1、1专题 4 酶的研究与应用第 12 课时 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
2、。(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
3、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：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2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
4、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 3 0 35 40 45 50 55 60 65 70果汁量(mL)(4)实验分析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。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
5、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
6、 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。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。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。放进恒温水浴中反应一段时间。将试管
7、中混 合物过滤，并用量筒量取果汁体积，比较果汁多少。3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 19 号。制取苹果泥并称
8、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19 号。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。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。记录反应时间，约 20 min。过滤后测量果汁体积。试管 1 2 3 4 5 6 7 8 9果汁量(mL)(3)结果分析及评价温度和 pH 在很大程度上对酶的空间结构会产生巨大的影响。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 24 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。实验中所用
9、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 RNA2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
10、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 pHC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4D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
11、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CA 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DC 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
12、“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 pHDpH 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
13、 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( )具有分泌功能的细胞产生的 凡是活细胞都能产生果胶酶 果胶酶能将果胶分解成半乳糖醛酸 植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶 果胶酶特指分解果胶的一种酶 纤维素酶和果胶酶可用于去除植物细胞壁 组成果胶酶的基本单位是氨基酸或核苷酸A BC D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5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
14、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：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
15、水的加入量 DpH图中的纵坐标还可用_来表示。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：_。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)增强 全部丧失 单位时间 苹果汁的
16、体积苹果汁的体积大小 果汁的澄清度 越大 澄清 (4)酶的活性 自变量 保证底物和酶在混合时的温度2(1)最适 pH (2)相同 苹果泥 果胶酶3(1)用量不足 不再改变 最适用量 (2)相等对点训练61C 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
17、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 不同点纤维 素组成的基本单位：葡萄糖分解所需的酶：纤维素酶，将纤维素分解为葡萄糖果胶都是高分子化合物都不溶于水都参与 细胞壁的 组成 组成的基本单位：半乳糖醛酸分解所需的酶：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。3D 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
18、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
19、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。4A 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1C 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。2D 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
20、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。3D 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。 4D 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。 5B 探究温度对果胶酶活
21、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。 6D 过酸、过碱或温度过高，都会使酶变性，永久性失活。7B 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7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
22、浓度外，还有温度、pH、酶促反应时间等。8C9(1)5、6、7、8、9(2)将苹果块换成苹果泥；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)D 苹果汁的体积 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 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。
