專題4酶的研究與應用課題1果膠酶在果汁生產中的應用課題背景我國水果生產發展迅速，每年上市的新鮮水果品種多、數量大。但由于收獲的季節性強，易造成積壓滯銷，腐爛變質。水果的加工技術，不僅可以緩解產銷矛盾，而且能夠提高產品的附加值，滿足人們不同層次的需求。水果的加工包括制作果汁、果干、果粉和果酒等。在本課題中，我們將探究果膠酶在果汁生產中的應用，探究利用果膠酶制作蘋果汁的適宜條件，自己動手制作蘋果汁。制作果汁要解決兩個問題：一是果肉的出汁率低，耗時長；二是榨取的果汁渾濁、黏度高，易沉淀。一、基礎知識（一）酶的基礎知識3、酶的作用機理1、酶的概念2、酶的本質及基本組成單位4、酶的特性酶是活細胞所產生的具有生物催化作用的一類特殊的有機物蛋白質（大多數）或RNA；基本組成單位：氨基酸或核糖核苷酸酶能降低化學反應的活化能高效性、專一性、需要適宜的條件（二）果膠酶的作用閱讀課本P42的內容，思考下列問題：

什么是果膠，其單體是什么？果膠對果汁制作的影響？什么是果膠酶？果膠酶在果汁制作中的作用是什么？（二）果膠酶的作用什么是果膠，其單體是什么？果膠對果汁制作的影響？果膠是植物細胞壁以及胞間層的主要組成成分之一，它是由半乳糖醛酸聚合而成的一種高分子化合物，不溶于水。影響果汁的出汁率，還會使果汁渾濁。果膠不僅會影響出汁率，還會使果汁渾濁。植物細胞壁、胞間層的主要組成成分

半乳糖醛酸聚合而成的高分子化合物，不溶于水植物細胞模式圖果膠：3、如何能夠提高水果的出汁率并使果汁變得澄清？在生產上，人們使用果膠酶等來解決上述問題4、什么叫果膠酶？果膠酶并不特指某一種酶，而是分解果膠的一類酶的總稱，包括多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶和果膠脂酶等。基礎知識果膠酶果膠半乳糖醛酸5、果膠酶在果汁制作中的作用①分解果膠，瓦解植物的細胞壁及胞間層；使果膠水解為半乳糖醛酸。②提高水果的出汁率，并使果汁變得澄清。（三）酶的活性與影響酶活性的因素閱讀課本P42—43的內容，思考下列問題：什么是酶的活性？表示酶活性高低的方法及衡量標準？影響酶活性的因素有哪些？1、什么是酶的活性？2、表示酶活性高低的方法及衡量標準？指酶催化一定化學反應的能力。在一定的條件下，酶所催化的某一化學反應的反應速度可表示酶活性的高低。酶反應速度用單位時間內單位體積中反應物的減少量或生成物的增加量來表示.3、影響酶活性的因素有哪些？在較低溫度時，隨著溫度的升高，酶的活性也逐漸提高，達到最適溫度時，酶的催化能力最高，但高于最適溫度后，酶的催化能力迅速下降，最后完全失去催化能力。A、溫度對酶的影響①溫度：溫度、PH、酶抑制劑酶活性受pH值影響的示意圖果膠酶的最適溫度為45～50℃。B、果膠酶的最適溫度C、高溫使酶的活性喪失后，酶的活性可否恢復？為什么？低溫呢？不能恢復，因高溫破壞了酶的分子結構，高溫對酶造成不可逆的破壞。但低溫使酶的活性降低后，緩慢恢復其溫度活性仍可恢復。酶的催化能力的發揮有一個最適pH

，在低于最適pH時，隨著pH的升高，酶的催化能力也相應升高，高于最適pH時，隨著pH的升高，酶的活性逐漸下降，pH過高或過低會使蛋白質變性，當蛋白質變性后，酶也就完全喪失了活性。A、pH對酶的影響②pH：B、果膠酶的最適pH果膠酶的最適pH范圍為3.0～6.0。酶活性受pH值影響的示意圖③酶的抑制劑：Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋等金屬離子對果膠酶有抑制作用。酶活性受pH值影響的示意圖酶活性受pH值影響的示意圖（四）果膠酶的用量：1、酶的生產①提取法：采用各種技術，直接從動物或微生物的細胞或組織中將酶提取出來（在原料充分的地區得以應用）。②發酵法：通過微生物發酵來獲得人們所需的酶（20世紀50年代以來生產酶的主要方法），如用曲霉、青霉等微生物發酵生產果膠酶。③化學合成法：成本比較高，只能合成已知結構的酶。2、控制酶的用量生產果汁時，為了果膠酶得到充分的利用，節約成本，需要控制好酶的用量。1、果膠酶的作用①果膠：半乳糖醛酸聚合成的高分子化合物，不溶于水②果膠酶：分解果膠的一類酶的總稱基礎知識③果膠酶的作用2、酶的活性與影響酶活性的因素①酶的活性：催化能力。活性高低可用反應速度表示小結果膠酶果膠半乳糖醛酸②影響酶活性的因素：溫度、PH、酶抑制劑3、果膠酶的用量適宜

溫度、pH值、果膠酶的用量、水果種類、水果泥的用量、酶作用反應的時間、過濾的方法、時間等。實驗設計影響果汁出汁率的主要因素有哪些？思考：溫度、PH主要影響酶的活性。閱讀課本資料，學習有關探究實驗的內容。討論：完成“溫度對果膠酶活性的影響”的實驗設計（1）實驗的題目：（2）實驗的目的：（3）實驗原理：（4）實驗材料與用具：（5）實驗方法、步驟：（6）預測實驗結果：（7）結論：實驗設計二、實驗設計（一）探究溫度對果膠酶活性的影響:1.討論：該實驗中，哪個因素作為自變量？哪個因素為因變量？應控制哪些因素不變？自變量:溫度因變量：果汁的體積或澄清度。無關變量：蘋果泥的用量、果膠酶的用量和濃度、水浴的時間、反應的時間、過濾的時間等。實驗設計2、設計原則：3、探究方法：對照原則和等量原則。通過設置溫度梯度的手段進行探究。實驗設計4、設計實驗方案，確定實驗程序:設計實驗方案時，必須考慮的具體問題①確定溫度梯度果膠酶的適宜溫度為45-50℃確定溫度梯度為5C0或10C0實驗設計②確定控制溫度的方法和措施③確定水果種類恒溫水浴鍋或如右圖這樣用冰水或熱水勾兌保溫效果較好的實驗材料：蘋果、橙子、梨實驗設計

蘋果梨西紅柿橙子按水果：水=1:3的質量比進行攪拌，獲得稀的果泥

實驗設計⑤確定水果泥的用量可以采用5g(約為5mL)左右實驗設計⑦測定果膠酶活性的方法⑥確定果膠酶的用量用量：

質量百分比濃度為1～2%的果膠酶溶液2mL。

過濾水果泥，通過測定濾出的果汁的體積大小來判斷果膠酶活性的高低⑧果汁過濾（1）可用濾紙，但過濾所需時間長，濾液較少；（2）也可用一層紗布，但果汁澄清度較差。特別提示：此時提醒學生充分過濾，并防止果汁灑出。實驗設計

⑨記錄實驗數據用量筒測量濾出的果汁，精確到0.1mL，記錄到表格中。實驗設計探究溫度對果膠酶活性的影響1.實驗原理:（1）果膠酶活性受溫度的影響，在最適溫度下，其活性最高。（2）果肉出汁率、澄清度與果膠酶活性成正比。實驗設計2.實驗儀器和設備：特別提示：如果用恒溫水浴箱，則可以不使用酒精燈、石棉網燒杯、量筒、試管、漏斗、溫度計、玻璃棒、濾紙、滴管、三角架、酒精燈、石棉網榨汁機、電子天平、恒溫水浴箱2、實驗操作流程：

⑴制備水果泥⑵配制果膠酶⑶保溫——蘋果泥和果膠酶分別進行（多個溫度）⑷將水果泥和果膠酶混合保溫⑸過濾出果汁⑹記錄果汁量⑺改變不同的溫度/PH后重復以上實驗①、用榨汁機榨取適量的蘋果汁（蘋果泥），并配制一定濃度的果膠酶備用。②、取大燒杯

只，并注明溫度：300C、350C、400C、450C、500C、550C、600C、650C、700C。9③、取試管

支，

支倒入10mL果汁（A管），

支倒入2mL

溶液（B管）。1899果膠酶④、將不同溫度的水倒入相應的燒杯中，每只燒杯中放入

試管各一支，并插入一支溫度計。在恒溫水浴中保溫。A管B管⑤、保持水溫恒定。一段時間后

將果膠酶和蘋果泥混合⑥、利用

處理后的果汁，用量筒測量果汁的體積并設計表格記錄。長頸漏斗過濾設計記錄數據的表格溫度/OC果汁量/ml30354045505560657068912119753[得出結論與分析]畫曲線圖；最適溫度在實際的操作過程中，還需要注意下列事項：1．與其他工業用酶基本相同，果膠酶的適宜溫度范圍也比較寬泛，因此，可以選用10℃作為溫度梯度，設置的具體溫度為10℃、20℃、30℃、40℃、50℃和60℃等，課題中以5℃作為溫度梯度。2．水浴時間一般為20～30min。實驗設計(1)將蘋果洗凈去皮，用磨漿機制成蘋果泥，加入適量蒸餾水備用。2、實驗操作流程(2)分別向編號為l～9的9個100mL潔凈的燒杯中各加入20ml蘋果泥(3)將試管中的果膠酶溶液和燒杯中的蘋果泥的溫度分別調至0℃、10℃、20℃、…、80℃，再把溫度相等的果膠酶溶液和蘋果泥相混合后，放置一段時間。(4)過濾后測量記錄果汁體積（量）將果泥和果膠酶分裝在不同的試管中恒溫處理，可以保證底物和酶在混合時的溫度是相同的，避免了果泥和果膠酶混合時影響混合物的溫度，從而影響果膠酶活性的問題。?

為什么在混合蘋果泥和果膠酶之前，要將果泥和果膠酶分裝在不同的試管中恒溫處理？（二）探究pH對果膠酶活性的影響果膠酶的活性受pH影響，處于最適pH，酶的活性最高，高于或低于此值活性均下降。果肉的出汁率、果汁的澄清度與果膠酶的活性大小成正比。1、實驗原理2、實驗操作流程:

2、實驗操作流程有兩位同學分別用以下兩種方法操作：(1)將蘋果洗凈去皮，用磨漿機制成蘋果泥，加入適量蒸餾水備用。(2)分別向編號為l～7的7個100mL潔凈的燒杯中各加入20ml蘋果泥之后，下面兩種操作： 方法一：將試管中的果膠酶溶液和燒杯中的蘋果泥相混合，再把混合液的pH分別調至4、5、6…10。 方法二：將試管中果膠酶溶液和燒杯中蘋果泥的pH分別調到4、5、6……10，再把pH相等的果膠酶溶液和蘋果泥相混合。請問哪一種方法更為科學，并說明理由？實驗設計請問哪一種方法更為科學，并說明理由？方法二的操作能夠確保酶的反應環境從一開始達到實驗預設的pH（或“方法一的操作會在達到預定pH之前就發生了酶的催化反應”）。（2）實驗步驟中有玻璃棒攪拌的操作，其目的是使什么？酶和反應物（果膠）充分地接觸,催化反應，以減少實驗誤差實驗設計(3)如果用曲線圖的方式記錄實驗結果，在現有的條件下，以橫坐標表示pH，縱坐標表示(果汁體積或果膠分解速率)，實驗操作和記錄是比較切實可行的。根據你對酶特性的了解，請在下圖中選擇一個最可能是實驗結果的曲線圖

。若實驗所獲得的最適宜pH=m，請你在所選的曲線圖中標出“m”點的位置。甲m果膠分解率3、設計記錄數據的表格PH果汁量/ml4、得出結論與分析：畫曲線圖；最適PH實驗設計問2．在探究溫度或pH的影響時，是否需要設置對照？如果需要，又應該如何設置？為什么？需要設置對照實驗，但不用另外設置，不同的溫度梯度之間或不同的pH梯度之間就可以作為對照，這種對照稱為相互對照。問3．A同學將哪個因素作為變量，控制哪些因素不變？為什么要作這樣的處理？B同學呢？（p44)

實驗設計A同學：自變量：溫度（或pH）不變：蘋果泥、果膠酶用量，反應、過濾時間等。只有保證一個變量，實驗結果才能說明問題。B同學：對于變量的控制應該與A相同但觀察因變量的角度不同。果膠酶將果膠分解為小分子物質，小分子物質可以通過濾紙，因此蘋果汁的體積大小反應了果膠酶的催化分解果膠的能力。在不同的溫度和pH下，果膠酶的活性越大，蘋果汁的體積就越大。4想一想:為什么能夠通過測定濾出的蘋果汁的體積大小來判斷果膠酶活性的高低？溫度是變量，應控制果泥量、果膠酶的濃度和用量、水浴時間和混合物的pH等所有其他條件不變。只有這樣才能保證只有溫度一個變量對果膠酶的活性產生影響。問5．當探究溫度對果膠酶活性的影響時，哪個因素是變量，哪些因素應該保持不變？實驗設計需要設置對照實驗，不同的溫度梯度之間或不同的pH梯度之間就可以作為對照，這種對照稱為相互對照。?在探究溫度或pH的影響時，是否需要設置對照？如果需要，又應該如何設置？為什么？（三）探究果膠酶的用量：1、實驗原理：在一定的條件下，隨著酶濃度的增加，果汁的體積增加；當酶濃度達到某一數值后，在增加酶的用量，果汁的體積不再改變，此值即是酶的最適用量。自變量：果膠酶的量因變量：果汁的體積實驗設計

探究果膠酶的用量是建立在探究最適溫度和pH對果膠酶活性影響的基礎之上的。此時，研究的變量是

，其他因素都應

。果膠酶的用量保持不變思考：該實驗中，如何設置酶用量的梯度？方案①：不同濃度相同體積的果膠酶溶液

方案②：同一濃度不同體積的果膠酶溶液

實驗設計

需要注意的是，反應液的pH必須相同，否則將影響實驗結果的準確性。設置酶用量梯度準確稱取純的果膠酶1mg、2mg、3mg、4mg、5mg、6mg、7mg、8mg、9mg，配制成相等體積的水溶液，放入9支試管中，并編號1～9。b.制備水果泥另取9支試管各加入5g（即5ml）水果泥。2、實驗步驟：實驗設計

試管編號123456789果膠酶含量（mg/每克果汁）0.20.40.60.81.01.21.31.41.5果汁量（ml）實驗結果記錄表格如下：c.將上述試管放入40℃恒溫水浴保溫5分鐘，d.將不同濃度的果膠酶溶液分別迅速與各試管的水果泥混合，然后再放入40℃水浴保溫20分鐘。e.過濾出果汁，用量筒測量果汁的體積。實驗設計

實驗設計

榨出的果汁與果膠酶用量的關系曲線圖實驗設計

3、結論與分析：最適用量注意：不同條件，最適用量不相同①本實驗的自變量、因變量、無關變量分析(以探究果膠酶的用量實驗為例)變量名稱含義實例關系實驗變量(自變量)實驗中實驗者所操縱的因素或條件實驗變量為原因，反應變量是結果，二者是因果關系反應變量(因變量)由于實驗變量而引起的變化和結果無關變量除自變量外，對實驗結果造成干擾的其他因素果膠酶的量果汁量溫度等知識拓展②實驗結果與分析：③根據你對酶的特性的了解，畫出實驗結果的可能坐標曲線：如果隨著酶濃度的增加，過濾到的果汁的體積也增加，說明酶的用量不足；當酶的濃度增加到某個值后，再增加酶的用量，過濾到的果汁的體積不再改變，說明酶的用量已經足夠，那么，這個值就是酶的最適用量。三、結果分析與評價1、溫度、pH與果膠酶活性的關系一般為50mg/l左右，因為用此濃度處理果汁2～4小時后果汁率增加10％后不再增加。2、在最適溫度和pH條件下制作1L蘋果汁，使用多少果膠酶最合適？為什么？3、你做出了澄清的蘋果汁了嗎？粗略地估算你制作1L蘋果汁的成本，其價格接近于市場價嗎？如果有明顯不同，你能分析產生差異的原因嗎？蘋果泥的用量、果膠酶的用量和酶的催化條件如溫度、PH是否適宜等不僅影響到是否制作出澄清的蘋果汁，還影響到蘋果汁制作的成本。4、如果從你繪制的曲線圖中無法判斷出果膠酶的最適pH或溫度，你將如何改進實驗方法？（1）重新設置溫度或PH梯度。（2）檢查無關變量是否一致并最適宜。課后練習（P45)大規模生產與實驗室制備的主要不同點是：1.有兩次瞬間高溫滅菌；2.酶處理的時間相對較長；3.有離心分離步驟和濃縮步驟。1、分別用0℃和100

℃的溫度處理某種酶后，酶都沒有活性，但（）AA、經過0℃處理的酶活性能夠恢復

B、經過100℃處理的酶活性能夠恢復

C、經過0℃處理的酶的空間結構遭破壞

D、經過100℃處理的酶被水解成了氨基酸課堂練習2、將乳清蛋白、淀粉、胃蛋白酶、唾液淀粉酶和適量的水混合裝入一個容器內，調整pH至2.0，保存于37℃的水浴鍋內。過一段時間后，容器內剩余的物質是（）A、淀粉、胃蛋白酶、多肽、水B、唾液淀粉酶、淀粉、胃蛋白酶、水C、唾液淀粉酶、胃蛋白酶、多肽、水D、唾液淀粉酶、麥芽糖、胃蛋白酶、多肽、水A提示：唾液淀粉酶最適pH＝6.8，其化學本質是蛋白質3.果膠酶常在0-4℃下保存。其原因是Ａ．此溫度條件下，酶的活性最高。Ｂ．此溫度條件下，酶變性失活。Ｃ．低溫可降低酶的活性，但酶不變性失活。Ｄ.自然條件下，果膠酶常在0-4℃下發生催化作用。C4．果膠酶是分解果膠的一類酶的總稱，它不包括()A．多聚半乳糖醛酸酶B．果膠分解酶

C．乳糖分解酶D．果膠酯酶C5．探究溫度對果膠酶活性的影響、pH對酶活性的影響、果膠酶的用量三個實驗中，實驗變量依次為()A．溫度、酶活性、酶用量

B．蘋果泥用量、pH、果汁量

C．反應時間、酶活性、酶用量

D．溫度、pH、果膠酶用量D6．在用果膠酶處理果泥時，為了使果膠酶能夠充分地催化反應，應采取的措施是()A．加大蘋果泥用量

B．加大果膠酶用量

C．進一步提高溫度

D．用玻璃棒不時地攪拌反應混合物D7．工業生產果汁時，常常利用果膠酶破除果肉細胞壁以提高出果汁率，為研究溫度對果膠酶活性的影響。某學生設計了如下實驗：①將果膠酶與蘋果泥分裝于不同試管，在10℃水浴中恒溫處理10分鐘（如圖A）③將步驟②處理后的混合物過濾，收集濾液，測量果汁量（如圖C）。④在不同溫度條件下重復以上實驗步驟，并記錄果汁量，結果如下表：②將步驟①處理后的果膠酶和蘋果泥混合，再次在10℃水浴中恒溫處理10分鐘（如圖B）。溫度/℃1020304050607080出汁量/ml813152515121110根據上述實驗，請分析回答下列問題：（1）果膠酶能破除細胞壁，是因為果膠酶可以促進細胞壁中________的水解。（2）實驗結果表明，當溫度為_____時果汁量最多，此時果膠酶的活性______。當溫度再升高時，果汁量降低，說明：____。（3）實驗步驟①的目的是：____________________________________________________________。（4）為什么說果汁體積越大，酶的活性越高？果膠40℃最高溫度升高，酶的活性降低使得酶與果泥處于同一溫度條件下。

果膠酶可將果膠分解為小分子物質，小分子物質可以通過濾紙。所以蘋果汁的體積就越大，表明果膠酶的活性越高。8.某生物課外活動小組發現，新鮮水果比放置一段時間的水果硬。他們根據所學知識，認為可能的原因是放置一段時間的水果果膠酶含量高，而且果膠酶能將細胞壁分解，使水果細胞相互分離，導致水果變軟。為了探究上述假設是否正確，他們進行了如下探究：實驗原理：_________________________________________________________________________________。

實驗假設：____________________