[理化生]課題1 果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用

1、 課題背景課題背景 我國每年上市的新鮮水果我國每年上市的新鮮水果 品種多、數(shù)量大。但由于品種多、數(shù)量大。但由于 收獲的季節(jié)性強，易造成收獲的季節(jié)性強，易造成 積壓滯銷，腐爛變質(zhì)。水積壓滯銷，腐爛變質(zhì)。水 果的加工技術，（果的加工技術，（制作果制作果 汁、果干、果粉和國酒汁、果干、果粉和國酒） 可以緩解產(chǎn)銷矛盾?？梢跃徑猱a(chǎn)銷矛盾。 本課題將探究：本課題將探究： 果膠酶在果汁生產(chǎn)中的應用果膠酶在果汁生產(chǎn)中的應用 制作果汁要解決兩個問題制作果汁要解決兩個問題 怎樣解決？怎樣解決？ 使用使用 果膠酶果膠酶 一一.果肉的出汁率低果肉的出汁率低,耗耗 時長時長 二榨取的果汁渾濁，二榨取的果汁渾濁， 黏度高

2、，易發(fā)生沉黏度高，易發(fā)生沉 淀淀 基礎知識基礎知識 酶的基礎知識酶的基礎知識 回憶回憶-回答：回答： （1 1）酶的概念）酶的概念 （2 2）酶的化學本質(zhì)，基本組成單位）酶的化學本質(zhì)，基本組成單位 （3 3）酶的功能及原因）酶的功能及原因 （4 4）酶的特性）酶的特性 1 1、酶的概念、酶的概念 基礎知識基礎知識 酶是酶是活細胞活細胞所產(chǎn)生的具有所產(chǎn)生的具有生物催化生物催化 作用作用的一類特殊的的一類特殊的有機物有機物； 蛋白質(zhì)（蛋白質(zhì)（大大多數(shù)）或多數(shù)）或rnarna； 基本組成單位：氨基酸或核糖核苷酸基本組成單位：氨基酸或核糖核苷酸 酶能酶能降低降低化學反應的活化能，從而化學反應的活化能，

3、從而 使反應能夠迅速的進行。在各種化使反應能夠迅速的進行。在各種化 學反應中起學反應中起催化催化作用作用 2 2、酶的本質(zhì)、酶的本質(zhì) 3 3、酶的功能、酶的功能 4 4、酶的特性、酶的特性 （1 1）高效性）高效性 （2 2）專一性）專一性 （3 3）溫和性（需要適宜的條件）溫和性（需要適宜的條件） 基礎知識基礎知識 思考：思考： 你還能畫出溫度和你還能畫出溫度和phph值對酶影響的曲線嗎？值對酶影響的曲線嗎？ 關于酶的三個特性你能舉例說明嗎？關于酶的三個特性你能舉例說明嗎？ 你認為影響酶促反應的因素有哪些？你認為影響酶促反應的因素有哪些？ 閱讀閱讀課本課本p42p42的內(nèi)容，的內(nèi)容，回答回答

4、以下問題：以下問題： （1 1）細胞壁的組成成分？）細胞壁的組成成分？ （2 2）果膠的單體是什么？）果膠的單體是什么？ （3 3）果膠酶的作用？）果膠酶的作用？ 1 1、果膠、果膠 是植物是植物細胞壁以及胞間層細胞壁以及胞間層的主要組成成分之一，的主要組成成分之一， 它是由它是由半乳糖醛酸半乳糖醛酸聚合而成的一種聚合而成的一種高分子化合物高分子化合物， 不溶于水。不溶于水。 思考：思考： 要破壞植物的細胞壁，你有什么方法要破壞植物的細胞壁，你有什么方法 基礎知識基礎知識（一）果膠酶的作用（一）果膠酶的作用 植物細胞壁的結(jié)構(gòu)示意圖植物細胞壁的結(jié)構(gòu)示意圖 基礎知識基礎知識（一）果膠酶的作用（一）

5、果膠酶的作用 2 2、果膠對果汁制作的影響：、果膠對果汁制作的影響： 是分解果膠的一類酶的總稱，包括是分解果膠的一類酶的總稱，包括半乳半乳 糖醛酸酶、果膠分解酶、果膠酯酶糖醛酸酶、果膠分解酶、果膠酯酶等。等。 影響影響果汁的果汁的出汁率出汁率，還會，還會使果汁渾濁使果汁渾濁。 基礎知識基礎知識（一）果膠酶的作用（一）果膠酶的作用 3 3、果膠酶：、果膠酶： 4 4、果膠酶在果汁制作中的、果膠酶在果汁制作中的作用作用 分解果膠，瓦解植物的細胞壁及胞間層；提高水果的分解果膠，瓦解植物的細胞壁及胞間層；提高水果的 出汁率出汁率 使果膠水解為半乳糖醛酸，并使果汁變得澄清。使果膠水解為半乳糖醛酸，并使果

6、汁變得澄清。 1 1、果膠、果膠 果膠酶的來源： 植物、霉菌、酵母菌和細菌 廣泛應用與果汁加工業(yè)中的 果膠膠酶是由霉菌發(fā)酵生產(chǎn)的 基礎知識基礎知識（一）果膠酶的作用（一）果膠酶的作用 1 1、酶的活性、酶的活性 2 2、酶催化能力高低的衡量標準、酶催化能力高低的衡量標準 指酶催化一定化學反應的能力。指酶催化一定化學反應的能力。 在一定的條件下，酶所催化的某一化學反應的在一定的條件下，酶所催化的某一化學反應的反反 應速度應速度來表示。來表示。 酶反應速度用單位時間內(nèi)、單位體積中反應物酶反應速度用單位時間內(nèi)、單位體積中反應物 的的減少量減少量或產(chǎn)物的或產(chǎn)物的增加量增加量來表示。來表示。 基礎知識基

7、礎知識（二）酶的活性與影響酶活性的因素二）酶的活性與影響酶活性的因素 3 3、影響酶活性的因素：、影響酶活性的因素： 溫度溫度 ph ph： 酶的抑制劑：酶的抑制劑： a a、溫度對酶的影響、溫度對酶的影響 在較低溫度時，隨著溫度的升高，酶的活性也逐漸提在較低溫度時，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，酶的催化能力迅速下降，最后完全失去催化能力。度后，酶的催化能力迅速下降，最后完全失去催化能力。 基礎知識基礎知識（二）酶的活性與影響酶活性的因素二）酶的活性與影響酶活性的因素 3 3、影響酶

8、活性的因素：、影響酶活性的因素：溫度溫度 ph ph 酶的抑制劑酶的抑制劑 b b、果膠酶的最適溫度、果膠酶的最適溫度 果膠酶的最適溫度為果膠酶的最適溫度為454550500 0c c。 c c、討論：、討論：高溫使酶的活性喪失后，酶的活性可否恢復？高溫使酶的活性喪失后，酶的活性可否恢復？ 為什么？為什么？ 不能恢復，因高溫破壞了酶的分子結(jié)構(gòu)，高溫對酶造不能恢復，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。但低溫使酶的活性被抑制后，緩慢恢復成不可逆的破壞。但低溫使酶的活性被抑制后，緩慢恢復 其溫度活性仍可恢復。其溫度活性仍可恢復。 1 1、分別用、分別用0 00 0c c和和1001

9、000 0c c的溫度處理某種酶后，酶都的溫度處理某種酶后，酶都 沒有活性，但（沒有活性，但（ ） a a、經(jīng)過、經(jīng)過0 00 0c c處理的酶活性能夠恢復處理的酶活性能夠恢復 b b、經(jīng)過、經(jīng)過1001000 0c c處理的酶活性能夠恢復處理的酶活性能夠恢復 c c、經(jīng)過、經(jīng)過0 00 0c c處理的酶的空間結(jié)構(gòu)遭破壞處理的酶的空間結(jié)構(gòu)遭破壞 d d、經(jīng)過、經(jīng)過1001000 0c c處理的酶被水解成了氨基酸處理的酶被水解成了氨基酸 a a、 phph對酶的影響對酶的影響 酶的催化能力的發(fā)揮有一個最適酶的催化能力的發(fā)揮有一個最適ph ph ，在低于最，在低于最 適適phph時，隨著時，隨著p

10、hph的升高，酶的催化能力也相應升的升高，酶的催化能力也相應升 高，高于最適高，高于最適phph時，隨著時，隨著phph的升高，酶的活性逐的升高，酶的活性逐 漸下降，漸下降，phph過高或過低會使蛋白質(zhì)變性，當?shù)鞍走^高或過低會使蛋白質(zhì)變性，當?shù)鞍?質(zhì)變性后，酶也就完全喪失了活性。質(zhì)變性后，酶也就完全喪失了活性。 基礎知識基礎知識（二）酶的活性與影響酶活性的因素二）酶的活性與影響酶活性的因素 3 3、影響酶活性的因素：、影響酶活性的因素：溫度溫度 phph 酶的抑制劑酶的抑制劑 b b、果膠酶的最適、果膠酶的最適phph 果膠酶的最適果膠酶的最適phph范圍為范圍為3.03.06.06.0。 2

11、 2、將乳清蛋白、淀粉、胃蛋白酶、唾液淀粉酶和、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)整適量的水混合裝入一個容器內(nèi)，調(diào)整phph至至2.02.0，保，保 存于存于37370 0c c的水浴鍋內(nèi)。過一段時間后，容器內(nèi)剩余的水浴鍋內(nèi)。過一段時間后，容器內(nèi)剩余 的物質(zhì)是（的物質(zhì)是（ ） 提示：提示： 唾液淀粉酶最適唾液淀粉酶最適phph6.86.8，其化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)，其化學本質(zhì)是蛋白質(zhì) 基礎知識基礎知識（二）酶的活性與影響酶活性的因素二）酶的活性與影響酶活性的因素 酶的抑制劑：酶的抑制劑： fefe3 3 、 、caca2 2 、 、znzn2 2 等金屬離子對果

12、膠酶有抑制 等金屬離子對果膠酶有抑制 作用。作用。 基礎知識基礎知識（二）酶的活性與影響酶活性的因素二）酶的活性與影響酶活性的因素 3 3、影響酶活性的因素：、影響酶活性的因素：溫度溫度 ph ph 酶的抑制劑酶的抑制劑 基礎知識基礎知識（三）果膠酶的用量（三）果膠酶的用量 控制控制果膠果膠酶的用量酶的用量 為了果膠酶得到充分的利用，節(jié)約成本，需要控制好酶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。的用量。 實驗設計的實驗設計的2 2個基本原則：個基本原則： 1 1、對照原則、對照原則 2 2、單一變量原則、單一變量原則 實驗設計實驗設計 實驗設計實驗設計（1-11-1）探究溫度

13、對果膠酶活性的影響）探究溫度對果膠酶活性的影響 實驗設計實驗設計（1-11-1）探究溫度對果膠酶活性的影響）探究溫度對果膠酶活性的影響 2 2、實驗操作流程、實驗操作流程你能設計嗎？你能設計嗎？ 實驗設計實驗設計（1-11-1）探究溫度對果膠酶活性的影響）探究溫度對果膠酶活性的影響 思考：思考： 1 1、你打算設置多少個溫度值？、你打算設置多少個溫度值？ 2 2、你如何得到蘋果泥？、你如何得到蘋果泥？ 3 3、你怎樣保證在任一溫度裝置中蘋果泥和果膠酶、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？及混合后溫度的一至？ 4 4、你依據(jù)什么來判定果膠酶的活性大小的大??？、你依據(jù)什么

14、來判定果膠酶的活性大小的大??？ 設計記錄數(shù)據(jù)的表格設計記錄數(shù)據(jù)的表格 結(jié)果分析與評價：結(jié)果分析與評價： a a、根據(jù)表中數(shù)據(jù)畫曲線圖；、根據(jù)表中數(shù)據(jù)畫曲線圖；p45p45 b b、據(jù)曲線說明溫度是如何影響酶的活性的？、據(jù)曲線說明溫度是如何影響酶的活性的？ 溫度溫度 oc 303540455055606570 果汁果汁 量量 /ml/ml 將果泥和果膠酶分裝在不同的試管中恒溫處理，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可以保證底物和酶在混合時的溫度是相同溫度是相同的，避的，避 免了果泥和果膠酶混合時影響混合物的溫度，從免了果泥和果膠酶混合時影響混合物的溫度，從 而

15、影響果膠酶活性的問題。而影響果膠酶活性的問題。 問問1 1：為什么在混合蘋果泥和果膠酶之前，要將果泥和果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？膠酶分裝在不同的試管中恒溫處理？ 實驗設計實驗設計（1-11-1）探究溫度對果膠酶活性的影響）探究溫度對果膠酶活性的影響 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，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計了如下實驗：為研究溫度對果膠酶活性的影響某學生設計了如下實驗： 10102020303040405050606070708080 8 8

16、1313151525251515121211111010 將果膠酶與蘋果泥分裝于不同試管，在將果膠酶與蘋果泥分裝于不同試管，在1010水浴中恒溫處理水浴中恒溫處理1010分分 鐘（如圖鐘（如圖a a） 將步驟將步驟處理后的果膠酶和蘋果泥混合，再次在處理后的果膠酶和蘋果泥混合，再次在1010水浴中恒溫水浴中恒溫 處理處理1010分鐘（如圖分鐘（如圖b b） 將步驟將步驟處理后的混合物過濾，收集濾液，測量果汁量處理后的混合物過濾，收集濾液，測量果汁量( (如圖如圖c.c. 不同溫度條件下重復以上實驗步驟，并記錄果汁量，結(jié)果如下表不同溫度條件下重復以上實驗步驟，并記錄果汁量，結(jié)果如下表 實驗設計實驗

17、設計（1-11-1）探究溫度對果膠酶活性的影響）探究溫度對果膠酶活性的影響 使得酶與果泥處于同一溫度條件下。使得酶與果泥處于同一溫度條件下。 實驗設計實驗設計（1-11-1）探究溫度對果膠酶活性的影響）探究溫度對果膠酶活性的影響 當探究溫度對果膠酶活性的影響時，哪當探究溫度對果膠酶活性的影響時，哪 個因素是變量，哪些因素應該保持不變？個因素是變量，哪些因素應該保持不變？ 溫度是變量，應控制果泥量、果膠酶的溫度是變量，應控制果泥量、果膠酶的 濃度和用量、水浴時間和混合物的濃度和用量、水浴時間和混合物的phph等等 所有其他條件不變。只有這樣才能保證只所有其他條件不變。只有這樣才能保證只 有溫度一

18、個變量對果膠酶的活性產(chǎn)生影響。有溫度一個變量對果膠酶的活性產(chǎn)生影響。 實驗設計實驗設計 果膠酶的活性受果膠酶的活性受phph影響，處于最適影響，處于最適phph，酶的活性最高，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。度與果膠酶的活性大小成正比。 2 2、實驗操作流程、實驗操作流程 請你設計。請你設計。 實驗設計實驗設計（1-21-2）探究）探究phph對果膠酶活性的影響對果膠酶活性的影響 探探究究phph對果膠酶活性的影響，只須將溫度梯度改對果膠酶活性的影響，只須將溫度梯度改 成成phph

19、梯度，并選定一個適宜的溫度進行水浴加熱。反梯度，并選定一個適宜的溫度進行水浴加熱。反 應液中的應液中的phph可以通過體積分數(shù)為可以通過體積分數(shù)為0.1%0.1%的的naohnaoh或或hclhcl溶液溶液 進行調(diào)節(jié)進行調(diào)節(jié)。 問問2在探究溫度或在探究溫度或ph的影響時，是否需要設置對照？如的影響時，是否需要設置對照？如 果需要，又應該如何設置？為什么？果需要，又應該如何設置？為什么？ 實驗設計實驗設計（1-21-2）探究）探究phph對果膠酶活性的影響對果膠酶活性的影響 果膠酶將果膠分解為小分子物質(zhì)，小分子物質(zhì)可以通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

20、反應了果膠酶的催化分解過濾紙，因此蘋果汁的體積大小反應了果膠酶的催化分解 果膠的能力。在不同的溫度和果膠的能力。在不同的溫度和phph下，果膠酶的活性越大，下，果膠酶的活性越大， 蘋果汁的體積就越大。蘋果汁的體積就越大。 4 4想一想想一想: : 為什么能夠通過測定濾出的蘋果汁的體積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？小來判斷果膠酶活性的高低？ 實驗設計實驗設計（1-21-2）探究）探究phph對果膠酶活性的影響對果膠酶活性的影響 果膠是植物細胞壁以及胞間層的主要成分之一。果膠果膠是植物細胞壁以及胞間層的主要成分之一。果膠 酶能夠分解果膠，從而分解植物的細胞壁及

21、胞間層。在果酶能夠分解果膠，從而分解植物的細胞壁及胞間層。在果 汁生產(chǎn)中應用果膠酶可以提高果汁的澄清度。下面是某研汁生產(chǎn)中應用果膠酶可以提高果汁的澄清度。下面是某研 究性學習小組同學在究性學習小組同學在“探究果膠酶催化果膠水解的適宜探究果膠酶催化果膠水解的適宜ph”ph” 的課題過程中遇到的問題。的課題過程中遇到的問題。 （1 1）本課題實驗步驟中，在完成）本課題實驗步驟中，在完成“燒杯中分別加入蘋燒杯中分別加入蘋 果泥（假定果泥（假定phph的改變對蘋果泥成分無影響），試管中分別的改變對蘋果泥成分無影響），試管中分別 注入果膠酶溶液、編號、編組注入果膠酶溶液、編號、編組”之后，有下面兩種操作

22、：之后，有下面兩種操作： 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，再把混合液的相混合，再把混合液的phph分別調(diào)至分別調(diào)至4 4、5 5、6 61010。 方法二：將試管中果膠酶溶液和燒杯中蘋果泥的方法二：將試管中果膠酶溶液和燒杯中蘋果泥的phph 分別調(diào)到分別調(diào)到4 4、5 5、6 61010，再把，再把phph相等的果膠酶溶液和蘋相等的果膠酶溶液和蘋 果泥相混合。果泥相混合。 請問哪一種方法更為科學，并說明理由？請問哪一種方法更為科學，并說明理由？ 實驗設計實驗設計（1-21-2）探究）探究phph對果膠酶活性的影響對果膠酶活性的影

23、響 請問哪一種方法更為科學，并說明理由？請問哪一種方法更為科學，并說明理由？ 方法二的操作能夠確保酶的反應環(huán)境從一開方法二的操作能夠確保酶的反應環(huán)境從一開 始達到實驗預設的始達到實驗預設的phph（或（或“方法一的操作會在達方法一的操作會在達 到預定到預定phph之前就發(fā)生了酶的催化反應之前就發(fā)生了酶的催化反應”）。）。 （2 2）實驗步驟中有玻璃棒攪拌的操作，其目的是）實驗步驟中有玻璃棒攪拌的操作，其目的是 使什么？使什么？ 酶和反應物（果膠）充分地接觸以減少實驗誤差酶和反應物（果膠）充分地接觸以減少實驗誤差 實驗設計實驗設計（1-21-2）探究）探究phph對果膠酶活性的影響對果膠酶活性的影響 （3 3）如果用曲線圖的方式記錄實驗結(jié)果，在現(xiàn)有的條件）如果用曲線圖的方式記錄實驗結(jié)果，在現(xiàn)有的條件 下，當橫坐標表示下，當橫坐標表示phph，縱坐標表示，縱坐標表示 ， 該實驗操作和記錄是比較切實可行的。根據(jù)你對酶特性的該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