2017-2018年高中生物 第3章 酶的制備及應(yīng)用 第2節(jié) 酶在食品加工中的應(yīng)用學(xué)案 中圖版選修1

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1、 第二節(jié) 酶在食品加工中的應(yīng)用 一、果膠酶及作用 1．未成熟果實(shí)較硬的原因 未成熟果實(shí)含果膠質(zhì)較多，果肉結(jié)合緊密。 2．果膠酶的分布和獲取 (1)果膠酶廣泛存在于植物果實(shí)和微生物中。 (2)工業(yè)上采用曲霉、青霉等微生物發(fā)酵來(lái)生產(chǎn)果膠酶。 3．果膠酶的作用 果膠酶可以把果膠分解成小分子有機(jī)酸，使不溶性的果膠溶解。 二、不同濃度果膠酶對(duì)澄清蘋(píng)果汁出汁率的影響 　本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)程序是制備蘋(píng)果汁、配制不同濃度的酶液、降解蘋(píng)果汁、沉淀、記錄結(jié)果。 預(yù)習(xí)完成后，請(qǐng)把你認(rèn)為難以解決的問(wèn)題記錄在下面的表格中 問(wèn)題1 問(wèn)題2 問(wèn)題3 問(wèn)題4 一、

2、果膠和果膠酶的組成及作用比較 果膠 果膠酶 組成 半乳糖醛酸聚合而成的高分子化合物 多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶、果膠酯酶等 作用 參與細(xì)胞壁的組成，不溶于水 將不溶性的果膠分解為可溶性的半乳糖醛酸 二、探究溫度對(duì)果膠酶活力的影響 1．實(shí)驗(yàn)原理 果膠酶活力受溫度影響。處于最適溫度時(shí)，酶活力最高。在一定范圍內(nèi)，果肉的出汁率、果汁的澄清度與果膠酶的活力大小成正比。 2．操作步驟 實(shí)驗(yàn) 溫度 30 ℃ 35 ℃ 40 ℃ 45 ℃ 50 ℃ 55 ℃ 60 ℃ 65 ℃ 70 ℃ 果汁量 (mL) 3

3、.注意事項(xiàng) (1)在混合蘋(píng)果泥和果膠酶之前進(jìn)行恒溫處理的目的是：保證底物和酶在混合時(shí)的溫度是相同的，避免混合后的溫度變化，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。 (2)通過(guò)測(cè)定濾出的蘋(píng)果汁的體積大小來(lái)判斷果膠酶的活性的原理是：果膠酶將果膠分解為小分子物質(zhì)，可通過(guò)濾紙，因此蘋(píng)果汁的體積大小反映了果膠酶催化分解果膠能力的大小。 (3)本實(shí)驗(yàn)的探究對(duì)象是酶的活性，溫度作為自變量，屬于探究性的定量實(shí)驗(yàn)。自變量溫度可設(shè)置梯度來(lái)確定最適值。溫度梯度越小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果越精確。 ①本實(shí)驗(yàn)仍是對(duì)照實(shí)驗(yàn)(相互對(duì)照)，每支試管中蘋(píng)果泥和果膠酶的用量要嚴(yán)格控制相等。 ②嚴(yán)格控制各實(shí)驗(yàn)組的pH、操作的程序等。 ③在實(shí)驗(yàn)過(guò)程

4、中被操縱的特定因素或條件稱為變量。 三、探究pH對(duì)果膠酶活力的影響 1．實(shí)驗(yàn)原理 果膠酶的活力受pH影響，其催化作用都有最適pH，在低于或高于此值時(shí)，酶活力都會(huì)減弱，過(guò)酸或過(guò)堿則導(dǎo)致酶變性失活。 2．實(shí)驗(yàn)步驟 制備蘋(píng)果泥分裝,調(diào)pH―→加果膠酶―→反應(yīng)一段時(shí)間―→過(guò)濾果汁―→觀察、記錄、比較果汁量 3．注意事項(xiàng) (1)本實(shí)驗(yàn)是對(duì)照實(shí)驗(yàn)，其變量是pH。每支試管中加入的蘋(píng)果泥和果膠酶的量應(yīng)相等，溫度也應(yīng)相同(可取上一實(shí)驗(yàn)測(cè)出的最適溫度)。 (2)pH梯度調(diào)節(jié)時(shí)可用體積分?jǐn)?shù)均為0.1%的NaOH溶液或HCl溶液。 (3)為了使果膠酶充分地催化反應(yīng)，應(yīng)用玻璃棒不時(shí)地?cái)嚢璺磻?yīng)混合物。

5、 (4)可通過(guò)比較果汁體積大小來(lái)判斷酶活性的高低，也可以觀察果汁的澄清度來(lái)判斷果膠酶活性的強(qiáng)弱。 探究果膠酶的特性 　有一瓶酶試劑，由于標(biāo)簽遺失，不能確定其具體成分。為確定其成分，做了如下6組實(shí)驗(yàn)： 試管 編號(hào) 加入物質(zhì) 條件 現(xiàn)象 1 2 mL水＋10 mL果汁 室溫并振蕩 無(wú)明顯變化 2 2 mL該試劑＋10 mL果汁 室溫并振蕩 果汁變 得澄清 3 2 mL該試劑＋10 mL果汁 煮沸后降至室 溫并振蕩 無(wú)明顯變化 4 2 mL水＋小段濾紙條 室溫并振蕩 無(wú)明顯變化 5 2 mL該試劑＋小段濾紙條 室溫并振蕩 無(wú)明顯變化

6、 6 2 mL該試劑＋小段濾紙條 煮沸后降至室 溫并振蕩 無(wú)明顯變化 (1)根據(jù)試管2、5可以判斷該試劑的成分含有______酶，不含________酶。 (2)對(duì)照試管2、3可以說(shuō)明果膠酶的活力受______影響。 (3)試管2、5說(shuō)明果膠酶具有________，若要證明其活力隨溫度變化而變化，應(yīng)選________號(hào)試管繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。 (4)果汁生產(chǎn)中，要解決的兩個(gè)主要問(wèn)題是： ①______________________________________________________________； ②__________________________________

7、____________________________。 【審題導(dǎo)析】　(1)要明確果膠酶的作用和特性。 (2)正確分析實(shí)驗(yàn)。 【精講精析】　室溫下，2 mL該試劑能使果汁變澄清，說(shuō)明該試劑中有果膠酶；在正常情況下2 mL該試劑未能使濾紙條分解，說(shuō)明該試劑中沒(méi)有纖維素酶。果膠酶能催化果膠水解，而不能催化纖維素水解，說(shuō)明酶具有專一性。煮沸冷卻后的試劑不能使果汁變澄清，因?yàn)楦邷厥姑甘セ钚?。果汁生產(chǎn)中，要解決的兩個(gè)主要問(wèn)題，一是果肉的出汁率低，耗時(shí)長(zhǎng)；二是榨取的果汁渾濁、黏度高，容易發(fā)生沉淀。在生產(chǎn)上人們常使用果膠酶和纖維素酶來(lái)解決上述問(wèn)題。 【答案】　(1)果膠　纖維素　(2)溫度

8、(3)專一性　2和3 (4)①果肉的出汁率低，耗時(shí)長(zhǎng) ②榨取的果汁渾濁、黏度高，容易發(fā)生沉淀 影響果膠酶活力的因素 (1)溫度和pH。 (2)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)注意對(duì)照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。 (3)設(shè)計(jì)酶活力隨溫度(或pH)變化時(shí)應(yīng)設(shè)計(jì)一系列梯度變化。 1．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(fā)生催化作用 【解析】　酶的活性受溫度的影響。酶都有一個(gè)最適溫度，但果膠酶的最適溫度是45～50 ℃，而不是0～4 ℃。保存果膠酶時(shí)，降低

9、溫度，使其活性降低，但酶并不失活，當(dāng)溫度恢復(fù)到適宜時(shí)，酶的活性也處于最高。 【答案】　C 探究pH對(duì)果汁澄清度的影響 　某同學(xué)為探究pH對(duì)果汁澄清度的影響，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)如下： (1)操作步驟： ①用榨汁機(jī)獲得蘋(píng)果汁勻漿，加熱鈍化酶活性后冷卻至50 ℃左右 ②在1～6號(hào)試管中分別加入制備的蘋(píng)果汁2 mL； ③加完蘋(píng)果汁后，向各試管中加入相應(yīng)的緩沖液3 mL，使各試管中反應(yīng)液的pH依次穩(wěn)定在3、4、5、6、7、8，分別向1～6號(hào)試管中加入果膠酶1 mL，然后進(jìn)行45 ℃恒溫水??； ④5 min后過(guò)濾并用量筒測(cè)量蘋(píng)果汁，記錄結(jié)果。 (2)結(jié)果見(jiàn)下表： 試管編號(hào) 1 2 3

10、 4 5 6 pH 3 4 5 6 7 8 結(jié)果(得率) 68% 75% 85% 75% 62% 60% 請(qǐng)回答： (1)實(shí)驗(yàn)過(guò)程選擇45 ℃恒溫是因?yàn)橹挥性诤銣貤l件下，才能排除________對(duì)結(jié)果的干擾，而45 ℃是果膠酶起催化作用的________。 (2)如果反應(yīng)速度過(guò)快，應(yīng)當(dāng)對(duì)果膠酶做怎樣的調(diào)整？ __________。 (3)該實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論是：果膠酶發(fā)揮催化作用的最適pH是______，高于或低于此pH，酶的活力______。 (4)在本實(shí)驗(yàn)中該同學(xué)是否已設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)？哪個(gè)因素為自變量？ _______________________

11、_______________________________________。 (5)為什么能夠通過(guò)測(cè)定濾出的蘋(píng)果汁的體積大小來(lái)判斷果膠酶活力的高低？ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ _____________________________

12、_________________________________。 【審題導(dǎo)析】 【精講精析】　該實(shí)驗(yàn)是在教材實(shí)踐案例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探究pH對(duì)蘋(píng)果汁得率的影響，培養(yǎng)學(xué)生的思維發(fā)散能力和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。在本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)之前學(xué)生必須對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，必須遵循幾個(gè)原則：對(duì)照原則、單一變量原則等。本實(shí)驗(yàn)是探究pH對(duì)果汁澄清度的影響，所以單一變量就應(yīng)是pH，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)體現(xiàn)pH的變化梯度，由此可以對(duì)照不同的結(jié)果來(lái)分析最適pH。不同pH之間形成了相互對(duì)照，所以本實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)了對(duì)照原則。果膠酶的作用是將果膠分解為小分子物質(zhì)，所以蘋(píng)果汁的體積就在一定程度上反應(yīng)了酶活性的大小。 【答案】

13、　(1)溫度　最適溫度 (2)提高果膠酶的稀釋倍數(shù) (3)5　逐漸降低 (4)已設(shè)計(jì)(相互對(duì)照)，pH (5)果膠酶將果膠分解為小分子物質(zhì)，小分子物質(zhì)可以通過(guò)濾紙，因此蘋(píng)果汁的體積大小反映了果膠酶催化分解果膠的能力。在不同的pH下，果膠酶的活性越高，蘋(píng)果汁的體積就越大 實(shí)驗(yàn)中的變量 (1)自變量：也叫實(shí)驗(yàn)變量；是實(shí)驗(yàn)中所控制的因素和條件。 (2)因變量：也叫反應(yīng)變量；是由于自變量引起的變化和結(jié)果。 (3)無(wú)關(guān)變量：實(shí)驗(yàn)中不設(shè)為自變量的變量，也可引起因變量的改變，因此要控制好無(wú)關(guān)變量。 2．探究溫度對(duì)果膠酶活性的影響、pH對(duì)酶活性的影響、果膠酶用量三個(gè)實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)變量依

14、次為(　　) A．溫度、酶活性、酶用量 B．蘋(píng)果泥用量、 pH、果汁量 C．反應(yīng)時(shí)間、酶活性、酶用量 D．溫度、pH、果膠酶用量 【解析】　實(shí)驗(yàn)變量也稱自變量，是指實(shí)驗(yàn)者所操縱的因素或條件。反應(yīng)變量也稱因變量，是指實(shí)驗(yàn)中由于實(shí)驗(yàn)變量而引起的變化和結(jié)果。通常，實(shí)驗(yàn)變量是原因，反應(yīng)變量是結(jié)果。二者具有因果關(guān)系。實(shí)驗(yàn)的目的就在于獲得和解釋這種前因后果。 實(shí)驗(yàn)一是探究果膠酶的最適溫度，溫度為實(shí)驗(yàn)變量，同理，實(shí)驗(yàn)二和三的實(shí)驗(yàn)變量為pH和果膠酶用量。 【答案】　D 1．某同學(xué)利用果膠酶分解植物組織，它將作用于(　　) A．細(xì)胞核　　　　　 B．細(xì)胞質(zhì) C．細(xì)胞間隙 D．細(xì)胞壁及細(xì)

15、胞間層 【解析】　果膠存在于細(xì)胞壁及胞間層，因此果膠酶只作用于此。 【答案】　D 2．在用果膠酶處理蘋(píng)果泥時(shí)，為了使果膠酶能夠充分地發(fā)揮催化反應(yīng)，應(yīng)采取的措施是(　　) A．加大蘋(píng)果泥用量 B．加大果膠酶用量 C．進(jìn)一步提高溫度 D．用玻璃棒不時(shí)地?cái)嚢璺磻?yīng)混合物 【解析】　使用果膠酶催化蘋(píng)果泥分解制果汁時(shí)，應(yīng)注意讓果膠酶與蘋(píng)果泥充分混合，方法即用玻璃棒不時(shí)地?cái)嚢琛? 【答案】　D 3．果膠是植物細(xì)胞壁以及胞間層的主要成分之一。果膠酶能夠分解果膠，瓦解植物的細(xì)胞壁和胞間層。在果汁生產(chǎn)中應(yīng)用果膠酶可以提高出汁率和澄清度。請(qǐng)你幫助完成以下有關(guān)果膠酶和果汁生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)課題。 實(shí)驗(yàn)用具

16、和材料：磨漿機(jī)、燒杯、試管、量筒、刀片、玻璃棒、漏斗、紗布等；蘋(píng)果、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的果膠酶溶液、蒸餾水等。 實(shí)驗(yàn)方法及步驟： ①將蘋(píng)果洗凈去皮，用磨漿機(jī)制成蘋(píng)果泥，加入適量蒸餾水備用。 ②取7個(gè)1 mL潔凈燒杯和7支試管并分別編號(hào)。 ③燒杯中注入等量的蘋(píng)果泥，試管中注入等量的2%的果膠酶溶液，之后進(jìn)行下面兩種操作： 方法一：將試管中的果膠酶溶液和燒杯中的蘋(píng)果泥相混合，再把混合液的pH分別調(diào)至4、5、6、…、10。 方法二：將試管中的果膠酶溶液和燒杯中的蘋(píng)果泥的pH分別調(diào)至4、5、6、…、10，再把pH相等的果膠酶溶液和蘋(píng)果泥相混合。 (1)請(qǐng)問(wèn)上述哪一種方法更科學(xué)？_______

17、_______。理由是_______________。 (2)該實(shí)驗(yàn)步驟中也有玻璃棒攪拌的操作，其目的是使________________，以減少實(shí)驗(yàn)誤差。 (3)如果用曲線圖的方式記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在現(xiàn)有的條件下，以橫坐標(biāo)表示pH，縱坐標(biāo)表示______________(填“果汁體積”或“試管體積”)，實(shí)驗(yàn)操作和記錄是比較切實(shí)可行的。根據(jù)你對(duì)酶特性的了解，在下圖中選擇一個(gè)最可能是實(shí)驗(yàn)結(jié)果的曲線圖為_(kāi)_______。 【解析】　方法二是將試管中的果膠酶溶液和燒杯中的pH分別調(diào)至4、5、6…、10，再把pH相等的果膠酶溶液和蘋(píng)果泥相混合。這樣操作能夠確保酶的反應(yīng)環(huán)境從一開(kāi)始便達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)設(shè)的pH。否則，由于酶有高效性，在升高或降低pH過(guò)程中把果膠分解了，造成錯(cuò)解。實(shí)驗(yàn)中玻璃棒攪拌的目的是使酶和果膠充分地接觸，以減少實(shí)驗(yàn)誤差。對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果以坐標(biāo)圖的形式表示，以橫坐標(biāo)表示pH，縱坐標(biāo)表示果汁體積較恰當(dāng)。在一定范圍內(nèi)，隨著pH的增加，酶的活性增強(qiáng)，果汁體積增大，當(dāng)超過(guò)最適pH后，隨著pH的增加，酶的活性減弱，果汁體積減少。 【答案】　(1)方法二 方法二的操作能夠確保酶的反應(yīng)環(huán)境從一開(kāi)始便達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)設(shè)的pH (2)酶和反應(yīng)物充分地接觸 (3)果汁體積　甲 8