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1、專題4 酶的研究與應(yīng)用,課題1 果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用,課題背景,我國水果生產(chǎn)發(fā)展迅速，每年上市的新鮮水果品種多、數(shù)量大。但由于收獲的季節(jié)性強，易造成積壓滯銷，腐爛變質(zhì)。,水果的加工技術(shù)，不僅可以緩解產(chǎn)銷矛盾，而且能夠提高產(chǎn)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(chǎn)中的應(yīng)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(chǔ)知識,（一）酶的基礎(chǔ)知識,3、酶的功能,1、酶的概念,2、酶的本質(zhì)及基本組成單位,4、酶
2、的特性,酶是活細胞所產(chǎn)生的具有生物催化作用的一類特殊的有機物,蛋白質(zhì)（大多數(shù)）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(yīng)的活化能,高效性、專一性、需要適宜的條件,思考：你還能畫出溫度和PH值對酶影響的曲線嗎？ 關(guān)于酶的三個特性你能舉例說明嗎？ 你認為影響酶促反應(yīng)的因素有哪些？,一、基礎(chǔ)知識,,課堂練習：,1.人在發(fā)高燒時，常常食欲大減，最根本的原因是 A.所吃食物不能消化 （ ） B.胃沒有排空 C.體溫超過合適溫度，消化酶的活性下降 D.吃藥使人沒有了胃口 2.胃蛋白酶在進入小腸后就幾乎沒有了催化作用， 主要原因
3、是（ ） A.pH不適合 B.胃中已經(jīng)起了消化作用，不能再起作用了 C.被小腸中的物質(zhì)包裹起來，所以起不到催化作用 D.小腸中沒有蛋白質(zhì)可被消化,C,A,3.能夠使唾液淀粉酶水解的是（ ） A.淀粉酶 B.脂肪酶 C.蛋白酶 D.肽酶 4.關(guān)于酶的特性，下列表述中錯誤的一項是（ ） A.酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物 B.化學反應(yīng)前后，酶的化學性質(zhì)和數(shù)量不變 C.酶的催化效率很高，但易受溫度和酸堿度影響 D.一旦離開活細胞，酶就失去催化能力,C,D,一、基礎(chǔ)知識,（二）果膠酶的作用,閱讀課本P42的內(nèi)容，思考下列問題：,什么是果膠，其
4、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？,一、基礎(chǔ)知識,（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。,什么是果膠酶？,它是分解果膠的一類酶的總稱，包括半乳糖醛酸酶、果膠分解酶、果膠酯酶等。,一、基礎(chǔ)知識,（二）果膠酶的作用,果膠酶在果汁制作中的作用是什么？, 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。, 提高水果的出汁率，并使果汁變得澄清。,一、基礎(chǔ)知識,（三）酶的活性
5、與影響酶活性的因素,閱讀課本P4243的內(nèi)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？,一、基礎(chǔ)知識,（三）酶的活性與影響酶活性的因素,什么是酶的活性？,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(yīng)的能力。,在一定的條件下，酶所催化的某一化學反應(yīng)的反應(yīng)速度可表示酶活性的高低。,酶反應(yīng)速度用單位時間內(nèi)、單位體積中反應(yīng)物的減少量或產(chǎn)物的增加量來表示。,一、基礎(chǔ)知識,（三）酶的活性與影響酶活性的因素,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
6、迅速下降，最后完全失去催化能力。,A、溫度對酶的影響,溫度,一、基礎(chǔ)知識,（三）酶的活性與影響酶活性的因素,影響酶活性的因素有哪些？,溫度,果膠酶的最適溫度為4550。,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(fù)？為什么？低溫呢？,不能恢復(fù)，因高溫破壞了酶的分子結(jié)構(gòu)，高溫對酶造成不可逆的破壞。但低溫使酶的活性喪失后，緩慢恢復(fù)其溫度活性仍可恢復(fù)。,一、基礎(chǔ)知識,（三）酶的活性與影響酶活性的因素,影響酶活性的因素有哪些？,酶的催化能力的發(fā)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(yīng)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
7、低會使蛋白質(zhì)變性，當?shù)鞍踪|(zhì)變性后，酶也就完全喪失了活性。,A、pH對酶的影響, pH：,果膠酶的最適pH范圍為3.06.0。,B、果膠酶的最適pH,一、基礎(chǔ)知識,（三）酶的活性與影響酶活性的因素,影響酶活性的因素有哪些？, pH：,酶的抑制劑： Fe3、Cu2、Zn2等金屬離子對果膠酶有抑制作用。,1.果膠是植物組織的組成成分之一,它主要存 在于植物組織的哪一部分?（） 細胞核 細胞質(zhì) 細胞間隙 細胞壁及胞間層 果膠酶能將植物組織內(nèi)的果膠分解成（） 透明果汁半乳糖醛酸 丙酮酸酶制劑 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
8、膠酯酶,D,B,C,,4、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(nèi)，調(diào)整pH至2.0，保存于370C的水浴鍋內(nèi)。過一段時間后，容器內(nèi)剩余的物質(zhì)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pH6.8，其化學本質(zhì)是蛋白質(zhì),一、基礎(chǔ)知識,（四）果膠酶的用量,1、酶的生產(chǎn),提取法：采用各種技術(shù)，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(qū)得以應(yīng)用）。,發(fā)酵法：通過微生物發(fā)酵來獲得人們所需的酶（20世紀50年代以來生產(chǎn)酶的
9、主要方法），如用曲霉、青霉等微生物發(fā)酵生產(chǎn)果膠酶。,化學合成法：成本比較高，只能合成已知結(jié)構(gòu)的酶。,2、控制酶的用量,生產(chǎn)果汁時，為了果膠酶得到充分的利用，節(jié)約成本，需要控制好酶的用量。,果膠酶的活性受溫度影響。處于最適溫度時，活性最高。果肉的出汁率、果汁的澄清度與果膠酶的活性大小成正比。,（一）探究溫度對果膠酶活性的影響,1、實驗原理,2、實驗操作流程 你能設(shè)計嗎？,二、實驗設(shè)計,思考： 1、你打算設(shè)置多少個溫度值？ 2、你如何得到蘋果泥？ 3、你怎樣保證在任一溫度裝置中蘋果泥和果膠酶及混合后溫度的一至？ 4、你依據(jù)什么來判定果膠酶的活性大小的大小？,（1）獲取蘋果泥； （2）保溫蘋果泥和果
10、膠酶分別進行；（多個溫度） （3）混合后保溫； （4）過濾。,(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。,（一）探究溫度對果膠酶活性的影響,二、實驗設(shè)計,2、實驗操作流程,(2) 分別向編號為l9的9個100 mL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(diào)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）,3制作用于記錄結(jié)果的表格,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，
11、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 請你設(shè)計。,二、實驗設(shè)計,（二）探究pH對果膠酶活性的影響,2、實驗操作流程,二、實驗設(shè)計,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l7的7個100 mL潔凈的燒杯中各加入20ml蘋果泥之后，下面兩種操作：,方法一
12、：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、、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? 。 理由： _____________________________________________________。 (2)該實驗步驟中也有玻璃棒攪拌的操作，其目的是使 ，以減少實驗誤差。,方法二,酶和反應(yīng)物（果膠）充分接觸,（二）探究pH對果膠酶活性的影響,2、實驗操作流程,二、實驗設(shè)計,一開始便達到實驗預(yù)設(shè)的pH,方法
13、二的操作能夠確保酶的反應(yīng)環(huán)境從,或“方法一的操作會在達到預(yù)定pH之前就發(fā)生了酶的催化反應(yīng)”,(3)如果用曲線圖的方式記錄實驗結(jié)果，在現(xiàn)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(jù)你對酶特性的了解，請在下圖中選擇一個最可能是實驗結(jié)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,需要設(shè)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(shè)置對照？如果需要，又應(yīng)該如何設(shè)置？為什么？,問3A同學將哪個因素作為變
14、量，控制哪些因素不變？為什么要作這樣的處理？B同學呢？,提示：A同學將溫度或pH作為自變量，控制不變的量有蘋果泥的用量、果膠酶的用量、反應(yīng)的時間和過濾的時間等。只有在實驗中保證一個自變量，實驗結(jié)果才能說明問題。B同學對于變量的處理應(yīng)該與A同學相同，只是觀察因變量的角度不同,?,(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(shù)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。,二、實驗設(shè)計,2、實驗操作 請你設(shè)計。,（1）配制不同濃度的果膠酶溶液和制備水果泥；,配制不同濃度的果膠酶溶液 準確稱取純的果膠酶1mg、2mg、3m
15、g、4mg、5mg、6mg、7mg、8mg、9mg，配制成相等體積的水溶液，取等量放入9支試管中，并編號19。,2、實驗操作流程,(三)探究果膠酶的用量,二、實驗設(shè)計,制備水果泥 攪拌器攪拌制成蘋果泥并稱45g，等量裝入9支試管中，并編號19。,（2）將上述試管放入恒溫水浴加熱一段時間。,（3）將不同濃度的果膠酶分別迅速與各試管的蘋果泥混合，然后再放入恒溫水箱中。,（4）恒溫水浴約20分鐘,（5）過濾后測量果汁的體積,3制作用于記錄結(jié)果的表格,根據(jù)你對酶的特性的了解，畫出實驗結(jié)果的可能坐標曲線：,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應(yīng)了果膠酶的催化分解果
16、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。,?,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？,提示：溫度是自變量，應(yīng)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(chǎn)生影響。,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(yīng)該保持不變？,?,本實驗的自變量、應(yīng)變量、無關(guān)變量分析(以探究果膠酶的用量實驗為例),果膠酶的量,果汁量,溫度等,知識拓展,一般為50mg/l左右，因為用此濃度處理果汁24小時后果汁率增加10后不再增加。,在最適溫度和pH條件下制作1升蘋果汁，使
17、用多少果膠酶最合適？,知識拓展,1.果膠酶常在0-4下 保存。其原因是 此溫度條件下，酶的活性最高。 此溫度條件下，酶變性失活。 低溫可降低酶的活性，但酶不變性失活。 . 自然條件下，果膠酶常在0-4下發(fā)生催化 作用。,課堂練習,C,課堂練習,3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(yīng)時間、酶活性、酶用量 D溫度、pH、果膠酶用量,D,4同一個體內(nèi)的各類活細胞所含的酶 A種類有差異，數(shù)量相同 B種類有差異，數(shù)量不同 C種類無差異，數(shù)量相同 D種類無差異，數(shù)量不同
18、,5.下圖縱軸為酶反應(yīng)速度，橫軸為底物濃度，其中能正確表示酶量增加1倍時，底物濃度和反應(yīng)速度關(guān)系的是,B,B,6工業(yè)生產(chǎn)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(shè)計了如下實驗：,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）,將步驟處理后的混合物過濾，收集濾液，測量果汁量（如圖C）。 在不同溫度條件下重復(fù)以上實驗步驟，并記錄果汁量，結(jié)果如下表：,將步驟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）。,根據(jù)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_____
19、___的水解。 （2）實驗結(jié)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(zhì)，小分子物質(zhì)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。,7.某生物課外活動小組發(fā)現(xiàn)，新鮮水果比放置一段時間的水果硬。他們根據(jù)
20、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(dǎo)致水果變軟。為了探究上述假設(shè)是否正確，他們進行了如下探究： 實驗原理： ____________________________________________ _____________________________________。 實驗假設(shè)：______________________________________________ _____________________________________。 實驗方法步驟：,果膠酶能將胞間層的果膠分解，,放置一段時間的水果果膠酶含
21、量,使細胞分散，水果變軟。,比新鮮水果高 。,（1）稱等量的去皮的新鮮蘋果和放置一段時間的蘋果切成小塊，放在榨汁機中，制成果泥， （2）用濾紙或5層紗布過濾，收集濾液（條件相同）。 （3）___________________________。 （4）結(jié)果：新鮮蘋果收集的濾液少，澄清度低。 （5）結(jié)論：___________________________ ________________ （6）根據(jù)此實驗，能否得出水果放置時間越長，營養(yǎng)價值越高的結(jié)果？,,,觀察比較濾液的體積和澄清度,放置一段時間的水果果膠酶含量,不能。因為水
22、果放置時間過長，維生素C損耗多。,比新鮮水果高 。,8驗證果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用。 實驗方法及步驟： (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)取兩個100 mL潔凈的燒杯，編號l、2，按相應(yīng)程序進行操作，請把表中未填寫的內(nèi)容填上。,注入果膠酶溶液,2mL,(3)取兩個燒杯，同時進行過濾。觀察(或比較)， ________________________________________，并記錄結(jié)果。 (4)實驗結(jié)果的預(yù)測及結(jié)論：如果是___________ _______________________________________________________，說明果膠酶對果膠的水解具有催化作用。,相同時間濾出的果汁的體積及果汁的澄清度,1號燒杯中,果汁的體積多于2號燒杯中的果汁，澄清度也,高于2號燒杯,在實驗設(shè)計時，如何保證實驗的單因素控制?,說明:等量的控制（果泥、果膠酶的量、蒸餾水） 等時間的控制（反應(yīng)時間） 恒溫的控制（不同反應(yīng)物的預(yù)熱 水浴、反應(yīng)物的混合攪拌等） 其他處理（加水、濾紙等）,
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