固定化釀酒酵母細胞的酒精發酵
一、目的和要求
1、 了解固定化酶及微生物細胞固定化的原理及其優缺點。
2、 掌握固定化細胞中基本、常用的方法。
3、 學會利用固定化釀酒酵母細胞進行酒精發酵。
二、原理
人們利用微生物進行發酵生產的主要目的在于利用微生物的固有酶系進行各種相關的酶促反應。當考慮到微生物細胞可將各種酶再生,并且酶在細胞內比提取出來后的穩定性更高的特點,科學家們開始了從酶的固定化研究進入了微生物細胞固定化的研究歷程。
固定化酶和固定化細胞的原理是將酶或微生物細胞利用物理、化學方法,將酶或細胞與固體的水不溶性支持物(或稱載體)相結合,使其既不溶于水,又能保持酶和微生物的活性。它們在固相狀態下既可作用于底物,又具有與離子交換樹脂相似的特點,而且還具有一定的機械強度,便于操作。由于酶和微生物細胞被固定在載體上,因而它們在反應結束后,還能夠反復使用,并在貯存較長時間后依然保持酶和微生物的活性不變。因此該技術在近代微生物發酵工業上的應用和發展,大大提高了酶促反應效率,并能夠進行自動化、管道化等連續化生產,不僅降低了生產成本,而且提高了產品質量。
微生物的酶通常可被分為胞外酶和胞內酶。胞外酶由微生物細胞合成后分泌到培養基中,而胞內酶則在整個培養過程中始終保留在細胞內或細胞表面,只有當細胞裂解后才能釋放到培養基中,因此,在使用胞內酶時,應先將其由細胞內提取出來,因此給酶固定化帶來了許多麻煩,同時也增加了成本。因而,使得微生物細胞固定化技術取代酶固定化技術成為了必然。微生物細胞固定化技術的優點是可避免復雜的酶提取和純化過程,同時也解決了酶的不穩定性問題,并且細胞經固定化后酶活性通常較高,操作穩定性也較好。
微生物細胞固定化常用的載體有:①多糖類(纖維素、瓊脂、葡萄糖凝膠、藻酸鈣、K-角叉膠、DEAE-纖維素等);②蛋白質(骨膠原、明膠等);③無機載體(氧化鋁、活性炭、陶瓷、磁鐵、二氧化硅、高嶺土、磷酸鈣凝膠等);④合成載體(聚丙稀酰胺、聚苯乙烯、酚醛樹脂等)。
三、實驗材料
1、菌種:釀酒酵母(Sacchoromyces cerevisiae)
2、培養基:300ml三角瓶分裝30ml種子培養基YPD,300ml三角瓶分裝200ml玉米粉發酵培養基,每種各4瓶。
3、滅菌物品:培養皿(Φ=150mm和Φ=90mm),100ml小燒杯,10ml注射器外套及5#靜脈針頭,500ml三角瓶,18×180mm試管中分裝5ml生理鹽水,150ml三角瓶分裝50ml生理鹽水,300ml三角瓶分裝200ml無菌水。
4、試劑:海藻酸鈉,4% K2Cr2O7溶液,飽和K2CO3溶液,甘油封料。
5、其它:100ml小燒杯,移液管,長滴管,1ml、2ml吸管,10ml刻度試管,玻璃棒,藥勺,小刀,康維皿,722分光光度計。
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