学年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版含答案.docx
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学年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版含答案
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