高二生物人教版选修一教学案专题4 课题1 果胶酶在果汁生产中的作用 Word版.docx
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高二生物人教版选修一教学案专题4课题1果胶酶在果汁生产中的作用Word版
一、果胶与果胶酶
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。
（2）成分：
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。
（4）对果汁加工的影响：
影响出汁率，且使果汁浑浊。
2．果胶酶
（1）组成：
多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。
（2）作用
①分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层，使榨取果汁变得更容易。
②把不溶于水的果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸，可使浑浊的果汁变得澄清。
（3）来源：
植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶，由霉菌发酵生产的果胶酶是食品加工业中使用量最大的酶制剂之一。
二、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——反应速率。
（3）酶反应速度的计算：
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、酶的抑制剂等。
三、探究温度和pH对酶活性的影响
1．操作思路
（1）探究最适pH：
在一恒定温度下，通过设置pH梯度来确定。
（2）探究最适温度：
在一恒定的pH下，通过设置温度梯度来确定。
2．操作方法：
在不同温度或pH下，将一定量的果胶酶加入一定量的苹果泥中，反应相同时间，再将反应液过滤相同时间，收集滤液，用量筒测量并比较产生的苹果汁的体积。
3．判断果胶酶活性高低的方法
（1）测定单位时间内产生苹果汁的体积。
获得的苹果汁越多，说明果胶酶的活性越高。
（2）比较果汁的澄清度。
果汁越澄清，表明果胶酶的活性越高。
四、探究果胶酶的用量
1．实验的变量
（1）自变量：
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。
2．判断的方法
（1）酶的用量增加，过滤后果汁的体积增加，说明酶的用量不足。
（2）酶的用量增加到某个值后，继续增加酶的用量，过滤得到的果汁的体积不再改变，说明酶的用量已经足够。
[共研探究]
盛夏时节，酷暑难当，这时可以利用各种水果压榨果汁，不但解渴消暑，还可以点缀生活，放飞心情。
可是我们也发现，家庭榨制的果汁和从超市购买的果汁相比，在口感和澄清度上有很大差别。
在生产中，制作果汁时往往出汁率低、耗时长，而且果汁浑浊、易沉淀，人们常使用果胶酶来解决这些问题。
1．果胶及果胶酶
2．酶的活性及其影响因素
（1）酶的活性
①指酶催化一定化学反应的能力。
②在一定条件下，可以用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
①温度（如图1）：
在较低温度时，随着温度的升高，酶的活性也逐渐提高；达到最适温度时，酶的催化能力最高；高于最适温度后，酶的催化能力迅速下降。
温度过高，会使酶失活。
②pH（如图2）：
酶的催化能力的发挥有一个最适pH，在低于最适pH时，随着pH的升高，酶的催化能力也相应升高；高于最适pH时，随着pH的升高，酶的活性逐渐下降；pH过高或过低会使蛋白质变性；酶也就完全丧失了活性。
（3）有关酶失活的两点注意
①高温、强酸、强碱可以使酶失活，而低温只是降低酶活性，但酶不失活。
因此图1曲线的左端不与横轴相交。
②酶的失活只是酶的空间结构的改变，而氨基酸的种类、数量、排列顺序都不发生改变。
3．酶反应速度及其影响因素
（1）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。
（2）影响酶反应速度的因素
①酶活性：
酶活性越高，酶反应速度越快。
②底物浓度（如图3）：
若酶的浓度为定值，底物的起始浓度较低时，酶反应速度与底物浓度成正比，即随底物浓度的增加而增加。
当所有酶与底物结合生成中间产物后，即使再增加底物浓度，中间产物浓度也不会增加，酶反应速度也不增加。
③酶浓度（如图4）：
在有足够底物而又不受其他因素影响的情况下，酶反应速度与酶浓度成正比。
[总结升华]
1．果胶酶与纤维素酶的比较
名称
组成
作用
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
纤维
素酶
C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶
纤维素
纤维二糖
葡萄糖
2.果胶酶的应用
（1）果胶酶在果汁生产中的应用
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。
（2）其他方面的应用
①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。
②果胶酶可用于橘子脱囊衣，制造果粉和低糖果冻。
③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。
④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。
【易错易混】
（1）纤维素酶是一种复合酶，复合酶需要各种成分共同协作完成催化作用。
果胶酶是一类酶，一类酶中每一种酶都能独立发挥作用。
（2）植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，因此可以用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞的细胞壁。
（3）原核生物细胞壁的主要成分是肽聚糖，真菌细胞壁的主要成分是几丁质，这两类生物的细胞壁不能用纤维素酶和果胶酶去除。
[对点演练]
1．下列关于果胶及果胶酶的叙述，正确的是（ ）
A．果胶酶是分解果胶的一种酶
B．果胶不溶于水
C．加热使果胶变性失活
D．加热使果胶酶活性增强
解析：
选B 果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，果胶不溶于水。
温度影响酶的活性，在低于最适温度时，随温度的升高，酶的活性增加，但高温使酶变性失活，而果胶不存在变性失活的问题。
[共研探究]
果胶酶的活性受温度、pH等因素的影响，果胶酶的用量也会影响酶的催化作用效果，结合图示完成相关的探究实验过程。
1．探究温度对果胶酶活性的影响
（1）实验原理
酶处于最适温度时，活性最高，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）实验变量
①自变量是温度，因变量是出汁率和果汁的澄清度，无关变量是pH、苹果泥的量、果胶酶的浓度和用量、水浴时间等。
②检测指标：
果汁的体积和澄清度。
（3）实验操作流程
（4）注意事项
①果胶酶的最适温度为45～50℃。
设置温度梯度时，要以这个范围为中心，图示实验流程中的温度梯度是5_℃。
②将苹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，避免苹果泥和果胶酶混合时影响混合物的温度，从而影响果胶酶的活性。
2．探究pH对果胶酶活性的影响
（1）实验原理
果胶酶的最适pH为6.0左右；在最适pH时，酶活性最高；过酸或过碱则导致酶变性失活。
（2）实验流程
（3）操作提示
①在探究不同pH对果胶酶活性的影响时，可以用体积分数为0.1%的NaOH溶液和盐酸调节pH。
②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，应用玻璃棒不时地搅拌反应混合物。
3．探究果胶酶的最适用量
（1）控制果胶酶用量的目的：
①使果胶酶得到充分利用；②节约成本。
（2）实验变量：
自变量是果胶酶的用量，因变量是果汁的澄清度和出汁率，无关变量是pH、温度、酶催化反应的时间、苹果泥的用量等。
（3）实验过程
盛有苹果泥的试管
1
2
3
4
5
6
7
8
9
盛有果胶酶的试管
1
2
3
4
5
6
7
8
9
果汁量（mL）
（4）结果分析：
根据实验数据绘制出不同果胶酶用量对果汁体积影响的曲线图（在苹果泥的浓度和体积相同的条件下，如图所示）。
（5）操作提示
实验时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，但必须保证反应液的用量相同，否则影响实验结果的准确性。
[总结升华]
有关果胶酶实验的变量及注意事项分析
实验名称（目的）
自变量
因变量
注意事项
探究温度对果胶酶活性的影响
温度
果汁量
（澄清度）
①底物和酶在混合时的温度是相同的；②温度梯度越小，实验结果越精确；③各试管中苹果泥的用量相同，果胶酶的用量也相同；④pH为最适pH
探究pH对果胶酶活性的影响
pH
果汁量
（澄清度）
①温度应为最适温度；②pH梯度可用NaOH和HCl调节；③用玻璃棒搅拌使反应充分进行
探究果胶酶的用量对酶活性的影响
果胶酶
的用量
果汁量
（澄清度）
①制备苹果匀浆后迅速加热，使苹果匀浆中的果胶酶变性；②温度、pH应为最适宜且保持不变
[对点演练]
2．探究温度对果胶酶活性的影响、pH对果胶酶活性的影响、果胶酶的最适用量三个实验中，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
解析：
选D 实验变量也称自变量，指实验者所操纵的因素或条件。
反应变量也称因变量，指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。
通常，实验变量是原因，反应变量是结果。
二者具有因果关系。
实验的目的就在于获得和解释这种前因后果。
题干所述三个实验的变量分别为温度、pH、果胶酶用量。
3．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溶液和盐酸调节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
解析：
选A 在用橙子制作果汁时，不必去除橙皮，这样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溶液和盐酸；玻璃棒搅拌可使混合物均匀；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．下列关于果胶酶的叙述，正确的一组是（ ）
①果胶酶是一类催化剂，可以改变反应速度
②果胶酶能瓦解植物的细胞壁和胞间层，使榨取果汁变得容易
③果胶酶可使果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸，使浑浊的果汁变澄清
④果胶酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等
⑤植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶，动物也能产生果胶酶
⑥果胶酶是果胶分解酶的简称
A．①②③④ B．②③④⑤
C．①②③⑤D．②③⑤⑥
解析：
选A 植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶，动物不能产生果胶酶。
果胶酶是分解果胶的一类酶的总称。
2．下列不能表示酶活性高低的是（ ）
A．一定条件下所催化的某一化学反应的反应速率
B．单位时间内、单位体积中反应物的减少量
C．单位时间内、单位体积中酶的变化量
D．单位时间内、单位体积中产物的增加量
解析：
选C 酶活性的高低用在一定条件下，酶所催化某一化学反应的反应速率来表示。
酶促反应的速率通常用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或生成物的增加量来表示。
3．下列关于探究pH对果胶酶活性影响的实验的叙述不正确的是（ ）
A．自变量是不同的pH梯度
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：
选D 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。
4．果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要成分之一。
果胶酶能够分解果胶，瓦解植物的细胞壁和胞间层。
在果汁生产中应用果胶酶可以提高出汁率和澄清度。
请你帮助完成以下有关果胶酶和果汁生产的实验课题。
实验用具和材料：
磨浆机、烧杯、试管、量筒、刀片、玻璃棒、漏斗、纱布等；苹果、质量分数为2%的果胶酶溶液、蒸馏水等。
[课题一] 验证果胶酶在果汁生产中的作用
实验方法及步骤：
（1）将苹果洗净去皮，用磨浆机制成苹果泥，加入适量蒸馏水备用。
（2）取两个100mL的洁净烧杯，编号1、2，按相应程序进行操作，请把表中a、b两处未填写的内容填上。
操作
项目
烧杯
顺序
1
2
①
在烧杯中加入苹果泥
20mL
20mL
②
a.______________
2mL
/
③
注入蒸馏水
/
b.______
④
在恒温水浴中保温，
并用玻璃棒不时搅拌
10min
10min
（3）取两个烧杯，同时进行过滤。
观察（或比较）________________，并记录结果。
（4）实验结果的预测及结论：
如果是______________________________，则说明果胶酶对果胶的水解具有催化作用。
[课题二] 探究果胶酶催化果胶水解的最适pH
本课题实验步骤中，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，有下面两种操作：
方法一：
将试管中的果胶酶溶液和烧杯中苹果泥的相混合，再把混合液的pH分别调至4、5、6、……10。
方法二：
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相同的果胶酶溶液和苹果泥相混合。
（1）请问上述哪一种操作更科学？
____________________。
理由是：
_______________。
（2）该实验步骤中也有用玻璃棒搅拌的操作，其目的是__________________________，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，以横坐标表示pH，纵坐标表示________（填“果汁体积”或“试管体积”），实验操作和记录是比较切实可行的。
根据你对酶特性的了解，图示中最可能的实验结果是曲线图________。
解析：
[课题一]中，实验目的是“验证果胶酶可以提高出汁率和澄清度”，实验的单一变量是是否加入果胶酶溶液。
由于是验证性实验，结果应与前面的实验目的相对应，即相同时间内1号烧杯滤出的果汁体积比2号烧杯滤出的果汁体积大，澄清度高。
[课题二]中，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过程中分解果胶，造成实验结果误差较大。
实验中玻璃棒搅拌的目的是使酶和果胶充分接触，减少实验误差。
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，可判断最可能的实验结果是曲线图甲。
答案：
[课题一]
（2）注入果胶酶溶液 2mL （3）相同时间内滤出的果汁体积和果汁的澄清度 （4）相同时间内1号烧杯滤出的果汁体积比2号烧杯滤出的果汁体积大，澄清度高
[课题二]
（1）方法二 方法二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
（2）使酶和反应物充分接触 （3）果汁体积 甲
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