的方法。
吸附法
• 吸附法就是依据带电荷的细胞和载体之间 的静电、表面张力和粘附力的作用，使细 胞固定在载体表面和内部形成生物膜
包络法
• 包络法以人工合成生物相容性好的聚丙烯 酸酯共聚物基体型多孔颗粒为载体。 微生 物即可在该多孔载体外表面生成机械强度 高的生物膜，又可在载体内孔中聚集大量 的微生物，增大了微生物的聚集密度，而 且提高了生物粒子承受水力负荷的能力。
固定化微生物技术与水体养殖
谭秋菊 0810413
固定化微生物技术
• 固定化微生物技术是指利用化学或物理的 手段将游离的微生物定位于限定的空间区 域并使之成为不悬浮于水仍保持生物活性， 可反复利用的方法 。
固定化微生物制备方法
• 物理固定法：包埋法、吸附法、包络法 • 化学固定法：共价结合法、交联法