2015-2016学年高二生物人教版选修1同步训练4.1 果胶酶在果汁生产中的作用.doc


专题 4 第 12 课时

酶的研究与应用

果胶酶在果汁生产中的作用

目标导航 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)实验原理 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 实验温度 30℃ 35℃ 40℃ 45℃ 50℃ 55℃ 60℃ 65℃ 70℃ 果汁量 (mL) (4)实验分析 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。

pH 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 果汁量(mL) 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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 试管 果汁量(mL) (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。

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

一、选择题 1.在不损伤高等植物细胞内部结构的情况下,下列哪种物质适于除去细胞壁( A.蛋白酶 B.盐酸 C.果胶酶 D.淀粉酶 2.下图曲线表示的是温度和果胶酶活性之间的关系,下列叙述错误的是( )

)

A.在 B 点之前,果胶酶的活性和温度成正比,之后,成反比 B.当温度到 B 点时,果胶酶的活性最高,酶的催化作用最高 C.A 点时,果胶酶的活性很低,但随着温度升高,果胶酶的活性可以上升 D.C 点时,果胶酶的活性也很低,当温度降低时,酶的活性也可以上升 3.下列关于果胶酶作用的叙述,错误的是( ) A.果胶酶是一种催化剂,可以改变反应速度 B.果胶酶能够分解果胶,瓦解植物的细胞壁及胞间层 C.在果汁中加入果胶酶后可使果汁变得澄清 D.果胶酶能将乳糖醛酸分解成半乳糖醛酸 4.下列各项能表示酶活性高低的是( ) A.单位时间、单位体积内反应物的总量 B.一段时间后生成物的总量 C.一段时间后,一定体积中消耗的反应物的量 D.单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量 5.在“探究温度对酶活性的影响”实验中,下列说法不正确的是( ) A.可准备一组烧杯,分别盛有不同温度的水 B.将苹果泥和果胶酶混合后放在不同温度的烧杯中恒温水浴处理 C.不同温度梯度之间可相互对照 D.温度过高时,果胶酶会变性失活 6.在“探究 pH 对酶活性的影响”实验中,不正确的是( ) A.自变量是不同的 pH 梯度 B.控制不变的量有温度、底物浓度、酶浓度、反应时间等 C.可通过测定滤出的果汁体积判断果胶酶的最适 pH D.pH 过低时,果胶酶活性变小,但不失活 7.在“探究果胶酶的用量”实验中,下列说法不正确的是( ) A.实验时可配制不同浓度的果胶酶溶液 B.底物浓度一定时,随酶用量的增大滤出的果汁增多 C.本实验应控制在适宜温度和 pH 条件下 D.反应液的 pH 必须相同 8.下列关于果胶酶的叙述,正确的是( ) ①具有分泌功能的细胞产生的 ②凡是活细胞都能产生果胶酶 ③果胶酶能将果胶分 解成半乳糖醛酸 ④植物、 霉菌、 酵母菌和细菌均能产生果胶酶 ⑤果胶酶特指分解果胶的 一种酶 ⑥纤维素酶和果胶酶可用于去除植物细胞壁 ⑦组成果胶酶的基本单位是氨基酸 或核苷酸 A.①②⑦ B.②③⑥ C.③④⑥ D.③④⑤ 二、简答题 9.某同学用实验来探究 pH 对果胶酶活性的影响。他准备了 5 份含有等量果胶酶溶液 的试管,用 0.1%的氢氧化钠或盐酸溶液调节至不同的 pH,每支试管加五块 0.1 cm3 的正方

体苹果块,试管均置于 25℃室温条件下。 (1)请你帮助选取 pH 梯度:__________________________________________________。 (2)请设计两种方法改进实验,使实验在更短时间内完成。 ________________________________________________________________________。 (3)生成果汁的量与酶活性强弱的关系是:____________________________________ ________________________________________________________________________。 可 根 据 __________________________________________________________________ 来 判断最适 pH。 (4) 为确认澄清果汁的大量生成是由于果胶酶的作用,还应对实验进行怎样的设计? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 10.我国水果生产发展迅速,由于收获的季节性强,易造成积压,腐烂变质,为了解决 上述问题且满足不同人群的需求,可以将水果加工制作成果汁、果酒、果醋等。在果汁生产 中要用到果胶酶,某生物研究小组为了探究果胶酶的某些特性,进行了如下实验: (1)实验方法:按如图所示的顺序进行操作。

(2)实验结果:对照组与实验组进行了相同时间的实验,结果如下图所示:

①图中自变量是温度,除此之外还可用__________来表示。 A.酶的浓度 B.苹果泥的量 C.水的加入量 D.pH ②图中的纵坐标还可用________________来表示。 ③实验小组改变了实验条件后重复做以上实验, 得到曲线乙, 苹果汁的澄清度最高点对 应的横坐标是同一位置的原因是: ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ④步骤 b 中在果胶酶和苹果泥混合前,将两者分装在不同试管中,恒温的目的是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

第 12 课时

果胶酶在果汁生产中的作用

知识清单 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. C [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。] 规律链接 (1)能够产生果胶酶的生物包括植物、霉菌、酵母菌和细菌等,食品工业生 产中需要的果胶酶主要来自霉菌发酵。 可生成果胶酶的霉菌有黑曲霉、 米曲霉和文氏曲霉等。 培养曲霉可用液体培养法,需添加果胶作为诱导物。 (2)纤维素与果胶的比较 相同点 不同点 ①组成的基本单位:葡萄糖 纤维素 ②分解所需的酶:纤维素酶,将纤维素分解为葡萄 ①都是高分子化合物 糖 ②都不溶于水 ①组成的基本单位:半乳糖醛酸 ③都参与细胞壁的组成 果胶 ②分解所需的酶:果胶酶,将果胶分解为可溶性半 乳糖醛酸。 2.A [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.D [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。] 规律链接 探究温度与 pH 对酶活性的影响 (1)在探究温度或 pH 对酶活性的影响时,需要设置对照实验,不同的温度梯度之间或不 同的 pH 梯度之间就可以作为对照,这种对照称为相互对照。如果将温度或 pH 作为变量, 控制不变的量应有苹果泥的用量、果胶酶的用量、反应的时间和过滤的时间等。只有在实验 中保证一个自变量,实验结果才能说明问题。 (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在同一温度 下恒温处理。 这样可以保证底物和酶在混合时的温度是相同的, 避免了苹果泥和果胶酶混合 时影响混合物的温度,从而影响果胶酶活性的问题。 (3)在用果胶酶处理苹果泥时,为了使果胶酶能充分地催化反应,应用玻璃棒不时搅拌。 4.A [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。] 达标测试 1.C [细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,根据酶的专一性,用果胶酶和纤维素酶可 达到目的。] 2.D [从图中可以看出随着温度升高,果胶酶的活性在上升,等达到 B 点时,酶的活 性达到最高;随后,随着温度的继续上升,酶的活性迅速下降。A 点和 C 点相比,虽然酶 的活性都很低,A 点是低温条件,对酶的分子结构无影响,所以,随着温度的上升,其活性 也会不断上升;而 C 点是高温条件,当温度过高时,会破坏酶的分子结构,使酶的活性发 生不可逆的变化。] 3.D [果胶酶是催化剂,可以改变反应速度;细胞壁和胞间层中含有果胶,在生产果 汁时,加入果胶酶能提高出汁率,也能使果汁变得澄清;果胶酶能够将果胶分解为可溶性的 半乳糖醛酸,从而达到使果汁变澄清的目的。] 4.D [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反应速度表示, 而酶反应速度是指单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量。] 5.B [探究温度对果胶酶活性影响的实验中,应先将装有苹果泥和果胶酶的试管在不 同梯度的恒温水浴中分别保温。] 6.D [过酸、过碱或温度过高,都会使酶变性,永久性失活。] 7.B [本实验中的实验变量是酶用量,温度和 pH 属于无关变量,因此要控制好,即 每个实验组实验前后都应控制相同且适宜的温度和 pH。实验时可配制不同浓度的果胶酶溶 液,也可以配制一种浓度的果胶酶溶液,使用不同的体积即可。在其他条件不变的情况下, 在一定范围内,随着酶用量的增多,酶促反应速度加快,滤出的果汁也增多,当酶用量达到

一定量,底物成为限制因素时,再增加酶的用量,酶促反应速度不再增大,滤出的果汁也不 再增多。此外,影响果汁产量的因素,除了酶用量、底物浓度外,还有温度、 pH、酶促反 应时间等。] 8.C 9.(1)5、6、7、8、9 (2)①将苹果块换成苹果泥;②适当提高温度 (3)酶活性越高,果胶分解越快,生成的果汁量越多 相同时间内生成果汁量的多少 (4)另设计一组实验,不加果胶酶,其他条件不变 解析 在探究 pH 对果胶酶活性影响的实验中选取的 pH 梯度一般为 5、6、7、8、9; 将苹果块制成苹果泥,使苹果泥与果胶酶充分接触,从而提高酶促反应速度,缩短反应的时 间;在一定温度范围内,适当提高反应的温度,也可以提高酶促反应速度。 10.(2)①D ②苹果汁的体积 ③同一种酶的最适温度是一定的,不会因酶的浓度、底 物的量的不同而改变 ④保证底物和酶在混合时的温度是相同的, 避免底物和果胶酶混合时 影响混合物的温度,从而影响果胶酶的活性 解析 果胶酶的活性受温度、pH 等条件的影响,而与底物的量、酶的浓度和水的加入量没 有关系,所以每一种酶的最适 pH 和最适温度是一定的。衡量实验结果的指标有两种,一个 是果汁的量,另一个是果汁的澄清度。为使实验达到相应的设计温度,必须使酶与底物分别 保温,达到要求后才能混合。


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