高中生物 专题4 酶的研究与应用 课题1 果胶酶在果汁生产中的作用练习 新人教版.docx
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高中生物专题4酶的研究与应用课题1果胶酶在果汁生产中的作用练习新人教版
课题1果胶酶在果汁生产中的作用
1．果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一，在果汁生产中，果胶会影响出汁率和澄清度。
2．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。
3．酶活性可用一定条件下酶所催化的化学反应的反应速度来表示。
4．酶反应速度用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示。
5．影响果胶酶活性的因素有温度、pH和酶的抑制剂等。
6．探究温度对果胶酶活性的影响时，应控制果泥量、果胶酶的浓度和用量、水浴时间和混合物的pH等所有其他条件相同。
果胶酶的作用及酶活性
[自读教材·夯基础]
1．果胶
（1）作用：
植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一；在果汁加工中，会影响出汁率，并使果汁浑浊。
（2）成分：
是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物。
（3）特点：
不溶于水。
2.果胶酶
（1）来源：
植物、霉菌、酵母菌和细菌等。
（2）组成：
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。
（3）作用：
①分解果胶成可溶性的半乳糖醛酸，使浑浊的果汁变得澄清。
②瓦解植物细胞的细胞壁及胞间层，使榨取果汁变得更加容易。
3．酶的活性
（1）概念：
指酶催化一定化学反应的能力。
（2）表示方法：
用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：
用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示。
（4）酶活性的影响因素：
温度、pH和酶的抑制剂等。
果胶酶是一种酶吗？
它与纤维素酶有何不同？
提示：
不是。
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。
纤维素酶是一种复合酶，它至少包括三种组分，即C1酶、Cx酶和葡萄糖苷酶。
果胶酶中的各种酶都可单独分解果胶，而纤维素酶必须三种组分同时发挥作用才能分解纤维素。
[跟随名师·解疑难]
1．纤维素与果胶的比较
项目
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
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
2．纤维素酶与果胶酶的比较
项目
组 成
作 用
纤维素酶
C1酶、Cx酶、葡萄糖苷酶
纤维素在C1酶、Cx酶的作用下分解生成纤维二糖，再在葡萄糖苷酶的作用下将纤维二糖分解为葡萄糖
果胶酶
多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶等
将不溶性的果胶分解为可溶性的半乳糖醛酸
3．果胶酶的应用范围
（1）水果中的果胶经果胶酶水解后，可降低果汁的黏度，有助于压榨并提高出汁率。
（2）在进行果汁沉降和离心时，能破坏果汁中悬浮物的稳定性，使其凝聚沉淀，果汁得到澄清。
（3）经果胶酶处理的果汁比较稳定，不再发生浑浊，在制备浓缩果汁时，果胶酶的作用显得尤为重要。
（4）在葡萄酒酿造中加入果胶酶能起澄清作用，还可促进葡萄汁中的酒石酸发生沉淀。
（5）果胶酶可用于橘子脱囊衣，制造果粉和低糖果冻。
（6）果胶酶与纤维素酶、半纤维素酶等配合，可降解植物细胞壁中的果胶和纤维素，促使淀粉、脂质、维生素和蛋白质等释放出来，从而提高了饲料的营养价值。
（7）果胶酶可降低饲料的黏度，促进饲料在动物消化道内的消化吸收。
探究温度、pH对酶活性的影响及果胶酶的用量
[自读教材·夯基础]
1．探究温度和pH对果胶酶活性的影响
（1）实验流程：
（2）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。
2.探究果胶酶的用量
（1）影响因素：
该实验的自变量是酶的用量，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。
（2）判断的思路：
①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；
②如果当酶的用量增加到某个数值后，再增加酶的用量，过滤到的果汁的体积不再改变，说明酶的用量已经足够。
1．在探究温度或pH对酶活性的影响时，是否需要设置对照？
如果需要，又应该如何设置？
为什么？
提示：
需要设置对照实验。
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。
只有设置对照才能说明酶的最适温度或最适pH。
2．为什么在混合苹果泥和果胶酶之前，要将果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理？
提示：
将果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理，可以保证底物和酶在混合时的温度是相同的，避免果泥和果胶酶混合时影响混合物的温度，防止温度影响果胶酶活性。
3．阅读教材P44上部的内容思考：
A同学将哪个因素作为自变量，控制哪些因素不变？
为什么要作这样的处理？
B同学呢？
提示：
A同学将温度或pH作为自变量，控制不变的量有苹果泥的用量、果胶酶的用量、反应的时间和过滤的时间等。
只有在实验中保证一个自变量，实验结果才能说明问题。
B同学对于变量的处理应该与A同学相同，只是观察因变量的角度不同。
4．想一想，为什么能够通过测定滤出的苹果汁的体积大小来判断果胶酶活性的高低？
提示：
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的催化分解果胶的能力。
在不同的温度和pH下，果胶酶的活性越高，苹果汁的体积就越大。
5．当探究温度对果胶酶活性的影响时，哪个因素是自变量，哪些因素应该保持不变？
提示：
温度是自变量，应控制果泥量、果胶酶的浓度和用量、水浴时间和混合物的pH等所有其他条件不变。
只有这样才能保证只有温度一个变量对果胶酶的活性产生影响。
[跟随名师·解疑难]
1．探究温度对果胶酶活性的影响
（1）实验原理：
果胶酶活性受温度影响。
处于最适温度时，酶活性最高。
在一定范围内，果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正相关。
（2）操作步骤：
实验温度℃
30
35
40
45
50
55
60
65
70
果汁量（mL）
（3）操作提示：
①在混合苹果泥和果胶酶之前要进行恒温处理，目的是保证底物和酶在混合时的温度是相同的，避免混合后的温度变化，确保实验结果的准确性。
②通过测定滤出的苹果汁的体积大小来判断果胶酶活性的原因是果胶酶将果胶分解为小分子物质，这些小分子物质可通过滤纸，因此苹果汁的体积大小反映了果胶酶催化分解果胶能力的大小。
③本实验的探究对象是酶的活性，温度作为自变量，属于探究的定量。
自变量温度可设置梯度来确定最适值。
温度梯度越小，实验结果越精确。
2．探究pH对果胶酶活性的影响
（1）实验原理：
果胶酶的活性受pH影响，其催化作用具有最适pH，在低于或高于此值时，酶活性都会减弱，过酸或过碱则导致酶变性失活。
（2）实验步骤：
（3）实验结果记录：
pH
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
8.5
9.0
果汁量/mL
（4）注意事项：
①本实验是对照实验，其变量是pH。
每支试管中加入的苹果泥和果胶酶的量应相等，温度也应相同（可取上一实验测出的最适温度）。
②pH梯度调节时可用体积分数均为0.1%的NaOH溶液或HCl溶液。
③为了使果胶酶充分地催化反应，应用玻璃棒不时地搅拌反应混合物。
④可通过比较果汁体积大小来判断酶活性的高低，也可以通过观察果汁的澄清度来判断果胶酶活性的强弱。
3．探究果胶酶的用量
（1）实验原理：
在一定的条件下，随着酶浓度的增加，果汁的体积增加；当酶浓度达到某一数值后，再增加酶的用量，果汁的体积不再改变，此值即是酶的最适用量。
（2）实验方案：
可以配制不同浓度的果胶酶溶液，也可以只配制一种浓度的果胶酶溶液，然后使用不同的体积。
需要注意的是，反应液的pH必须相同，否则将影响实验结果的准确性。
（3）操作步骤：
影响果胶酶活性的因素
[例1]如图曲线表示的是温度与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] 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，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。
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，当温度过高时，会破坏酶的分子结构，使酶的活性发生不可逆的变化。
[答案] D
有关果胶酶的实验设计分析
[例2]在验证“果胶酶在果汁生产中的作用”的实验步骤中，在完成“烧杯中分别加入苹果泥、试管中分别加入果胶酶溶液、编号、编组”之后，有下列两种操作：
第一种：
将试管中的果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥相混合，再把混合液的pH分别调至4,5,6……10。
第二种：
将试管中的果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥的pH分别调至4,5,6……10，再把pH相等的果胶酶溶液和苹果泥相混合。
请回答下列问题：
（1）哪一种方法更为科学？
__________。
请说明理由：
________________________。
（2）实验步骤中也有玻璃棒搅拌的操作，其目的是使___________，以减少实验误差。
（3）如果用曲线图的方式记录实验结果，在现有的条件下，当横坐标表示pH，纵坐标表示________，实验的操作和记录是比较切实可行的。
根据你对酶特性的了解，在下图中选择一个最可能是实验结果的曲线图：
________。
[解析] 方法二是将试管中的果胶酶溶液和烧杯中苹果泥的pH分别调至4,5,6，…，10，再把pH相等的果胶酶溶液和苹果泥相混合。
这样操作能够确保酶的反应环境从一开始便达到实验预设的pH。
否则，由于酶有高效性，在升高或降低pH过程中把果胶分解了，造成实验误差。
实验中玻璃棒搅拌的目的，是使酶和果胶充分地接触，以减少实验误差。
对于实验结果以坐标图的形式表示，以横坐标表示pH，纵坐标表示果汁体积较恰当。
根据在一定范围内，随着pH的增加，酶的活性增强，果汁体积增大，当超过最适pH，随着pH的增加，酶的活性减弱，果汁体积减小。
[答案]
（1）第二种 第二种的操作能够确保酶的反应环境从一开始便达到实验预设的pH（或第一种操作会在达到预定pH之前就发生了酶的催化反应）
（2）酶和反应物（果胶）充分地接触
（3）果汁体积 甲
易错提醒
在探究温度、pH对果胶酶影响的实验中，易误操作为酶与底物混合后再保温或调pH。
由于酶的催化具有高效性，酶与底物一旦接触便立即催化反应的进行。
因此在混合前酶与底物的温度或pH应先达到实验预设的温度或pH，然后再混合。
[随堂基础巩固]
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蛋白质或RNA
解析：
选C 果胶酶并不特指某一种酶，而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。
果胶酶的化学本质是蛋白质，其基本组成单位是氨基酸。
果胶酶作为酶的一种，具有一般酶的特性，即专一性、高效性、受温度与酸碱度的影响，因此它只能将
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