高二生物學案：專題課題果膠酶在果汁生產中的作用含解析

學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精專題4課題1果膠酶在果汁生產中的作用知識點一果膠酶的作用1．果膠(1)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.(2）果膠對果汁生產的影響:影響果汁的出汁率，還會使果汁渾濁。2．果膠酶（1)果膠酶的組成:果膠酶是分解果膠的一類酶的總稱，包括多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶、果膠酯酶等。(2)果膠酶的作用3。酶的活性與影響酶活性的因素（1)酶的活性:指酶催化一定化學反應的能力。（2）酶活性的高低的衡量標準：酶活性的高低可以用在一定條件下，酶所催化的某一化學反應的反應速率來表示；酶反應速率可以用單位時間內、單位體積中反應物的減少量或生成物的增加量來表示。（3）影響酶活性的因素：溫度、pH和酶的抑制劑等條件會影響酶的活性.1．果膠酶的應用范圍（1）水果中的果膠經(jīng)果膠酶水解后，可降低果汁的黏度，有助于壓榨并提高出汁率。(2)進行果汁沉降和離心，可破壞果汁中懸浮物的穩(wěn)定性，使其凝聚沉淀,使果汁澄清。（3）經(jīng)果膠酶處理的果汁比較穩(wěn)定，不再產生混濁，在制備濃縮果汁時，果膠酶的作用顯得尤為重要。(4)果膠酶與纖維素酶、半纖維素酶等配合，可分解植物細胞壁中的果膠和纖維，促使淀粉、脂質、維生素和蛋白質等釋放出來，提高飼料的營養(yǎng)價值.2．影響酶活性的因素（1)溫度對酶活性的影響(如下圖所示）：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，隨溫度的升高，酶的催化能力迅速下降,最后完全失去催化能力.果膠酶的最適溫度范圍為45~50℃。（2)pH對酶活性的影響（如上圖所示)：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升高，高于最適pH時，隨著pH的升高，酶的催化能力逐漸下降,pH過高或過低均會使蛋白質變性。當?shù)鞍踪|變性后，酶也就完全喪失了活性。果膠酶的最適pH范圍為3.0～6.0。(3)酶的抑制劑：使酶活性下降，但不引起酶變性的物質稱為酶的抑制劑。酶的抑制劑與酶分子上的某些必需基團反應，引起酶活性下降甚至喪失，但并不使酶變性。Fe3＋、Ca2＋、Zn2＋等金屬離子對果膠酶有抑制作用?！镜漕}精練1】下列關于果膠酶作用的敘述，錯誤的是（）A．分解水果細胞壁中的果膠，從而瓦解細胞壁B．可將果膠分解成半乳糖醛酸，使果汁變得澄清C．分解水果細胞壁中的纖維素和果膠D．可使果汁榨取變得容易，提高出汁率【答案】C【解析】果膠酶可將果膠分解為半乳糖醛酸，從而使果汁榨取時比較容易,并使果汁變得澄清。要分解纖維素，需要利用纖維素酶?！镜漕}精練2】下圖中曲線表示的是溫度和果膠酶活性之間的關系，此曲線不能說明的是（）A．在B點之前，果膠酶的活性和溫度接近成正比;之后，接近成反比B．當溫度到達B′點時，果膠酶的活性最高,催化能力最強C．A點時，果膠酶的活性很低，但隨著溫度升高，果膠酶的活性可以上升D．C點時,果膠酶的活性很低,當溫度降低時，酶的活性可以上升【答案】D【解析】從圖中可以看出：在溫度較低時,隨著溫度的不斷升高，果膠酶的活性不斷上升,到B點時，酶的活性達到最高；之后，隨著溫度的繼續(xù)上升，酶的活性迅速下降。A點和C點相比,雖然酶的活性都很低，但是A點對應的是低溫條件,對酶的分子結構無影響，所以，隨著溫度的上升，其活性也會不斷上升，而C點對應的是高溫條件,已破壞酶的分子結構,使酶的活性發(fā)生不可逆的變化，即使再降低溫度，酶的活性也不會上升。知識點二探究影響酶活性的因素1．探究溫度對酶活性的影響（1)實驗原理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呈正相關。(2)探究過程2．探究pH對果膠酶活性的影響（1）實驗原理：大部分酶的活性受環(huán)境pH的影響.在一定的pH下，酶反應具有最大速率,高于或低于此值，反應速率均下降，通常稱此pH為酶反應的最適pH。(2）實驗結果：在不同pH下,酶活性會發(fā)生變化.（3)實驗過程:探究pH對果膠酶活性的影響，只需將溫度梯度改成pH梯度，并選定一個適宜的溫度進行水浴加熱。反應液中的pH可以通過體積分數(shù)為0。1％的氫氧化鈉或鹽酸溶液進行調節(jié)。說明：探究溫度或pH對果膠酶活性的影響時，需要設置對照實驗，不同梯度的溫度之間或不同梯度的pH之間就可以作為對照，這種對照稱為相互對照。1．探究溫度對果膠酶活性的影響實驗的注意事項(1)在混合蘋果泥和果膠酶之前，要將蘋果泥和果膠酶分裝在不同的試管中進行恒溫處理，目的是保證底物和酶在混合時的溫度相同，避免蘋果泥與果膠酶混合時因二者溫度不同而影響混合物的溫度,進而影響果膠酶的活性.（2)本實驗的實驗對象是酶的活性，自變量是溫度,屬于探究性的定量實驗.這類實驗的自變量通常是通過設置梯度來確定最適值。第一輪實驗通常設置的梯度差較大，縮小范圍后，在第二輪實驗中可設置較小的梯度差。(3)嚴格控制無關變量①各實驗組中蘋果泥和果膠酶的用量要嚴格控制相等。②蘋果泥和果膠酶混合前要進行恒溫處理，處理時間不宜太長。③嚴格控制各實驗組的pH、操作的程序等。2．如何選取變量來判斷果膠酶的活性（1)當探究溫度對果膠酶活性的影響時，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pH等所有其他條件不變。只有這樣才能保證只有溫度這一個變量對果膠酶的活性產生影響。同理，當探究pH對果膠酶活性的影響時，pH是變量，應控制所有其他條件不變，只需將溫度梯度改成pH梯度，并選定一個適宜的溫度進行水浴加熱。（2）通過測定濾出的蘋果汁的體積大小來判斷果膠酶的活性的高低。果膠酶將果膠分解為小分子物質,小分子物質可以通過濾紙，因此蘋果汁的體積大小反映了果膠酶催化分解果膠的能力.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.(3）通過比較果汁的澄清度來判斷果膠酶活性的高低?！镜漕}精練3】下列不能表示酶活性高低的是（)A．一定條件下所催化的某一化學反應的反應速度B．單位時間內、單位體積中反應物的減少量C．單位時間內、單位體積中酶的變化量D．單位時間內、單位體積中產物的增加量【答案】C【解析】酶活性的高低可以用在一定條件下，酶所催化某一化學反應的反應速度來表示，而酶促反應速度用單位時間內、單位體積中反應物的減少量或產物的增加量來表示。單位時間內、單位體積中酶的變化量可以影響反應速度，卻不能表示酶活性的高低.解題歸納酶的反應速度用單位時間內、單位體積中反應物的減少量或產物的增加量來表示。在一定條件下，酶的活性最高,即產物的生成量或反應物的減少量最大，該條件便是酶催化的最適條件,如最適溫度、最適pH等。【典題精練4】某同學為探究溫度對果膠酶活性的影響，在不同溫度下，將等量的果膠酶加入到等量的蘋果泥中，在反應同樣時間后，再將反應液過濾同樣時間，用量筒測定濾出蘋果汁的體積.下圖所示曲線圖能正確反映實驗結果的是（）【答案】B【解析】果膠酶在0℃時活性較低,但也能催化蘋果泥形成果汁，果汁量不為0.隨著溫度升高，果膠酶的活性升高，果汁量增加。當超過最適溫度時，果膠酶活性降低,果汁量減少，正確的曲線應如B圖所示。知識點三探究果膠酶的用量1．實驗原理（1)檢查酶的含量，不能直接用它的重量或體積來表示,常用它催化某一特定反應的能力來表示，即用酶活力來表示。(2）酶活力的大小可以用在一定條件下，它所催化的某一化學反應的反應速率來表示。酶反應速率可用單位時間內、單位體積中底物的減少量或產物的增加量來表示。2．實驗方案可以配制不同濃度的果膠酶溶液，也可以只配制一種濃度的果膠酶溶液，然后使用不同的體積即可。注意,反應液的pH必須相同,否則將影響實驗結果的準確性。3．實驗流程（1)準確稱取純的果膠酶1mg、2mg、3mg、4mg、5mg、6mg、7mg、8mg、9mg，配制成相等體積的酶溶液，取等量酶溶液放入9支試管中，依次編號為1～9號。制取蘋果泥并稱45g蘋果泥，分裝入9支試管中,每支試管中分裝5g,依次編號為1~9號。(2）將上述試管放入37℃的恒溫水浴鍋中平衡內外溫度。(3）一段時間后將不同濃度的果膠酶溶液分別迅速與對應試管的蘋果泥混合，然后再放入恒溫水浴鍋中。（4)記錄反應時間,約20min。(5)過濾后測量果汁體積，并繪制出不同果膠酶用量對出汁量影響的曲線圖。盛有蘋果泥的試管123456789盛有果膠酶的試管123456789果汁量(mL）對實驗結果的分析說明1．實驗中所用的果膠酶應盡量使用純酶制劑，以免影響對酶用量的估算.2．如果隨著酶濃度的增加,過濾到的果汁的體積也增加,說明酶的用量不足；當酶濃度增加到某個值后，再增加酶的用量，過濾到的果汁的體積不再改變，說明酶的用量已經(jīng)足夠，那么,這個值就是酶的最適用量.3．由于本實驗是一個探究性實驗，實驗結果也會因各種無關變量的影響而發(fā)生改變。各種實驗參數(shù)應根據(jù)具體情況調整,以期達到最佳實驗效果。4．如果設定的酶的濃度梯度無法滿足實驗要求,即出現(xiàn)過高或過低現(xiàn)象,應及時調整。探究果膠酶的最適用量是建立在探究溫度和pH對果膠酶活性影響的基礎之上的。此時，研究的變量是果膠酶的用量,其他因素都應保持不變?！镜漕}精練5】在探究果膠酶的用量實驗中，下列敘述不恰當?shù)氖牵?A．本實驗應控制在適宜的溫度、pH下B．各反應液的溫度、pH必須相同C．可配制不同濃度的果膠酶溶液，應使各種濃度果膠酶溶液加入量保持一致D．反應物濃度一定時,酶用量越大,濾出的果汁越多【答案】D【解析】在探究酶用量的實驗中，基本思路就是在一定濃度、體積的反應物中，加入一定量的不同濃度的酶溶液，最后看在哪一濃度的酶催化下產生的果汁多,據(jù)此來判定酶的用量.在實驗過程中，要保證除酶濃度外其他變量都相同，即控制單一變量。經(jīng)實驗可知，在反應物濃度一定時,一段時間內，果汁體積隨酶濃度的增加而增加，但當達到一定酶濃度時，果汁體積不再增加.解題歸納除溫度、pH、反應物濃度外，酶濃度本身也影響催化反應速度.酶濃度、溫度、pH分別為自變量時，測定其最適值所遵循的設計思路是保證其他條件不變,設置一系列梯度變量，來測定其最適條件,可進行重復實驗，進一步驗證?！镜漕}精練6】我國水果生產發(fā)展迅速，由于收獲的季節(jié)性強，易造成積壓，腐爛變質，為了解決上述問題且滿足不同人群的需求，可以將水果加工制作成果汁、果酒、果醋等.在果汁生產中要用到果膠酶，某生物研究小組為了探究果膠酶的某些特性，進行了如下實驗：(1）實驗方法：按如下圖所示的順序進行操作。(2)實驗結果：對照組與實驗組進行了相同時間的實驗，結果如下圖所示：①圖中自變量是溫度，除此之外還可用________表示。A．酶的濃度 B．蘋果泥的量C．水的加入量 D．pH②圖中的縱坐標還可用________來表示。③實驗小組改變了實驗條件后重復做實驗，得到曲線乙，蘋果汁的澄清度最高點對應的橫坐標是同一位置的原因是________________________________。④步驟b中在果膠酶和蘋果泥混合前，將兩者分裝在不同試管中恒溫的目的是_________________________________________?！敬鸢浮?2）①D②蘋果汁的體積③同一種酶的最適溫度是一定的，不會因酶的濃度、底物的量的不同而改變④保證底物和酶在混合時的溫度是相同的，避免底物和果膠酶混合時影響混合物的溫度，從而影響果膠酶活性【解析】果膠酶的活性受溫度、pH等條件的影響，而與底物的量、酶的濃度和水的加入量沒有關系，所以每一種酶的最適pH和最適溫度是一定的。衡量實驗結果的指標中有兩種,一是果汁的量,另一個是果汁的澄清度.為使實驗中達到相應的設計溫度，必須使酶與底物分別保溫達到要求后才能混合。一、選擇題1．下列能表示酶活性高低的是（D)A．單位時間、單位體積內反應物的總量B．一段時間后生成物的總量C．一段時間后,一定體積中消耗的反應物的量D．單位時間內、單位體積中反應物的減少量或產物的增加量解析：酶活性高低可用單位時間內、單位體積中反應物的減少量或產物的增加量來表示。2．下表是某同學探究溫度對果膠酶活性影響的實驗結果。該結果不能說明(C)溫度（℃)102030405060果汁量（mL）234565A。溫度影響果膠酶的活性B．40℃和60℃時酶的活性相等C．50℃是該酶的最適溫度D．若溫度從10℃升高到40℃,酶的活性將逐漸增強解析：溫度會影響酶的活性，且都有一個最適溫度，表中數(shù)據(jù)只能說明在50℃時酶的活性比其他溫度時更高，但不能斷定50℃就一定是該酶的最適溫度。3．如圖表示酶活性與溫度的關系.下列敘述正確的是（B）A．當反應溫度由t2調到最適溫度時，酶活性下降B．當反應溫度由t1調到最適溫度時,酶活性上升C．酶活性在t2時比t1高,故t2時更適合酶的保存D．酶活性在t1時比t2低，表明t1時酶的空間結構破壞更嚴重解析：在最適宜的溫度下，酶的活性最高。溫度偏高或偏低，酶活性都會明顯降低。當反應溫度由t2調到最適溫度時，酶活性上升。溫度過高，還會使酶的空間結構遭到破壞，使酶永久失活，0℃左右的低溫雖然使酶的活性明顯降低，但能使酶的空間結構保持穩(wěn)定,在適宜的溫度下酶的活性可以恢復，酶適于在低溫下保存，故C、D錯誤。4．果汁生產過程中使用果膠酶，下列關于果膠與果膠酶的描述不正確的是(C)A．果膠是存在于植物細胞壁和胞間層中的一種高分子化合物B．果膠酶分解果膠使榨取的果汁變得澄清且量多C．果膠酶的本質是一種受溫度、pH的影響較大的蛋白質D．果膠酶發(fā)生催化作用的實質是降低了化學反應的活化能解析：果膠是植物細胞壁及胞間層的主要組成成分之一，它是由半乳糖醛酸聚合形成的高分子化合物，A正確；果膠酶分解果膠，形成可溶性半乳糖醛酸，使混濁的果汁變得澄清，且能提高出汁率，B正確；果膠酶是一類酶，不是一種酶，包括多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶、果膠酯酶，C錯誤；酶的作用機理是降低化學反應活化能，D正確。5．下列關于果膠酶在果汁生產中的作用的實驗操作錯誤的是(A）A．用橙子做本課題實驗時，必須去掉橙皮B．用質量分數(shù)為0。1%的NaOH溶液和鹽酸調節(jié)pHC．為了使果膠酶能夠充分地催化反應，應用玻璃棒不時地攪拌反應混合物D．制取蘋果泥時，可先將蘋果切成小塊放入榨汁機中,加入適量的水后再進行攪拌解析：用橙子做本課題實驗時，不必去掉橙皮，A錯誤。在探究不同pH對果膠酶活性的影響時,可以用質量分數(shù)為0。1%的NaOH溶液和鹽酸進行調節(jié)，B正確;為了使果膠酶能夠充分地催化反應,應用玻璃棒不時地攪拌反應混合物，但攪拌不宜太劇烈,C正確；制取蘋果泥時，可先將蘋果切成小塊放入榨汁機中，加入適量的水后再進行攪拌,D正確。6．下列有關果膠酶及與果膠酶有關的實驗探究的敘述，正確的是(D)A．探究果膠酶的最適用量時，pH、溫度不影響實驗結果B．果膠酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶和葡萄糖異構酶等C．探究不同pH對果膠酶活性的影響時，可以用濃鹽酸進行調節(jié)D．可以用相同時間內過濾到的果汁體積來表示果膠酶的活性解析:探究果膠酶的最適用量時,pH、溫度會影響實驗結果,故實驗中要保持pH、溫度相同且適宜，A錯誤;果膠酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶和果膠酯酶等,B錯誤;探究不同pH對果膠酶活性的影響時,可以用質量分數(shù)為0。1%的NaOH溶液和鹽酸進行調節(jié),C錯誤。二、非選擇題7．某同學通過實驗來探究pH對酶活性的影響。他準備了5支含有等量果膠酶溶液的試管，用質量分數(shù)為0。1％的鹽酸和氫氧化鈉溶液調節(jié)至不同的pH，每支試管加5塊0。1cm3的正方體蘋果塊，試管均置于25℃室溫條件下.（1)請你幫助他選取pH梯度：5、6、7、8、9.（2)請以兩種方法改進實驗，使實驗在更短時間內完成:方法一：將溫度由25_℃提高到大約50_℃；方法二：將正方體蘋果塊處理成蘋果泥。(3)產生果汁的量與酶活性高低的關系是酶活性越高，果膠分解越快,單位時間內產生的果汁越多?？筛鶕?jù)單位時間內產生果汁量的多少來判斷最適pH。（4)為確