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、不同濃度果膠酶對澄清蘋果汁出汁率的影響 　本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)程序是制備蘋果汁、配制不同濃度的酶液、降解蘋果汁、沉淀、記錄結(jié)果。 預(yù)習(xí)完成后，請把你認(rèn)為難以解決的問題記錄在下面的表格中 問題1 問題2 問題3 問題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)通過測定濾出的蘋果汁的體積大小來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)，可通過濾紙，因此蘋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)仍是對照實(shí)驗(yàn)(相互對照)，每支試管中蘋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)過程

4、中被操縱的特定因素或條件稱為變量。 三、探究pH對果膠酶活力的影響 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)，酶活力都會減弱，過酸或過堿則導(dǎo)致酶變性失活。 2．實(shí)驗(yàn)步驟 制備蘋果泥分裝,調(diào)pH―→加果膠酶―→反應(yīng)一段時(shí)間―→過濾果汁―→觀察、記錄、比較果汁量 3．注意事項(xiàng) (1)本實(shí)驗(yàn)是對照實(shí)驗(yàn)，其變量是pH。每支試管中加入的蘋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)可通過比較果汁體積大小來判斷酶活性的高低，也可以觀察果汁的澄清度來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 加入物質(zhì) 條件 現(xiàn)象 1 2 mL水＋10 mL果汁 室溫并振蕩 無明顯變化 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 無明顯變化 4 2 mL水＋小段濾紙條 室溫并振蕩 無明顯變化 5 2 mL該試劑＋小段濾紙條 室溫并振蕩 無明顯變化

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)對照試管2、3可以說明果膠酶的活力受______影響。 (3)試管2、5說明果膠酶具有________，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，說明該試劑中沒有纖維素酶。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)主要問題，一是果肉的出汁率低，耗時(shí)長；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解決上述問題。 【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 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對果汁澄清度的影響 　某同學(xué)為探究pH對果汁澄清度的影響，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)如下： (1)操作步驟： ①用榨汁機(jī)獲得蘋果汁勻漿，加熱鈍化酶活性后冷卻至50 ℃左右 ②在1～6號試管中分別加入制備的蘋果汁2 mL； ③加完蘋果汁后，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號試管中加入果膠酶1 mL，然后進(jìn)行45 ℃恒溫水??； ④5 min后過濾并用量筒測量蘋果汁，記錄結(jié)果。 (2)結(jié)果見下表： 試管編號 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% 請回答： (1)實(shí)驗(yàn)過程選擇45 ℃恒溫是因?yàn)橹挥性诤銣貤l件下，才能排除________對結(jié)果的干擾，而45 ℃是果膠酶起催化作用的________。 (2)如果反應(yīng)速度過快，應(yīng)當(dāng)對果膠酶做怎樣的調(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)對照實(shí)驗(yàn)？哪個(gè)因素為自變量？ _______________________

11、_______________________________________。 (5)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對蘋果汁得率的影響，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)生必須對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路有一個(gè)清晰的認(rèn)識，必須遵循幾個(gè)原則：對照原則、單一變量原則等。本實(shí)驗(yàn)是探究pH對果汁澄清度的影響，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，由此可以對照不同的結(jié)果來分析最適pH。不同pH之間形成了相互對照，所以本實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)了對照原則。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)可以通過濾紙，因此蘋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，因此要控制好無關(guān)變量。 2．探究溫度對果膠酶活性的影響、pH對酶活性的影響、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】　使用果膠酶催化蘋果泥分解制果汁時(shí)，應(yīng)注意讓果膠酶與蘋果泥充分混合，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將蘋果洗凈去皮，用磨漿機(jī)制成蘋果泥，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。 ③燒杯中注入等量的蘋果泥，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果泥相混合。 (1)請問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________。 【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果泥相混合。這樣操作能夠確保酶的反應(yīng)環(huán)境從一開始便達(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