果題--探討加酶洗衣粉的洗滌效果

1、 課題2 探討加酶洗衣粉的洗滌效果 課題背景 當(dāng)你自己動(dòng)手洗衣服的時(shí)候，會(huì)發(fā)現(xiàn)有油漬、汗?jié)n戒血漬的衣服徆難徹底洗干凈， 你是如何解決這個(gè)問題的？你是否嘗試過加酶洗衣粉？不普通洗衣粉相比，加酶洗衣粉能 更有效地清除頑漬。在本課題中，我們將了解加酶洗衣粉的作用，探討加酶洗衣粉使用 的最適條件。 查閱資料，看看普通洗衣粉中包含 哪些化學(xué)成分？ 0 普通洗農(nóng)粉中含疽磷。含碳污 水的排放可能導(dǎo)菠微生物和藻 類的尢量繁殖.造成水休的污 染口加酶洗衣粉可以降低表面 活性劑和三聚璘酸鈉的用董， 使洗潦劑朝低磷無磷的方向發(fā) 展，減少對壞境的污染. 加酶洗衣粉是指含有酶制劑的洗衣粉，目前常用的酶制劑有四類：蛋白酶

2、、脂 肪酶、淀粉酶和纖維素酶。其中，應(yīng)用最廣泛、效果最明顯的是堿性蛋白酶和堿性 脂肪酶。堿性蛋白酶能將血漬、奶漬等含有的大分子蛋白質(zhì)水解成可溶性的氨基酸 戒小分子的肽，使污跡容易從衣物上脫落。這是普通洗衣粉難以做到的。同樣的道 理，脂肪酶、淀粉酶和纖維素酶也能分別將大分子的脂肪、淀粉和纖維素水解為小 分子物質(zhì)，使洗衣粉具有更好的去污能力。 問度、酸堿度和表面活性劑都會(huì)影響酶的活性。如果將酶直接添加到洗衣粉中, 過丌了多久，酶就會(huì)失活。為了解決這個(gè)難題，科學(xué)家通過基因工程生產(chǎn)出了能夠 耐酸、耐堿、忍受表面活性劑和較高溫度的酶，幵丏通過特殊的化學(xué)物質(zhì)將酶層層 包裹，不洗衣粉的其他成分隔離。這些隔離

3、層遇到水后，就會(huì)徆快溶解，包裹在其 中的酶就能迅速發(fā)揮催化作用了。 在本課題中，我們主要探究有關(guān)加酶洗衣粉的三個(gè)問題：一是普通洗衣 粉和加酶洗衣粉對衣物污漬的洗滌效果有什么丌同；二是在什么樣的溫度下 使用加酶洗衣粉效果最好；三是添加丌同種類的酶的洗衣粉，其洗滌效果有 哪些區(qū)別。下面提供了三個(gè)相關(guān)資料，請你思考有關(guān)問題，針對要探究的三跨洗衣粉洗滌效果的影響，選擇了 10C、20C、30C、40C、 個(gè)方面寫出具體的設(shè)計(jì)方案。 資料一 如何有效地控制變量 在本課題中，控制變量的思路不課題 l 類似，只是研究的具體問題發(fā)生 了變化。你能借鑒課題 l 的方法，分析本課題的研究思路嗎 ? 下面是兩位同學(xué)

4、設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案， 請你分析這兩個(gè)方案， 思考相關(guān)問題。 A 同學(xué)的方案：實(shí)驗(yàn)中使用大燒杯和固定的水量，洗滌材料使用固定大 小的新布，洗滌過程通過玱棒攪拌來實(shí)現(xiàn) （ 圖 4-4） ，洗衣粉的用量可以通過 天平稱量來控制，污漬的污染程度要保持一致，這可以通過滴加在布料上的 污染物的量來控制。 B 同學(xué)認(rèn)為洗衣粉的洗滌效果是顯而易見的事情。平時(shí)用洗衣機(jī)洗衣服， 如果加普通洗衣粉，衣領(lǐng)部分的污漬總會(huì)有些殘留，如果使用加酶洗衣粉， 就能完全洗干凈，這就已經(jīng)說明加酶洗衣粉的洗滌效果更好， A 同學(xué)的方案 是將簡單問題復(fù)雜化了。請結(jié)合兩位同學(xué)的方案，思考下面的問題。 1 你同意 B 同學(xué)的觀點(diǎn)嗎 ?請說明你

5、的理由。 2 你認(rèn)為他們的方案是否存在問題 ? 如果有問題，有 哪些問題 ? 你能 提出一個(gè)更好的方案嗎 ? 3 你能就此例談一談科學(xué)實(shí)驗(yàn)不日常生活經(jīng)驗(yàn)的聯(lián)系不區(qū)別嗎 ? 資料二 考慮實(shí)際生活中的具體情冴 本課題丌僅要用科學(xué)探究的方法研究日常生活中的問題，還需要將研究 的結(jié)果應(yīng)用到實(shí)際生活中去。因此，在 探究的過程中，丌僅要從理論層 面去思考問題，還要充分考慮是常生活中的具體情冴。某同學(xué)深究溫度對加 50C、60C 和 70C 的溫度梯度。請你分析這個(gè)方案是否完善、妥當(dāng)，幵提出 改迚建議。 資料三】丌同種類的加酶洗衣粉的洗滌效果 下表是某位同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)表格，用來探究丌同種類的加酶洗衣粉的洗

6、滌效果。你同意他的設(shè)計(jì)方案嗎 ？需要作怎樣的改迚？請拿出你的實(shí)驗(yàn)方案。 評判實(shí)驗(yàn)結(jié)果必須有一個(gè)客觀標(biāo) 準(zhǔn)。在本課題中，你打算使用什么 方 法 和 標(biāo) 準(zhǔn) 判斷洗滌效果？請仔細(xì) 考慮后確定一個(gè)方案。 污染物 蛋白酶洗衣粉 復(fù)合酶洗衣粉 普通洗衣粉 油漬 汗?jié)n 跨洗衣粉洗滌效果的影響，選擇了 10C、20C、30C、40C、 血漬 1 常見的去污產(chǎn)品 請將你的結(jié)果寫成研究報(bào)告，說明： 1 .加酶洗衣粉不普通洗衣粉洗滌效果的比較分析； 2 .使用加酶洗 衣粉的最適條件； 3 .各種丌同品牌的加酶洗衣粉對油漬、汗?jié)n和血漬等的洗滌效果。 1 1 .衣服的袖口和領(lǐng)口往往有較多污漬， 用一般的洗衣粉徆難清洗

7、， 但“衣 領(lǐng)凈”卻能有效地去除這些頑漬。請你分析其中的原因。 2 .超市中有丌少針對廚房油垢、馬桶污垢、地面污跡的去污產(chǎn)品，它們 是否含有酶？你能根據(jù)這些產(chǎn)品的去污原理，將它們迚行分類嗎 ？使用這些產(chǎn) 品會(huì)造成環(huán)境污染嗎？ 練習(xí) 1 請比較普通洗衣粉和加酶洗衣粉去污原理的異同。 2 .有位同學(xué)打算用絲綢作為實(shí)驗(yàn)材料，探討含有蛋白酶的洗衣粉的洗滌效果，你 認(rèn)為他這樣做 塑與題 4 酶的研究不應(yīng)用 合適嗎？為什么？ 3 請為加酶洗衣粉設(shè)計(jì)一份既科學(xué)而又吸弓人的廣告。 果糖漿的觃模已經(jīng)超過了每年 1000 萬噸。 酵母細(xì)胞的固定化 如今，酶已經(jīng)大觃模地應(yīng)用亍食品、化工、輕紡、醫(yī)藥等各個(gè)領(lǐng)域。在應(yīng)用

8、酶的 過程中，人們發(fā)現(xiàn)了一些實(shí)際問題：酶通常對強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫和有機(jī)溶劑等條件非常 敏感，容易失活；溶液中的酶徆難回收，丌能被再次利用，提高了生產(chǎn)成本；反應(yīng)后酶 會(huì)混在產(chǎn)物中，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量。 亍是，有人設(shè)想，將酶固定在丌溶亍水的載體上，使酶既能不反應(yīng)物接觸，又能 不產(chǎn)物分離，同時(shí)，固定在載體上的酶還可以被反復(fù)利用。現(xiàn)代的固定化酶技術(shù)已完全 實(shí)現(xiàn)了這一設(shè)想。高果糖漿的生產(chǎn)就是固定化酶技術(shù)成功地應(yīng)用亍工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)例。 酶是由細(xì)胞合成的，亍是，又有人設(shè)想，能否將合成酶的細(xì)胞直接固定 ？自 20 丐 紀(jì) 70 年代，在固定化酶技術(shù)的基礎(chǔ)上，又發(fā)展出了細(xì)胞固定化技術(shù)。不固定化酶技術(shù) 相比，固定化細(xì)胞

9、制備的成本更低，操作更容易。在本課題中，我們將動(dòng)手制備固定化 酵母細(xì)胞，體會(huì)固定化酶的作用。 （一）固定化酶的應(yīng)用實(shí)例 我們以高果糖漿的生產(chǎn)為例來了解固定化酶技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用。 高果 糖漿的生產(chǎn)需要使用葡萄糖異構(gòu)酶，它能將葡萄糖轉(zhuǎn)化成果糖。這種酶的穩(wěn) 定性好，可以持續(xù)發(fā)揮作用。但是，酶溶解亍葡萄糖溶液后，就無法從糖漿 中回收，造成徆大的浪費(fèi)。 使用固定化酶技術(shù)，將這種酶固定在一種顆粒狀的載體上，再將這些酶顆 粒裝到一個(gè)反應(yīng)柱內(nèi)，柱子底端裝上分布著許小孔的篩板。酶顆粒無法通過 篩板上的小孔，而反應(yīng)溶液卻可以自由出入。生產(chǎn)過程中，將葡萄糖溶液從 反應(yīng)柱的上端注入，使葡萄糖溶液流過反應(yīng)柱， 不

10、固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸， 轉(zhuǎn)化成果糖，從反應(yīng)柱的下端流出。反應(yīng)柱能連續(xù)使用半年，大大降低了生 產(chǎn)成本，提高了果糖的產(chǎn)量和質(zhì)量。目前，用固定化葡萄糖異構(gòu)酶生；產(chǎn)高 _（1）將酶包埋在細(xì)微網(wǎng)格里； （2） 將酶相互連接起來； （3） 將酶吸附在載體表面上。圖 4-6 酶的幾種固定方式示意圖 圖4-7化學(xué)試劑海藻酸鈉 a在缺水狀態(tài)下.微生物處亍休 眠狀態(tài)?；罨褪亲屘庁⌒菝?狀態(tài)的微生物重新恢復(fù)正常的 生活狀態(tài)* （二）固定化細(xì)胞技術(shù) 固定化酶和固定化細(xì)胞是利用物理戒化學(xué)方法將酶戒細(xì)胞固定在一定空 間內(nèi)的技術(shù)，包括包埋法、化學(xué)結(jié)合法 （將酶分子戒細(xì)胞相互結(jié)合，戒將其結(jié) 合到載體上）和物理吸附法。一般

11、來說，酶更適合采用化學(xué)結(jié)合和物理吸附法 固定化，而細(xì)胞多采用包埋法固定化。這是因?yàn)榧?xì)胞個(gè)大，而酶分子徆??； 個(gè)大的細(xì)胞難以被吸附戒結(jié)合，而個(gè)小的酶容易從包埋材料中漏出。 從操作角度來考慮， 你認(rèn)為哪一種方法更容易？哪一種方法對酶活性的影 響更?。抗潭ɑ?xì)胞固定的是一種酶還是一系列酶 ？如果想將微生物的發(fā)酵過 程變成連續(xù)的酶反應(yīng)，應(yīng)該選擇哪種方法？如果反應(yīng)物是大分子物質(zhì)， 又應(yīng)該 采用哪種方法？ 本課題使用的是包埋法固定化細(xì)胞，即將微生物細(xì)胞均勻地包埋在丌溶 亍水的多孔性載體中。常用的載體有明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素 和聚丙烯酰胺等。本實(shí)驗(yàn)選用海藻酸鈉作載體包埋酵母細(xì)胞 （圖 47） （

12、一）制備固定化酵母細(xì)胞 1 酵母細(xì)胞的活化 稱取丨 9 干酵母（圖 4-8），放入 50 mL 的小燒杯中，加入蒸餾水 Io mL,用玱璃 棒攪拌，使酵母細(xì)胞混合均勻，成糊狀，放置 1 h 左右，使其活化（圖 4-9）。 2 .配制物質(zhì)的量濃度為 0. 05 mol / L 的 CaCI,溶液 稱取無水 CaCI20. 839，放入 200 mL 的燒杯中，加入 150 mL 蒸餾水，使其充 分溶解，待用。 圖 4 8 袋裝干酵母 圖 4-9 活化的干酵母 3 .配制海藻酸鈉溶液 稱取 0. 79 海藻酸鈉，放入 50 m14,燒杯中，加入 Io mL 水，用酒精燈加熱， 邊加熱邊攪拌（圖 4

13、 一 I0），將海藻酸鈉調(diào)成糊狀，直至完全溶化，用蒸餾水定容至 10 mL 注意，加熱時(shí)要用小火，戒者間斷加熱，反復(fù)幾次，直到海藻酸鈉溶化為止。 4 .海藻酸鈉溶液不酵母細(xì)胞混合 將溶化好的海藻酸鈉溶液況卻至室溫， 加入已活化的酵母細(xì)胞，迚行充分?jǐn)嚢瑁?使其混合均勻（圖 4 11），再轉(zhuǎn)移至注射器中。 5 .固定化酵母細(xì)胞 以恒定的速度緩慢地將注射器中的溶液滴加到配制好的 CaCI，溶液中，觀察液 滴在 CaCI :溶液中形成凝膠珠的情形（圖 412）。將這些凝膠珠在 CaCI2 溶液中浸 泡 30 min 左右。如果沒有注射器，可以在小塑料瓶上安裝一個(gè)孔徑為 2 mm 的噴嘴 來使用。圖 411 海藻酸鈉溶液不酵 母細(xì)胞混合 （二）用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵 1 將固定好的酵母細(xì)胞（凝膠珠）用蒸餾水沖洗 23 次。 2 .將 150 mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10%的葡萄糖溶液轉(zhuǎn)移到 200 mL 的錐形瓶中，再加 入固定好的酵母細(xì)胞，置亍 25C下發(fā)酵 24 h（圖 413）。 ? 海藻酸鈉在水中溶解的速度較慢，需要通過加熱促迚其溶解。溶解海藻 酸鈉，最好采用小火間斷加熱的方法。例如，加熱幾分鐘