一、固定化酶的应用实例——高果糖浆的生产（阅读教材P49）
2．葡萄糖异构酶的固定：将葡萄糖异构酶固定在颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装入反应柱中。
3．生产操作
(1)生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入。
(2)使葡萄糖溶液流过反应柱，与固定化葡萄糖异构酶接触。 (3)葡萄糖转化成果糖，从反应柱的下端流出。
4．优点：反应柱可以连续使用半年，大大降低了生产成本，提高了果糖的产量和质量。
二、固定化细胞技术（阅读教材P50）
1．概念：利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术。 2．方法：包括包埋法、化学结合法和物理吸附法。 3．根据不同固定对象选择固定方法 (1)细胞多采用包埋法固定化。
(2)酶多采用化学结合和物理吸附法固定化。
三、实验设计——固定化酵母细胞的制备（阅读教材P50～51） 1．制备固定化酵母细胞
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2．用固定化酵母细胞发酵
(1)操作步骤：将用蒸馏水冲洗过的固定好的酵母细胞(凝胶珠)――→用于发酵的葡萄糖溶液中。
(2)现象：有气泡产生；有酒味散发。
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[共研探究]
1．酶能加快化学反应速率，但溶液中的酶难以回收，不能被再次利用。解决该问题的方法：将酶固定于不溶于水的载体上，使酶既能与反应物接触，又能与产物分离，还可重复利用。
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2．固定化酶的应用实例
(1)固定化酶的装置
将酶固定在一种颗粒状的载体(如图中②)上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱(如图中①)内，柱子底端装上分布着许多小孔的筛板(如图中③)。酶颗粒无法通过筛板的小孔，而反应溶液却可以自由出入。
(2)高果糖浆的生产
装置中②固定的酶为葡萄糖异构酶，从反应柱的甲端注入葡萄糖溶液，使葡萄糖溶液流过反应柱，与固定化葡萄糖异构酶反应，转化成果糖，从反应柱的下端流出。
3．固定化细胞技术
(1)常用的几种固定方式[连线]
①的特点是：能将酶或者细胞吸附到载体表面。
②的特点是：能将酶分子或细胞相互连接，或者结合到载体上。 ③的特点是：能将酶或者细胞包埋在不溶于水的多孔性载体中。
(2)固定化细胞常用的载体：明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。它们都是不溶于水的多孔性物质。
4．固定化酶和固定化细胞的比较 固定对象 适宜 固定法 特点 固定化酶 酶 化学结合法、物理吸附法 体积小，固定一种酶，使用包埋法容易从包埋材料中漏出 固定化细胞 细胞 包埋法 体积大，固定一系列酶，很难用化学结合法和物理吸附法 5.固定方法的选择[连线]
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6．关于固定化酶和固定化细胞的两个结论
(1)固定化细胞对酶活性影响最小，因为固定化细胞保证了细胞的完整性，酶环境改变小，对其活性影响小。
(2)固定化细胞使用活细胞，为了保证活细胞生活的需要，应为其提供一定的营养物质。
[总结升华]
直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较 酶的种数 常用载体 直接使用酶 一种或几种 / 固定化酶 一种 固定化细胞 一系列酶 明胶、琼脂糖、海藻高岭土、皂土、硅胶、酸钠、醋酸纤维素、凝胶 聚丙烯酰胺 化学结合法固定化、物理吸附法固定化 否 各种物质(大分子、小分子) 单一 不利于催化 一系列的酶 促反应 包埋法固定化 是 小分子物质 一系列 反应物不易与固定后的细胞接触，尤其是大分子物质，反应效率下降 制作方法 是否需要 营养物质 反应底物 催化反应 / 否 各种物质(大 分子、小分子) 单一或多种 ①对环境条件非常敏感，易失活 ②难回收，成本高，影响产品质量 缺点 优点
①既能与反应物接催化效率高、低耗能、成本低、操作容易，触，又能与产物分离；低污染 能产生一系列酶 ②可以反复利用 [对点演练]
1．下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是( ) A．固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显 B．固定化酶的应用中， 要控制好pH、温度和溶解氧 C．利用固定化酶技术能降解水中所有的污染物
D．利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用只是作为反应底物
[解析]选A 固定化细胞与固定化酶有许多相似之处，但也有较大的区别(酶与活细胞有区别)，固定化细胞主要应用在一些需要活体细胞进行持续性处理的生产过程中，A正确；
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固定化酶不像普通酶那样对环境要求那么高，耐受性比较好，和溶解氧没什么关系，B错误；酶具有专一性，只能降解部分有机污染物，C错误；利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类作为反应底物，同时也作为碳源来提供能量和物质，D错误。
[共研探究]
利用酵母菌发酵可以生产酒精，利用固定化细胞技术可以提高发酵效率。实验中可以用海藻酸钠来包埋酵母细胞。
1．制备固定化酵母细胞及应用(完成表格中的实验操作) 步骤 实例图象 主要操作 在50 mL烧杯中加入1 g干酵母，再加入10 mL蒸馏水，用玻璃棒搅拌均匀，放置1小时使其活化 称0.83 g CaCl2放入200 mL烧杯中，加入150 mL蒸馏水，使其溶解，配制物质的量浓度为0.05 mol/L的CaCl2溶液 称0.7 g海藻酸钠放入50 mL烧杯中，加入10 mL水，用酒精灯小火或间断加热，边加热边搅拌，直至溶化 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，进行充分搅拌，使其混合均匀，再转移至注射器中 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 将凝胶珠用蒸馏水冲洗2～3次，加入到葡萄糖溶液中，置于25 ℃下发酵24 h 酵母细胞的活化 配制CaCl2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 用固定化酵母细胞发酵 2.酵母细胞固定化实验的易混点
(1)酵母细胞固定前要活化，原因：使处于休眠状态的酵母细胞恢复正常的生活状态。 (2)在制备固定化酵母细胞过程中，CaCl2溶液使海藻酸钠胶体发生聚沉，形成凝胶珠。 (3)在配制海藻酸钠溶液时，小火加热并不断搅拌的目的：防止海藻酸钠焦糊；已溶化好的海藻酸钠溶液要冷却至室温再加入已活化的酵母细胞，防止高温杀死酵母细胞。
(4)酵母菌的酒精发酵需要无氧条件，所以发酵时锥形瓶要密封。
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(5)无氧条件下，酵母菌进行无氧呼吸产生酒精和二氧化碳。
(6)在利用固定化酶或固定化细胞进行生产的过程中，无菌操作的原因：如果希望反复使用固定化酵母细胞，需要避免其他微生物的污染。
[总结升华] 1．制备固定化酵母细胞的注意事项
(1)在缺水状态下，微生物处于休眠状态。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。酵母细胞需要的活化时间较短，一般为0.5～1 h，但实验时需要提前做好准备。
(2)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。
(3)加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环，关系到实验的成败，一定要按照教材的提示进行操作。加热时要用小火，或者间断加热，反复几次，直到海藻酸钠溶化为止。
(4)海藻酸钠的浓度关系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。
(5)溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温，否则会因温度过高而导致酵母菌死亡。 (6)可利用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠，用作对照。
(7)海藻酸钠胶体在CaCl2这种电解质的作用下，发生聚沉，形成凝胶珠，需稳定30 min左右。
(8)细胞的固定化要在严格无菌的条件下进行；反复使用固定化酵母细胞时，酵母菌种要纯，用具和材料要严格消毒，注意温度控制，营养全面，还需要避免其他微生物的污染。
2．实验结果分析与评价
(1)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，需要再做尝试。
(2)利用固定的酵母细胞发酵产生酒精[C6H12O6――→2C2H5OH(酒精)＋2CO2＋能量]，可 以看到产生了很多气泡，同时会闻到酒味，而不含酵母菌的凝胶珠所做的对照实验则无此现象。
【方法规律】 检验凝胶珠质量是否合格的方法
(1)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。
(2)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。
[对点演练] 2．下列有关固定化酵母细胞制备步骤的叙述，不恰当的是( ) A．应使干酵母与水混合并搅拌，以利于酵母菌活化 B．配制海藻酸钠溶液时要用小火或间断加热的方法
C．向刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入已活化的酵母细胞，充分搅拌并混合均匀
D．将与酵母细胞混匀的海藻酸钠溶液注入CaCl2溶液中，会观察到CaCl2溶液中有球形的凝胶珠形成
解析：选C 将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，方可加入已活化的酵母细胞。
酶
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1．下列属于固定化酶应用特点的是( )
①可以被反复利用 ②有利于酶与产物分离 ③能自由出入载体 ④一种固定化酶只催化一种酶促反应 ⑤酶多用包埋法固定化
A．①②③ B．③⑤ C．①②④ D．①②⑤
解析：选C 酶被固定化后可与产品分离，故可反复使用，但不能自由出入依附的载体。通常情况下固定化酶种类单一，所以只催化一种酶促反应。
2．固定化细胞常用包埋法固定化，原因是( ) A．包埋法固定化操作最简便 B．包埋法对酶活性的影响最小 C．包埋法固定化具有普遍性
D．细胞体积大，难以被吸附或结合
解析：选D 由于细胞体积大，难以被吸附或结合，常用包埋法固定化。 3．制备好的凝胶珠是否符合应用要求，常用的检测方法有( ) ①挤压法 ②摔打法 ③观察法 ④培养法 A．①②③ B．②③④ C．①③④ D．①②④
解析：选A 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，也能表明制作成功；此外，还可以通过观察凝胶珠的颜色和形状来判断。
4.如图为固定化酶的反应柱示意图，请据图回答：
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(1)请在横线上填出各标号的名称。
①________，②________，③________。
(2)与一般酶制剂相比，固定化酶的突出优点是____________________；固定化细胞的优点是__________________________________。
(3)③的作用是__________________________。
(4)制作固定化葡萄糖异构酶所用的方式有________和________。 (5)据图说出反应柱的作用原理。
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。
解析：与一般的酶制剂相比，固定化酶不仅能与反应物充分接触，还能与产物分离，并且可以反复利用；与固定化酶相比，固定化细胞能催化一系列的化学反应，并且固定化细胞成本更低，操作更容易；使用固定化酶技术往往利用一个反应柱，反应柱下端有一个分布着小孔的筛板，酶颗粒无法通过筛板，而反应溶液却可以自由出入。
答案：(1)反应柱 固定化酶 分布着小孔的筛板
(2)既能与反应物接触，又能与产物分离，还能被反复利用 成本更低，操作更容易，且能催化一系列的反应 (3)使酶颗粒无法通过，反应溶液却可以自由出入
(4)化学结合法 物理吸附法 (5)反应液从反应柱的上端注入，使反应物溶液流过反应柱，与固定化酶接触，得到的产物从反应柱下端流出
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