高中生物选修1优质学案41 果胶酶在果汁生产中的作用.docx
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高中生物选修1优质学案41果胶酶在果汁生产中的作用
课题1 果胶酶在果汁生产中的作用
学习目标
1.了解果胶酶的组成及其作用。
2.理解影响酶活性的因素并学会相关探究的实验设计。
|预知概念|
一、果胶和果胶酶
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）组成：
是分解果胶的一类酶的总称，包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。
（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。
二、酶的活性与影响酶活性的因素
1.酶的活性
是指酶催化一定化学反应的能力。
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。
2.影响酶活性的因素：
主要有温度、pH和酶的抑制剂等。
三、探究温度和pH对果胶酶活性的影响
1.实验原理
果胶酶的活性受温度和pH影响，处于最适值时，活性最高。
果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶活性大小呈正相关。
2.实验流程
3.该实验的自变量是温度或pH，因变量是酶的活性，检测因变量是通过测定果汁的体积或澄清度来实现的。
四、探究果胶酶的用量
（1）该实验的自变量是果胶酶的用量，除此之外，影响果汁产量的因素还有温度、pH、酶催化反应的时间、苹果泥的用量等无关变量。
（2）判断的思路是：
如果随着酶的用量增加，过滤到的果汁的体积也增加，说明酶的用量不足；如果当酶的用量增加到某个值后，再增加酶的用量，过滤到的果汁体积也不再改变，说明酶的用量已经足够。
|过程评价|
1.果胶酶是一类酶的总称，包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等（ ）
2.将果胶酶用于果汁的生产，既能提高出汁率又能提高果汁的澄清度（ ）
3.酶的活性受温度、pH和酶用量等因素的影响（ ）
4.在探究温度和pH对酶活性影响的实验中，温差或pH差值越小，实验的误差就越大（ ）
5.在探究果胶酶最适用量的实验中，自变量是果胶酶的用量，无关变量是果汁的出汁率或澄清度（ ）
[答案] 1.√ 2.√ 3.× 4.× 5.×
|联想·质疑|
★果胶酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。
★果汁在果胶酶的作用下澄清度高、出汁率高。
★果胶酶需要温和的条件
底物浓度一定时，酶用量越大，是否滤出的果汁越多？
提示：
不是。
科学探究1 果胶和果胶酶以及影响酶活性的因素
1.果胶酶为什么可以提高果汁的产生量和澄清度？
提示 果胶是植物细胞壁和胞间层的主要组成成分之一，果胶酶可以水解果胶，从而瓦解植物细胞壁和胞间层，所以能提高果肉的出汁率。
果胶会影响果汁的澄清度，所以果胶被水解后可以提高果汁的澄清度。
2.影响酶促反应的外界因素有______________________________________，其中能影响酶活性的有____________________。
提示 温度、pH、酶抑制剂、酶的用量、底物浓度等 温度、pH、酶抑制剂
3.绘出温度、pH对酶活性的影响曲线，并标出最适温度和最适pH。
提示
1.果胶与纤维素的比较
相同点
不同点
纤维素
①都是高分子化合物
②都不溶于水
③都参与细胞壁的组成
①组成的基本单位：
葡萄糖
②分解所需的酶：
纤维素酶，将纤维素分解为葡萄糖
果胶
①组成的基本单位：
半乳糖醛酸
②分解所需的酶：
果胶酶，将果胶分解为可溶性半乳糖醛酸
2.果胶酶与纤维素酶的比较
组成
本质
作用
果胶酶
包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等
蛋白质
催化水解果胶成为可溶性的半乳糖醛酸
纤维素酶
一般至少包括C1酶、Cx酶和葡萄糖苷酶
纤维素
纤维二糖
葡萄糖
3.影响酶促反应速率的因素及其作用机理
酶反应速度
[探究应用]
1.果胶酶的作用底物是果胶，下列有关叙述，正确的是（ ）
A.果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一
B.果胶酶可催化果胶分解成可溶性的半乳糖，使得浑浊的果汁变澄清
C.果胶是由半乳糖聚合而成的一种高分子化合物
D.果胶酶就是果胶分解酶的简称
[解析] 果胶是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物；果胶被果胶酶分解后的产物是半乳糖醛酸；果胶酶是一类酶的总称，包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。
[答案] A
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呈正相关；之后，呈负相关
B.当温度达到B点时，果胶酶的活性最高，酶的催化作用最强
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，果胶酶的活性很低，当温度降低时，酶的活性可以恢复上升
[解析] C点是高温条件，温度过高，酶的分子结构已被破坏，使酶变性失活，所以在C点条件下降低温度，酶的活性不会恢复上升。
[答案] D
科学探究2 探究温度和pH对果胶酶活性的影响以及果胶酶的用量
1.填表比较教材43页～44页“资料一”和“资料二”中三个实验的有关变量。
自变量
因变量
无关变量
温度对酶活性的影响
pH对酶活性的影响
探究果胶酶的用量
提示 温度 酶活性 pH、苹果泥用量、果胶酶用量、反应时间、过滤时间等
pH 酶活性 温度、苹果泥用量、果胶酶用量、反应时间、过滤时间等
果胶酶的用量 果汁体积 温度、pH、苹果泥用量、反应时间、过滤时间等
2.在探究温度或pH对酶活性的影响时，是否需要另外设置对照？
该实验属于哪种对照类型？
提示 不需要另外设置对照实验。
不同的温度梯度之间或不同的pH梯度之间就可以作为对照，这种对照称为相互对照。
3.在探究温度和pH对果胶酶活性的影响的实验中，是否能先将果胶酶和果泥混合再调节温度或pH？
为什么？
提示 不能。
因为果泥和果胶酶一旦混合就开始了反应，再调节温度或pH，则每一组实验并没有在预定的温度或pH下进行反应，实验的可信度大大降低。
4.在探究果胶酶的用量的实验中，如何判断果胶酶已达到最适用量？
（1）如果随着酶用量的增加，过滤到的果汁体积也增加，说明____________________________________________________________________。
（2）如果当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___________________________________________________________。
提示
（1）酶的用量不足
（2）酶的用量已经足够，这个值就是酶的最适用量
1.在混合苹果泥和果胶酶之前，要将苹果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理，目的是保证底物和酶在混合时的温度是相同的，避免了果泥和果胶酶混合时达不到预定的温度，从而影响果胶酶活性。
2.可通过比较滤出的苹果汁的体积大小来判断果胶酶活性的高低。
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。
在不同的温度或pH下，果胶酶的活性越高，滤出的苹果汁越多。
也可通过比较苹果汁的澄清度来判断果胶酶活性的高低。
3.探究果胶酶的最适用量是建立在探究温度和pH对果胶酶活性影响的基础之上的。
此时，研究的变量是果胶酶的用量，其他因素都应保持不变且适宜。
[探究应用]
1.现有磨浆机、烧杯、滴管、量筒、玻璃棒、漏斗、纱布、苹果、试管、质量分数为2%的果胶酶溶液、蒸馏水、一定浓度的盐酸和氢氧化钠溶液，下表是某小组利用上述材料进行的有关实验（“/”表示不加），请回答下列问题。
操作顺序
项目
烧杯
甲
乙
丙
丁
1
在烧杯中加入苹果泥
20mL
20mL
20mL
20mL
2
①
2mL
/
2mL
2mL
3
加入不同的液体
2mL蒸馏水
4mL蒸馏水
2mL盐酸溶液
2mL氢氧化钠溶液
4
水浴恒温，玻璃棒搅拌
15分钟
15分钟
15分钟
15分钟
（1）磨浆机的作用是__________________________________________________。
（2）若要验证果胶酶的作用，应把________两个烧杯同时取出并________，观察并比较________。
预期的实验现象与结果是：
______________________________。
（3）比较烧杯甲、丙、丁可知：
________能影响酶的活性。
（4）表中①处的内容是________________________________________________。
（5）请你设计一张表格，用来记录利用上述材料“探究果胶酶最适用量”的实验结果。
[解析]
（1）实验中磨浆机的作用是制取苹果泥。
（2）若要验证果胶酶的作用，应把甲（实验组）与乙（对照组）两个烧杯同时取出并过滤相同时间后，可通过观察并比较果汁的体积与澄清度来判断果胶酶的作用。
其实验结果是：
加入果胶酶的烧杯甲的果汁的体积多于乙，且比乙澄清。
（3）甲、丙、丁的条件差异为pH值不同，因此比较烧杯甲、丙、丁的结果可知：
pH值能影响酶的活性。
（4）依据实验条件可推知表中①处的内容是：
质量分数为2%的果胶酶溶液。
（5）设计表格时要注意：
表格各栏目内容为组号、加入苹果泥的量（mL）、质量分数为2%的果胶酶溶液量（mL）、所得果汁的体积（mL）。
单位可以不用mL，如用滴数表示等，组数也不定。
[答案]
（1）制取苹果泥
（2）甲与乙 过滤相同时间 果汁的体积与澄清度 甲果汁的体积多于乙且比乙澄清 （3）pH值 （4）质量分数为2%的果胶酶溶液 （5）须有组号、加入苹果泥的量（mL）、质量分数为2%的果胶酶溶液量（mL）、所得果汁的体积（mL）各栏目。
（单位可以不用mL，如用滴等，组数也不定。
）
组号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
…
加入苹果泥的量/mL
质量分数为2%的果胶酶溶液量/mL
所得果汁的体积/mL
2.分别加入30mL苹果泥，保温一段时间，然后向各试管加入不同体积的果胶酶溶液，反应一段时间后过滤并记录果汁体积，实验数据如下表所示。
下列分析错误的是（ ）
编号
1
2
3
4
5
6
7
8
果胶酶溶液体积/mL
1
2
3
4
5
6
7
8
果汁体积/mL
20.6
21.2
21.8
22.4
23
23.4
23.4
23.4
注：
果汁体积均不包含酶溶液体积
A.8只试管均需要调节至相同且适宜的温度、pH，且反应时间充足
B.本实验的测量指标还可以是苹果泥反应完全时所需要的时间
C.在果汁生产中一般还应加入纤维素酶来充分瓦解细胞壁
D.为得到更准确的最适用量，可以设置5～6mL范围内不同果胶酶用量梯度实验来探究
[解析] 8只试管如果反应时间充足，则各组过滤的果汁体积应相同，与表格中的实验结果不符合，A错误；本实验中苹果泥反应完全时各试管过滤的果汁的体积相同，可以利用苹果泥反应完全所需时间的不同作为本实验的测量指标，B正确；植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，所以在果汁生产中还应加入纤维素酶来瓦解细胞壁，C正确；设置5～6mL范围内不同果胶酶用量梯度实验来进行探究是为了得到更准确的最适用量，D正确。
[答案] A
1.下列不属于果胶酶的是（ ）
A.多聚半乳糖醛酸酶B.果胶分解酶
C.果胶酯酶D.半乳糖醛酸酶
[解析] 果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。
[答案] D
2.下列关于探究pH对果胶酶活性影响的实验，叙述不正确的是（ ）
A.自变量是pH
B.控制不变的量有温度、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
[解析] 强酸、强碱、高温都会导致酶变性失活，只有低温抑制酶的活性，但不使其变性失活。
[答案] D
3.下列关于探究果胶酶最适用量的实验，叙述错误的是（ ）
A.配制不同浓度的果胶酶溶液，并在各组中加入等量的该溶液
B.实验温度为无关变量，要在相同的适宜温度条件下进行实验
C.用玻璃棒搅拌加酶的果泥，搅拌时间可以不相同
D.调节pH，使各组中的pH相同而且处于适宜状态
[解析] 探究果胶酶最适用量的实验，果胶酶量为自变量，通过配制不同浓度的果胶酶溶液控制果胶酶的用量，果胶酶溶液量、实验温度、搅拌时间、pH为无关变量，需要等量适宜控制。
[答案] C
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