学年人教版选修1 专题4 第10课时 果胶酶在果汁生产中的作用 学案.docx
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学年人教版选修1专题4第10课时果胶酶在果汁生产中的作用学案
第10课时 果胶酶在果汁生产中的作用
[学习导航] 1.阅读教材P42“基础知识”，掌握影响酶活性的因素和果胶酶的作用及用量。
2.阅读教材P43“[资料一]探究温度和pH对酶活性的影响”，理解并掌握对照实验的设计原则和实验流程。
3.阅读教材P44“[资料二]探究果胶酶的用量”和“操作提示”，掌握影响果汁产量的因素及果汁生产中需注意的问题。
[重难点击] 1.简述果胶酶的作用。
2.检测果胶酶的活性。
3.探究温度和pH对果胶酶活性的影响以及果胶酶的最适用量。
4.搜集有关果胶酶应用的资料。
一、果胶和果胶酶以及影响酶活性的因素
1.果胶
（1）成分：
由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物。
（2）特点：
不溶于水。
（3）作用：
是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一。
2.果胶酶
（1）种类：
多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶等。
（2）作用
①瓦解植物的细胞壁及胞间层，使榨取果汁变得更容易。
②把果胶分解为可溶性的半乳糖醛酸，使浑浊的果汁变得澄清。
3.酶的活性与影响酶活性的因素
（1）酶的活性
①概念：
酶催化一定化学反应的能力。
②表示方法：
用在一定条件下，酶所催化的某一化学反应的反应速度来表示。
③酶反应速度的表示方法：
单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量。
（2）影响酶活性的因素：
温度、pH和酶的抑制剂等。
4.酶的用量
酶用量过多，会导致酶的浪费；酶用量过少，会限制酶促反应的速度。
因此要得到适宜的酶用量，需通过设计实验进行探究。
1.果胶和果胶酶
（1）从果胶是植物细胞壁以及胞间层的成分方面思考，果胶对果汁生产有哪些不利影响？
答案 ①果胶会影响出汁率；②果胶还会使果汁浑浊。
（2）果胶酶是否特指分解果胶的一种酶？
该酶的化学本质是什么？
答案 ①否，果胶酶是分解果胶的一类酶的总称；②果胶酶的化学本质是蛋白质。
（3）分析下图，回答果胶酶的作用原理。
答案 果胶酶能分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层，使得浑浊的果汁变得澄清，而果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸。
2.影响酶活性的因素
（1）影响酶促反应速度的外界因素有哪些？
它们是否都影响酶的活性？
请举例说明。
答案 ①影响酶促反应速度的外界因素有温度、pH、酶抑制剂、酶的用量、底物浓度等。
②不一定。
例如，温度、pH和酶抑制剂能通过改变酶的结构而影响酶的活性，但酶的用量和底物浓度只影响反应速度，并不影响酶的活性。
（2）甲、乙两图是温度、pH对酶活性的影响的数学模型。
①甲、乙两图中B代表的含义分别是什么？
答案 甲、乙两图B点所对应的温度和pH分别是酶的最适温度和最适pH。
②甲乙两图中A点对应的值对酶活性的影响相同吗？
答案 不相同。
甲图A点对应的酶活性较低，乙图A点对应的酶已失活。
③甲、乙两图中C点对应的值对酶活性的影响相同吗？
答案 相同。
两图C点所对应酶均已失活。
归纳总结
（1）果胶与果胶酶的比较
项目
基本单位
组成
果胶
半乳糖醛酸
半乳糖醛酸聚合而成的高分子化合物
果胶酶
氨基酸
多聚半乳糖醛酸酶、果胶酯酶、果胶分解酶等
（2）影响酶促反应速度的因素及其作用实质
酶促反应速度
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RNA
答案 C
解析 植物细胞壁的主要成分有纤维素和果胶，它们分别被纤维素酶和果胶酶水解，A错误；半乳糖醛酸是构成果胶的基本单位，B错误；果胶酶是一类酶的总称，其化学本质是蛋白质，C正确、D错误。
一题多变
（1）两位同学用足量的果肉制作果汁，甲同学使用了果胶酶而乙同学没有使用，过了相同的时间后，二位同学制作的果汁有何区别？
答案 在果汁量和果汁澄清度两个方面均有区别，甲同学由于使用了果胶酶，所以果汁量较多且澄清度也较高。
（2）果胶酶可以催化果胶的水解，而纤维素酶不能催化果胶的水解，这体现了酶的何种特性？
答案 体现了酶具有专一性。
2.下列关于酶活性的说法中，错误的是（ ）
A.酶的活性是指酶催化一定化学反应的能力
B.酶促反应速度越大，说明酶的活性越大
C.酶的活性受温度、pH等因素影响
D.酶活性的高低与反应物的浓度无关
答案 B
解析 酶的活性是由酶的结构决定的，温度和pH都能影响酶的结构，因此酶的活性受温度和pH的影响。
在一定条件下，反应物浓度（或酶的用量）越大，酶促反应速度越大，但并不能说明酶的活性越大，因为反应物浓度（或酶的用量）并不影响酶的活性。
二、探究温度和pH对果胶酶的影响和果胶酶的用量
1.探究温度和pH对果胶酶活性的影响
（1）实验原理
①果胶酶的活性受温度（或pH）影响，处于最适温度（或pH）时，酶的活性最高。
②果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正比。
（2）实验流程
①处理原料：
搅拌器搅拌制苹果泥
↓
②分组处理：
将分别装有苹果泥和果胶酶的试管在不同温度的恒温水浴中保温
（或调节至不同的pH）
↓
③反应阶段：
加入果胶酶反应一段时间
↓
④测量记录：
过滤果汁，用量筒测量果汁体积并记录
2.探究果胶酶的用量
（1）自变量：
果胶酶的用量。
（2）无关变量：
温度、pH、酶催化反应的时间、苹果泥的用量等。
（3）判断的思路
①如果随着酶的用量增加，过滤到的果汁体积也增加，说明酶的用量不足。
②如果酶的用量增加到某个值后，再增加酶的用量，过滤到的果汁体积不再改变，说明酶的用量已经足够。
1.实验方案
（1）当探究温度（或pH）对果胶酶活性的影响时，自变量是什么？
无关变量有哪些？
答案 温度（或pH）是自变量。
果泥量、果胶酶的用量、水浴时间和pH（或温度）等属于无关变量。
（2）在探究温度或pH对酶活性的影响时，如何设置对照实验？
答案 不同的温度梯度之间或不同的pH梯度之间可以作为对照，这种对照称为相互对照。
2.实验操作
在苹果泥和果胶酶混合之前，为什么要将苹果泥和果胶酶分装在不同的试管中用同一恒温处理？
答案 使酶与反应物混合前就分别达到预设的温度，避免混合时改变温度进而导致实验误差。
3.结果分析
（1）为什么可以根据滤出的苹果汁的体积大小来判断果胶酶活性的高低？
答案 果胶酶将果胶分解为小分子物质，小分子物质可以通过滤纸，因此可以根据滤出的苹果汁的体积来判断果胶酶的活性。
（2）除果汁的体积外，根据哪个因变量也能判断果胶酶活性的高低？
该因变量与果胶酶活性有何对应关系？
答案 果汁的澄清度。
果汁越澄清，表明果胶酶的活性越高。
归纳总结
酶相关实验的变量控制
（1）探究温度对酶活性的影响：
可以选用10℃作为梯度差，设置的具体温度为10℃、20℃、30℃、40℃、50℃和60℃等，也可以尝试以5℃作为梯度差。
（2）探究pH对酶活性的影响：
只需将温度梯度改成pH梯度，并选定一个适宜的温度进行水浴加热。
反应液的pH可以用体积分数为0.1%的氢氧化钠溶液或盐酸溶液进行调节。
（3）探究酶的用量：
该实验是建立在探究最适温度和pH对酶活性影响的基础之上的，此时，研究的变量是酶的用量，其他因素都应保持不变。
3.下表是某同学探究温度对果胶酶活性影响的实验结果。
该结果不能说明（ ）
温度/℃
10
20
30
40
50
60
果汁量/mL
2
3
4
5
6
5
A.温度影响果胶酶的活性
B.40℃与60℃时酶的活性相等
C.50℃是该酶的最适温度
D.若温度从10℃升高到40℃，酶的活性将逐渐增强
答案 C
解析 温度影响酶的活性，上表不能说明50℃就是最适温度，只能说明果胶酶的最适温度在40～60℃之间。
在低于最适温度时，随温度的升高，酶的活性增强；高于最适温度时，随温度的升高，酶的活性降低。
温度对酶活性的影响曲线图是钟罩形的，故40℃与60℃时酶的催化效率相同。
一题多变
（1）请根据本题中表格的实验结果及必修1中的相关知识，描述温度对酶活性的影响。
答案 在一定范围内，随着温度的升高，酶的活性逐渐升高；当达到最适温度时，酶的活性最高；超过最适温度后，随着温度的升高，酶的活性逐渐降低。
（2）本题中的实验及其结果无法确定果胶酶的最适温度，如何通过实验进一步探究？
答案 可以在40～60℃再设置多组实验，将相邻两组的温差缩小，然后通过比较果汁量确定比较适合的温度，再以同样的思路进一步探究，可以探究出酶的最适温度。
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pH
C.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
D.制作苹果泥时，可先将苹果切成小块放入榨汁机中
答案 A
解析 在用橙子制作果汁时，不必去除橙皮，因为橙皮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；玻璃棒搅拌可使果胶酶能够充分地催化反应；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。
1.下列不属于果胶酶成分的是（ ）
A.纤维素酶
B.果胶分解酶
C.多聚半乳糖醛酸酶
D.果胶酯酶
答案 A
解析 果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，它包括果胶分解酶、多聚半乳糖醛酸酶和果胶酯酶等，但不包括纤维素酶。
在生产上，果胶酶往往与纤维素酶、半纤维素酶配合使用，可降解细胞壁中的果胶和纤维素。
2.如图曲线表示的是温度和果胶酶活性之间的关系，此曲线不能说明的是（ ）
A.在B点之前，果胶酶的活性和温度成正相关；之后，成负相关
B.当温度到达B点时，果胶酶的活性最高，酶的催化作用最高
C.A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
D.C点时，果胶酶的活性也很低，当温度降低时，酶的活性可以恢复上升
答案 D
解析 从图中可以看出，随着温度的不断升高，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，酶的活性迅速下降。
但是A点和C点相比，虽然酶的活性都很低，但是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，会破坏酶的分子结构，使酶的活性发生不可逆的变化。
3.果胶酶常在0～4℃下保存。
其原因是（ ）
A.此温度条件下，酶的活性最高
B.此温度条件下，酶变性失活
C.低温可降低酶的活性，但酶不变性失活
D.自然条件下，果胶酶常在0～4℃下发生催化作用
答案 C
解析 果胶酶的最适温度是45～50℃，在低温时其活性降低，但酶并不失活，有利于保存。
4.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.无关变量有温度、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pH
D.pH过低时，果胶酶活性变小，但不失活
答案 D
解析 过酸、过碱或温度过高，都会使酶变性，并可造成永久性失活。
5.下列是有关酶的应用问题，请分析回答下面的问题：
工业生产果汁时，常常利用果胶酶破除果肉细胞壁以提高出汁率，为研究温度对果胶酶活性的影响，某学生设计了如下实验。
①将果胶酶与苹果泥分装于不同试管中，在10℃水浴中恒温处理10min（如图A）。
②将步骤①处理后的果胶酶和苹果泥混合，再次在10℃水浴中恒温处理10min（如图B）。
③将步骤②处理后的混合物过滤，收集滤液，测量果汁量（如图C）。
④在不同温度条件下重复以上实验步骤，并记录果汁量，结果如下表：
温度/℃
10
20
30
40
50
60
70
80
果汁量/mL
8
13
15
25
15
12
11
10
根据上述实验，请分析回答下面的问题：
（1）果胶酶能破除细胞壁，是因为果胶酶可以促进细胞壁中果胶的水解，产物是______。
（2）实验结果表明，当温度在___________________附近时，果汁量最多，此时果胶酶的活性____________________________________________________。
（3）为什么该实验能够通过测定过滤出的苹果汁的体积大小来判断果胶酶活性的高低？
________________________________________________________________________。
（4）果胶酶作用于一定量的某种物质（底物），保持温度、pH在最适值，生成物量与反应时间的关系如图。
在35min后曲线变成水平是因为________________。
若增加果胶酶浓度，其他条件不变，请在图中画出生成物量变化的示意曲线。
答案
（1）半乳糖醛酸
（2）40℃ 最高 （3）果胶酶将果胶分解为小分子物质，小分子物质可以通过滤纸，因此苹果汁的体积大小反映了果胶酶催化分解果胶的能力 （4）底物消耗完毕 如图（虚线所示）
解析 从实验数据分析可知，在40℃附近时，果汁量最多，说明此时的果胶酶催化活性最高。
因为底物的量是一定的，所以底物消耗完时，生成物的量达到最大值，其后不再发生变化；增加酶的浓度可以使反应更快地达到平衡点，会更早结束反应，但生成物的总量不会发生变化。
[基础过关]
1.加工橘子罐头，采用酸碱处理脱去中果皮（橘络），会产生严重污染。
目前使用酶解法去除橘络，可减少污染。
下列生长在特定环境中的4类微生物，可以大量产生所用酶的不包括（ ）
A.生长在麦麸上的黑曲霉
B.生长在酸奶中的乳酸菌
C.生长在棉籽壳上的平菇
D.生长在木屑上的木霉
答案 B
解析 脱去中果皮，应选择含纤维素酶较多的微生物，A、C、D所述均含较多纤维素酶。
2.某同学为了验证果胶酶的作用，设计了如下实验：
（1）取两个100mL的洁净烧杯，编号为1号、2号。
（2）向两个烧杯中分别加入20mL的苹果泥，向1号烧杯内加入2mL的蒸馏水，向2号烧杯内加入2mL的果胶酶。
（3）把这两个烧杯放在水浴中保温，并用玻璃棒搅拌。
下面分析中正确的是（ ）
A.1号烧杯为实验组，2号烧杯果汁变澄清
B.2号烧杯为实验组，1号烧杯果汁变澄清
C.1号烧杯为对照组，2号烧杯果汁变澄清
D.2号烧杯为对照组，1号烧杯果汁变澄清
答案 C
解析 本实验中的自变量为有无果胶酶，其中1号为对照组，果汁未变澄清；2号为实验组，果汁变澄清。
3.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
答案 D
解析 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来表示，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。
4.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越多
C.本实验应控制在适宜温度和pH条件下
D.反应液的pH必须相同
答案 B
解析 本实验的自变量是酶用量，温度和pH属于无关变量，因此要控制好，即每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，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、底物浓度外，还有温度、pH、酶促反应时间等。
5.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，应采取的措施是（ ）
A.加大苹果泥用量B.加大果胶酶用量
C.进一步提高温度D.用玻璃棒不时地搅拌反应混合物
答案 D
解析 在用果胶酶处理苹果泥时，若让果胶酶充分发生反应，则需扩大果胶酶和苹果泥的接触面积，尽量使果胶酶和苹果泥充分接触，因此可用玻璃棒不时地搅拌反应混合物。
对苹果泥用量、酶用量及反应所需的温度和pH的调整，在一定范围内只能增大反应速度，而不能使果胶酶充分地催化反应。
6.在探究温度对果胶酶活性的影响、pH对果胶酶活性的影响、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
答案 D
解析 首先要明确实验变量、反应变量等基本概念，在此基础上，针对教材中的三个探究实验进行分析。
实验一为探究果胶酶的最适温度，实验二为探究果胶酶的最适pH，实验三为探究果胶酶的最适用量。
[能力提升]
7.某同学在探究果胶酶的最适温度时，将得到的实验数据转换成曲线图如下。
关于该曲线图，以下说法错误的是（ ）
A.该同学的实验数据中有错误
B.该同学设置的温度梯度不合理
C.从该曲线中判断不出果胶酶的最适温度
D.从曲线中可判断出果胶酶的最适温度一定为40℃
答案 D
解析 该曲线图至少有两个峰值，与酶只有一个最适温度不吻合，A项正确；该同学的温度设置较多地集中于低温阶段，忽略了对高温阶段实验组的设置，B项正确；结合图示可知，过滤到的果汁量的变化趋势仍然在升高，无法确定最适温度，C项正确；40℃是所设置的温度中最接近于最适温度的，但不一定是最适温度，D项错误。
8.如图所示的实验装置用于探究温度对凝乳酶催化乳汁凝固的影响。
先将酶和乳汁分别放在2支试管中，然后将这2支试管放入同一温度的水中水浴15min，再将酶和乳汁倒入同一试管中混合，保温并记录凝乳所需要的时间。
通过多次实验并记录在不同温度下凝乳需要的时间，结果如下表所示。
据此实验，请判断下列叙述中正确的是（ ）
装置
A
B
C
D
E
F
水浴温度/℃
10
20
30
40
50
60
凝乳时间/min
不凝乳
7.0
4.0
1.5
4.0
不凝乳
A.凝乳时间越长，凝乳酶的活性越高
B.如果将A组的水温逐渐提高，乳汁可以凝固
C.低温破坏了酶的分子结构，所以10℃下乳汁不会凝固
D.可以肯定凝乳酶的最适温度为40℃
答案 B
解析 温度影响酶的活性，在低于最适温度时，随温度的升高，酶的活性增强；高于最适温度时，随温度的升高，酶的活性减弱甚至失活。
低温使酶的活性降低，但酶并没有变性失活，当温度逐渐升高时，酶的活性会逐渐增强。
9.下列有关果胶酶及果胶酶实验探究的有关叙述，正确的是（ ）
A.探究果胶酶的用量时，pH、温度不影响实验结果
B.果胶酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和葡萄糖异构酶等
C.探究温度对果胶酶活性的影响时，温度、苹果泥、果胶酶用量及反应时间等都是自变量
D.可以用相同时间内过滤得到的果汁体积来确定果胶酶的用量
答案 D
解析 探究果胶酶用量时，pH、温度会影响实验结果；葡萄糖异构酶不属于果胶酶；探究温度对果胶酶活性影响的实验中，温度为自变量，其他因素保持不变。
10.如图表示某研究小组探究果胶酶用量的实验结果。
下列有关说法不正确的是（ ）
A.在AB段限制反应速度的主要因素是酶的用量
B.在BC段限制反应速度的因素是温度、pH、反应物浓度
C.在AC段增加反应物浓度，可以明显加快反应速度
D.在该实验给定条件下，果胶酶的最佳用量是B点对应的值
答案 C
解析 由曲线图可以看出，在AB段，随着酶的用量的增大，酶促反应速度加快，说明此阶段限制反应速度的主要因素是酶的用量；此时增加反应物浓度，反应速度不会明显加快。
在BC段，随着酶的用量的增大，酶反应速度不再加快，此时反应物浓度成为限制反应速度的因素之一，故增加反应物浓度，反应速度会加快。
11.假设你已经探究出了果胶酶的最适温度（为45℃）和最适pH（为4.8），若还想进一步探究果胶酶的最适用量，此时，实验的自变量是______________________。
合理设置果胶酶用量的梯度后，可通过苹果泥出汁的多少来判断果胶酶的用量是否合适。
请根据所给的材料和用具完成以下探究实验：
（1）材料用具：
制备好的苹果泥、恒温水浴装置、试管、漏斗、滤纸、量筒、试管夹、体积分数为2%的果胶酶溶液、体积分数为0.1%的NaOH溶液和盐酸。
（2）实验步骤：
①取6支试管，编号1～6，分别加入__________________________，调节pH至4.8。
②向1～6号试管中分别加入_____________________________________________，然后放入45℃恒温水浴装置中________________________________________________________。
③_________________________________________________________________________。
（3）以上实验步骤的设计是否有不妥之处？
如果有试分析原因。
___________________________________________________________________________。
答案 果胶酶的用量
（2）①等量的苹果泥 ②不同体积的pH为4.8的果胶酶溶液 保温相同时间 ③过滤并记录果汁体积 （3）有。
为了保证苹果泥与果胶酶混合前后的温度相同，应先将盛苹果泥和果胶酶的试管放在同一温度的水浴装置中恒温，再将两者混合
解析 在探究影响果汁产量的酶的用量时，除酶的用量是自变量外，其他条件都应相同且适宜。
为了避免因混合导致温度变化而影响实验结果，应先将盛苹果泥的试管和盛不同量酶的试管放到相同温度下恒温，然后再将两者混合。
12.如图是研究人员对黑曲霉A1果胶酶性质的研究结果，据图分析温度、pH和Ca2＋浓度等与酶活力的关系。
（1）从上图可以看出，对酶活力影响最小的是________。
（2）这三个图的共同点说明______________________________________________________
__________________________________________________________________________。
（3）若探究温度对黑曲霉A1果胶酶活力的影响，则在该实验中，实验组和对照组的pH及Ca2＋浓度是否需要进行调节？
________。
若需要调节，则pH及Ca2＋浓度分别调节到________和________。
其原因是________________________________________________________。
答案
（1）Ca2＋浓度
（2）在最适条件下，酶的活力最高
（3）需要 4 1 遵循单一变量原则，无关变量相同且适宜
解析
（1）图中曲线变动趋势表明，Ca2＋对酶活力影响最小。
（2）三种曲线变动趋势均显示在最适条件下酶活力最高。
（3）欲探究温度对酶活性的影响，应遵循单一变量原则，将pH、Ca2＋等设为无关变
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