高中生物选修1学案1：4.1果胶酶在果汁生产中的作用

专题4 酶的研究与应用

课题1 果胶酶在果汁生产中的作用

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1.简述果胶酶的作用。

2.检测果胶酶的活性。

3.探究温度、pH和酶的抑制剂对果胶酶活性的影响及果胶酶的最适用量。

一、基础知识

1．果胶酶的作用

(1)果胶的成分及作用：果胶是植物________以及________的主要组成成分之一，它是由________________聚合而成的一种高分子化合物，不溶于水。

(2)果胶酶的作用：果胶酶能够把果胶分解成可溶性的________________。

(3)果胶酶的组成：果胶酶并不特指某一种酶，而是____________的一类酶的总称，包括________________、________________和____________等。

提醒由于原核生物的细胞壁的主要成分是肽聚糖，真菌细胞壁的主要成分是几丁质，因此这两类生物的细胞壁均不能用纤维素酶和果胶酶除去。

(4)果胶酶的来源：______、________、________和________均能产生果胶酶。由________发酵生产的果胶酶是食品加工业中使用量最大的酶制剂之一，被广泛地应用于果汁加工业。2．酶的活性与影响酶活性的因素

(1)酶的活性：是指酶________________的能力。酶活性的高低可以用在一定条件下，酶所催化的某一化学反应的____________来表示。

(2)酶的反应速度：用____________内、____________中反应物的________或产物的________来表示。

影响酶活性的因素主要有________、________和____________等。

3．酶的用量

酶用量过多，会导致酶的________；酶用量过少，会________酶促反应的速度。因此要得到适宜的酶用量，需通过设计实验进行探究。

二、实验设计

1．探究温度对酶活性的影响

①果胶酶活性受温度影响。在一定范围内，随着温度的升高，酶的活性逐渐________；超过一定温度之后，随着温度的升高，酶的活性逐渐降低；当达到一定温度后，酶的活性____________。酶的活性随温度的升高而变化的趋势可用下图表示：

②通过测定____________内滤出的________________大小来判断果胶酶的活性的原理是：果胶酶将果胶分解为可溶性的半乳糖醛酸，半乳糖醛酸可通过滤纸，因此________________和________________反映了果胶酶催化分解果胶的能力。在不同的温度和pH条件下，果胶酶的活性越高，苹果汁的体积就________，同时果汁也越________。

(2)实验操作流程

各取一支分9组，分别放入30℃、35℃、40℃、45℃、

50℃、55℃、60℃、65℃和70℃的恒温水箱中恒温加热

↓

待试管内温度稳定后，将果胶

酶加入相同温度的苹果泥内

↓

恒温保持10 min

↓

比较果汁的澄清度，或过滤果汁，用量筒测量果汁的

量，并记录结果

(3)记录结果

①本实验的实验对象是____________，温度为________，属于探究性的定量实验。这类实验的自变量通常是通过设置梯度来确定最适值。第一轮实验设置的梯度差通常较大，缩小范围后，在第二轮实验中可设置较小的梯度差。酶遇高温变性后，很难再恢复活性，不宜再回收利用。

②在混合苹果泥和果胶酶之前，要将苹果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理，其目的是____________________________相同，避免苹果泥与果胶酶混合时影响混合物的温度，从而影响果胶酶的活性。

提醒(1)探究不同温度(或pH)对果胶酶活性的影响，温度(或pH)为自变量，且应严格控制其他无关变量均相同，通过设置合理的温度(或pH)梯度来确定最适值。

(2)在苹果泥和果胶酶混合之前，一定要保证底物和酶先达到相同的条件(温度或pH)，避免混合后条件发生变化，以确保实验结果的准确性。

2．探究pH对酶活性的影响

(1)实验原理

大部分酶的活性受pH的影响，在一定pH下，酶促反应具有最大速度，高于或低于此pH，反应速度都下降，通常称此pH为酶反应的________。

pH对酶活性的影响可用下图表示：

(2)实验流程及注意问题

①用搅拌器搅拌制取苹果泥，苹果泥来源要________(最好是同一个苹果)。

注意制取苹果泥时，可先将苹果切成小块放入搅拌器中，加入适量的水后再进行搅拌；如果用橙子做实验，不必去皮。

②将分别装有________和________的试管在恒温水浴中保温。

注意a．苹果泥的用量和果胶酶的用量比例要适当。

b．恒温水浴的温度可用上一实验测出的最适温度。

③将苹果泥和果胶酶分别加入9组实验用的试管中(pH梯度可设置为5.0、5.5、6.0、6.5、

7.0、7.5、8.0、8.5、9.0)，并快速混合调节pH。

注意a．在探究不同pH对果胶酶活性的影响时，可以用体积分数为0.1%的NaOH溶液或盐酸调节pH。

b．在用果胶酶处理苹果泥时，为了使果胶酶能够充分地催化反应，应用玻璃棒不时地搅拌反应混合物。

④放进恒温水浴中反应一段时间。

⑤将试管中混合物过滤，并用量筒量取果汁体积，比较果汁多少。

⑥记录实验结果，确定最适pH。

3.探究果胶酶的用量

(1)实验原理

实验中如果随着酶的用量增加，过滤到的果汁的体积也增加，说明酶的____________；当酶的用量增加到某个值后，再增加酶的用量，过滤到的果汁的体积____________，说明酶的用量已经足够，那么，这个值就是酶的____________。

(2)实验流程

①准确称取纯的果胶酶1 mg、2 mg、3 mg、4 mg、5 mg、6 mg、7 mg、8 mg、9 mg，配制成________体积的酶的水溶液，取等量放入9支试管中，依次编号为1～9号。

制取苹果泥并称45 g苹果泥，分装入9支试管中，每支试管中分装5 g，依次编号为1～9号。

②将上述分别装有果胶酶和苹果泥的试管放入37℃的恒温水浴中平衡内外温度。

③一段时间后将不同浓度的果胶酶分别迅速与各试管的苹果泥混合，然后再放入恒温水浴中。

④记录反应时间，约20 min。

⑤过滤后测量果汁体积。

(3)结果分析及评价

①温度和pH在很大程度上对酶的空间结构会产生巨大的影响。

②因有其他无关变量影响，实际用量比理论值稍多。一般为50 mg/L左右，因为用此浓度处理果汁2～4 h后出汁率增加10%后不再增加。当然，不同果汁的使用量有较大差别。

③实验中所用的果胶酶尽量使用其纯酶制剂或不含抑制物的粗酶制剂，以免影响对酶用量的估算。

对点训练

知识点一果胶酶在果汁生产中的作用

1．下列关于果胶酶的说法，正确的是()

A．果胶酶可以分解细胞壁的主要成分——纤维素

B．果胶酶是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物

C．果胶酶不特指某种酶，而是分解果胶的一类酶的总称

D．果胶酶的化学本质是RNA

2．果胶酶的作用底物是果胶，下列有关叙述正确的是()

A．果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一

B．果胶酶可催化果胶分解成可溶性的半乳糖，使得浑浊的果汁变澄清

C．果胶是由半乳糖聚合而成的一种高分子化合物

D．果胶酶就是果胶分解酶的简称

知识点二实验设计

3．探究温度对果胶酶活性的影响、pH对酶活性的影响、果胶酶的用量三个实验中，实验变量依次为()

A．温度、酶活性、酶用量

B．苹果泥用量、pH、果汁量

C．反应时间、酶活性、酶用量

D．温度、pH、果胶酶用量

4．下列操作错误的是()

A．用橙子做本课题的实验，应去掉橙皮

B．用体积分数为0.1%的NaOH溶液或盐酸调节pH

C．为了使果胶酶能够充分地进行催化反应，应用玻璃棒不时地搅拌反应混合物

D．制作苹果泥时，可先将苹果切成小块放入榨汁机中

——★参考答案★——

一、1.(1)细胞壁胞间层半乳糖醛酸(2)半乳糖醛酸

(3)分解果胶多聚半乳糖醛酸酶果胶分解酶果胶酯酶(4)植物霉菌酵母菌细菌霉菌

2．(1)催化一定化学反应反应速度(2)单位时间单位体积减少量增加量温度pH酶的抑制剂 3.浪费限制

二、1.(1)①增强全部丧失②单位时间苹果汁的体积

苹果汁的体积大小果汁的澄清度越大澄清(4)①酶的活性自变量②保证底物和酶在混合时的温度

2．(1)最适pH(2)①相同②苹果泥果胶酶

3．(1)用量不足不再改变最适用量(2)①相等

对点训练

1．[答案]C

[解析]因为酶具有专一性，因此果胶酶只能分解果胶而不能分解纤维素，因此A错误；半乳糖醛酸是果胶的组成单位，而不是果胶酶的组成单位，因此B错误；果胶酶是能够分解果胶的一类酶的总称，其化学本质是蛋白质，基本组成单位是氨基酸，因此D错误。]

2. [答案]A

[解析]果胶是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物；果胶被果胶酶分解后的产物是半乳糖醛酸；果胶酶是一类酶的总称，包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。3．[答案]D

[解析]实验变量又称自变量，指实验中由实验者所操纵的因素和条件，例：探究温度对酶活性影响时，需要设置不同的温度梯度作为对照，所以温度就是实验变量；同理，研究pH对酶活性影响的自变量为pH，研究果胶酶的用量实验，实验变量为酶的用量。

4．[答案]A

[解析]在用橙子制作果汁时，不必去除橙皮，这样可以增加果汁的口味和颜色；调节pH用体积分数为0.1%的NaOH或HCl溶液；玻璃棒搅拌可使混合物均匀；制作苹果泥时，为方便榨汁，可先将苹果切成小块，再放入榨汁机中。