2017-2018年高中生物 第1部分 微生物的利用 實(shí)驗(yàn)4 果汁中的果膠和果膠酶學(xué)案 浙科版選修1

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1、 實(shí)驗(yàn)4 果汁中的果膠和果膠酶 課　標(biāo)　解　讀 重　點(diǎn)　難　點(diǎn) 1.探究制作果汁的最佳條件。 2.檢測果膠酶的活性，觀察果膠酶對(duì)果汁形成的作用。 1.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究溫度或pH對(duì)果膠酶活性的影響。 2.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究果膠酶的最適用量。 一、果膠 1．果膠是植物細(xì)胞壁的主要成分。 2．果膠的組成：它由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯組成。 3．在山楂的果實(shí)中果膠含量最多。 4．果膠的作用：能將植物細(xì)胞粘合在一起，去掉果膠，就會(huì)使植物組織變得松散。由于果膠的作用，煮沸的山楂泥可以制成山楂糕。 5．果膠的特性：不溶于乙醇，這是鑒別果膠的一種簡易方法。 二、果膠酶 1．果膠酶的化

2、學(xué)本質(zhì)是：蛋白質(zhì)。 2．作用：果膠酶和果膠甲酯酶可水解果膠。 3．可用于生產(chǎn)果膠酶的微生物有：黑曲霉、蘋果青霉等。 在不殺死細(xì)胞的情況下，如何使植物細(xì)胞分離和去除細(xì)胞壁？ 【提示】　植物細(xì)胞壁的主要成分是纖維素和果膠，胞間層的主要成分也是果膠，因此，可用果膠酶使細(xì)胞分離，用纖維素酶和果膠酶去除細(xì)胞壁。 三、檢測果膠酶活性的實(shí)驗(yàn) 1．實(shí)驗(yàn)設(shè)備 勻漿機(jī)、小刀、100 mL的燒杯、沸水浴或酒精燈、試管、移液管、量筒。 2．實(shí)驗(yàn)材料 山楂或蘋果，每組10 g。黑曲霉提取液或果膠酶溶液、95%的乙醇。 3．實(shí)驗(yàn)?zāi)康? (1)探究利用蘋果或山楂勻漿制作果汁的最佳條件，也是檢測果膠酶

3、的活性。 (2)了解果膠酶對(duì)果汁形成的作用和收集果膠酶的應(yīng)用材料。 4．實(shí)驗(yàn)步驟 (1)用小刀除去蘋果或山楂果實(shí)中帶種子的部分，切成塊后，放入勻漿機(jī)中，再加入少量水制成勻漿。 (2)取兩個(gè)100 mL的燒杯，編號(hào)為A、B，各加入5 g勻漿液，再向A號(hào)燒杯中加入10 mL黑曲霉提取液或果膠酶溶液，B號(hào)燒杯中加入10 mL水，間歇攪拌20～30 min。 (3)取4支試管，編號(hào)1～4，將A燒杯中的混合物放入1號(hào)和2號(hào)試管中，每管放入4 mL，將B燒杯中的混合物放入3號(hào)和4號(hào)試管中，每管放入4 mL，將1、3號(hào)試管放在沸水浴中或酒精燈上加熱，觀察。2,4號(hào)試管不加熱。 (4)向上述4支試

4、管中各加入95%的乙醇4 mL，觀察。 5．實(shí)驗(yàn)結(jié)果 燒杯號(hào) 試管號(hào) 處理 加酒精前現(xiàn)象 加酒精后現(xiàn)象 A 1 加熱 果汁混濁 有沉淀 2 不加熱 果汁澄清 無沉淀 B 3 加熱 果汁渾濁 有沉淀 4 不加熱 果汁渾濁 有沉淀 6.實(shí)驗(yàn)結(jié)論 果膠酶能水解果膠，提高果汁的澄清度，高溫能破壞果膠酶的活性，不利于制作果汁。 上面的四支試管哪一個(gè)是實(shí)驗(yàn)組？哪些試管之間存在對(duì)照？ 【提示】　2號(hào)試管為實(shí)驗(yàn)組。2和1,2和 4之間存在對(duì)照。 果膠與果膠酶 1.果膠 果膠是植物細(xì)胞壁以及胞間層的主要組成物質(zhì)之一，由半乳糖醛酸和半乳糖醛

5、酸甲酯組成。 新鮮水果、植物的根、葉和莖中果膠特別豐富。果膠不溶于乙醇——這是鑒別果膠的一種簡易方法，果膠本身不溶于水，但由于含有親水基團(tuán)，果膠與水有強(qiáng)大結(jié)合力，是有力的凝膠化劑，在食品、制藥和化妝品工業(yè)中有廣泛用途。 2．果膠酶 (1)果膠酶及其來源 果膠酶是指水解果膠的多種酶的總稱，此外水解果膠還需果膠甲酯酶。植物、霉菌、酵母菌和細(xì)菌均能產(chǎn)生果膠酶——由霉菌發(fā)酵生產(chǎn)的果膠酶是食品加工業(yè)中使用量最大的酶制劑之一，被廣泛地應(yīng)用于果汁加工業(yè)。 (2)果膠酶的作用 果膠酶能夠分解果膠，瓦解植物的細(xì)胞壁及胞間層，使榨取果汁變得更容易，而果膠分解成可溶性的半乳糖醛酸也使得渾濁的果汁變得澄清

6、。 (3)果膠酶在果汁生產(chǎn)上的應(yīng)用 ①水果中的果膠經(jīng)果膠酶水解后，可降低果汁的黏度，有助于壓榨并提高出汁率。 ②在進(jìn)行果汁沉降和離心時(shí)，能破壞果汁中懸浮物的穩(wěn)定性，使其凝聚沉淀，果汁得到澄清。 ③經(jīng)果膠酶處理的果汁比較穩(wěn)定，不再發(fā)生渾濁，在制備濃縮果汁時(shí)，果膠酶的作用顯得尤為重要。 ④在葡萄酒釀造中加入果膠酶能起到澄清作用，還可促使葡萄汁中的酒石酸發(fā)生沉淀。 ⑤果膠酶可用于橘子脫囊衣，制造果粉和低糖果凍。 果膠酶并非特指某一種酶，而是分解果膠的一類酶的總稱。包括半乳糖醛酸酶、果膠分解酶及果膠酯酶等。 　下列與果膠酶相關(guān)的敘述不正確的是(　　) A．果膠酶不僅存在于植物細(xì)胞

7、中，也存在于許多微生物細(xì)胞中 B．果膠酶能夠分解果膠，瓦解植物的細(xì)胞壁及胞間層 C．在果汁中加入果膠酶后可使果汁變得澄清 D．果膠酶由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯組成 【思路點(diǎn)撥】　果膠酶的化學(xué)本質(zhì)為蛋白質(zhì)，果膠是由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯組成的；果膠酶廣泛存在于植物細(xì)胞及霉菌、酵母菌和細(xì)菌等微生物細(xì)胞中。果膠酶能夠分解果膠、瓦解植物細(xì)胞壁及胞間層。在果汁中加入果膠酶，可使果膠水解為可溶性半乳糖醛酸，從而使果汁變得澄清。 【答案】　D 1．下列與果膠及果膠酶相關(guān)的敘述不正確的是(　　) A．果膠和纖維素是植物細(xì)胞壁的主要成分，故用纖維素酶和果膠酶可將植物細(xì)胞壁水解 B．煮沸

8、的山楂泥可制成山楂糕，就是由于果膠的作用 C．果膠酶不溶于乙醇，這是鑒別果膠酶的一種簡易方法 D．許多微生物也可用于生產(chǎn)果膠酶 【解析】　果膠酶屬蛋白質(zhì)，在乙醇中有較高的溶解度，果膠不溶于乙醇，這是鑒別果膠的一種簡易方法。 【答案】　C 果膠酶活性制約因素的相關(guān)實(shí)驗(yàn) 1.探究溫度對(duì)果膠酶活性的影響 (1)實(shí)驗(yàn)原理 果膠酶活性受溫度影響。處于最適溫度時(shí)，活性最高。果肉的出汁率、果汁的澄清度與果膠酶的活性大小成正比。 (2)操作步驟 實(shí)驗(yàn)溫度 30 ℃ 35 ℃ 40 ℃ 45 ℃ 50 ℃ 55 ℃ 60 ℃ 65 ℃ 70 ℃ 果汁量(mL)

9、 (3)注意事項(xiàng) ①在混合蘋果泥和果膠酶之前進(jìn)行恒溫處理的目的是保證底物和酶在混合時(shí)的溫度是相同的，避免混合后的溫度變化，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。 ②通過測定濾出的蘋果汁的體積大小來判斷果膠酶的活性的原理是：果膠酶將果膠分解為小分子物質(zhì)，可通過濾紙，因此蘋果汁的體積大小反映了果膠酶催化分解果膠能力的大小。 ③本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)對(duì)象是酶的活性，溫度作為自變量，屬于探究性的定量實(shí)驗(yàn)。自變量溫度可設(shè)置梯度來確定最適值。溫度梯度越小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果越精確。 ①本實(shí)驗(yàn)仍是對(duì)照實(shí)驗(yàn)(相互對(duì)照)，每支試管中蘋果泥和果膠酶的用量要嚴(yán)格控制相等。 ②嚴(yán)格控制各實(shí)驗(yàn)組的pH、操作

10、的程序等。 2．探究pH對(duì)果膠酶活性的影響 (1)實(shí)驗(yàn)原理 果膠酶的活性受環(huán)境pH的影響。在一定pH下，酶反應(yīng)具有最大速度，高于或低于此值，反應(yīng)速度下降，稱此pH為酶活性的最適pH。 (2)實(shí)驗(yàn)流程及注意問題 ①用攪拌器攪拌制蘋果泥，蘋果泥來源要相同(最好是同一種蘋果)。 ②將分別裝有蘋果泥和果膠酶的試管在恒溫水浴中保溫。 ③將蘋果泥和果膠酶分別加入9組實(shí)驗(yàn)用的試管中(pH梯度可設(shè)置為5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0)，并快速混合調(diào)節(jié)pH。 ④混合后放進(jìn)恒溫水浴中反應(yīng)一段時(shí)間。 ⑤將試管中混合物過濾，并用量筒量取果汁體積，比較果汁多少，確

11、定最適pH。 ⑥記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 pH 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 果汁量 (mL) 　某實(shí)驗(yàn)小組為探究果膠酶的最適溫度，設(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn)： ①用攪拌器攪拌制取一定量果泥備用， ②配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的果膠酶溶液備用， ③按以下操作步驟進(jìn)行： 試管號(hào) 操作 1 2 3 4 5 6 加入果泥(mL) 8 A B C D E 水浴恒溫(℃) 10 20 30 40 50 60 加入果膠酶(mL) 2 F G H I J 反應(yīng)時(shí)間 m

12、in 30 30 30 30 30 30 比較果汁澄清度 過濾比較出汁量 (1)該實(shí)驗(yàn)的自變量是________，因變量是____________。 (2)請(qǐng)?zhí)顚懕砀裰凶帜杆淼臄?shù)值，并解釋原因。 ______________________________________________________________ ____________________________________________________________。 (3)為使效果更明顯，本實(shí)驗(yàn)還要考慮其他因素對(duì)酶的影響，請(qǐng)列舉三點(diǎn)：____

13、________________、____________________、____________________。 (4)本實(shí)驗(yàn)檢測因變量的方法有兩種，分別是____________、________。 【思路點(diǎn)撥】　(1)本實(shí)驗(yàn)的6支試管水浴溫度設(shè)置不同，因此實(shí)驗(yàn)的自變量是溫度，因變量是酶的活性，通過果汁的澄清度和出汁量來檢測。 (2)實(shí)驗(yàn)研究的自變量是溫度，因此果泥的量和果膠酶的量為無關(guān)變量，無關(guān)變量要相同。 (3)影響各試管反應(yīng)的因素還有pH、水果的粉碎程度、果泥與果膠酶的混合程度、反應(yīng)時(shí)間等。 (4)果膠酶的活性高，果膠分解徹底，果汁的澄清度高，果汁出汁量大；果膠酶的活性

14、低，果膠分解不徹底，果汁的澄清度低，果汁出汁量小。 【答案】　(1)溫度　果膠酶的活性 (2)A、B、C、D、E均為8，F(xiàn)、G、H、I、J均為2。這樣可保證除自變量不同以外，其他無關(guān)變量都相同 (3)本實(shí)驗(yàn)應(yīng)將反應(yīng)混合物調(diào)到果膠酶的最適pH　為了使果膠酶與果泥能充分接觸，應(yīng)盡量將果泥與酶液混勻　在反應(yīng)中適當(dāng)攪拌(其余合理也給分) (4)測果汁澄清度　比較出汁量 2．工業(yè)生產(chǎn)果汁時(shí)，常常利用果膠酶破除果肉細(xì)胞壁以提高出汁率，為研究溫度對(duì)果膠酶活性的影響某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)： ①將果膠酶與蘋果泥分裝于不同試管，在10 ℃水浴中恒溫處理10分鐘(如圖A)。 ②將果膠酶與蘋果泥混

15、合，再次在10 ℃水浴中恒溫處理10分鐘(如圖B)。 ③將步驟②處理后的混合物過濾，收集濾液，測量果汁(如圖C)。 ④在不同溫度條件下重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟，并記錄果汁量如下： 溫度/℃ 10 20 30 40 50 60 70 80 果汁量/mL 8 13 15 25 15 12 11 10 根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)分析回答下列問題： (1)果膠酶能破除細(xì)胞壁，是因?yàn)楣z酶可以促進(jìn)細(xì)胞壁中________的水解。 (2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)溫度為________時(shí)果汁量最多，此時(shí)果膠酶的活性________。當(dāng)溫度再升高時(shí)，果汁量降低，說明____________

16、____________。 (3)實(shí)驗(yàn)步驟①的目的是________________。 (4)為什么該實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛲ㄟ^測定濾出的蘋果汁的體積大小來判斷果膠酶活性的高低？ ______________________________________________________________ ____________________________________________________________。 【答案】　(1)果膠　(2)40 ℃　最高　酶活性降低　(3)使酶和蘋果泥處于同一溫度條件下　(4)果膠酶將果膠分解為小分子物質(zhì)，小分子物質(zhì)可以通過濾紙，因此蘋果汁的體積大小

17、反映了果膠酶催化分解果膠的能力 1．果膠是植物組織的組成成分之一，它主要存在于植物組織的哪一部分？(　　) A．細(xì)胞核 B．細(xì)胞質(zhì) C．細(xì)胞間隙 D．細(xì)胞壁及胞間層 【解析】　果膠是植物細(xì)胞壁及胞間層的主要成分。 【答案】　D 2．探究溫度對(duì)果膠酶活性的影響、pH對(duì)果膠酶活性的影響、果膠酶的用量三個(gè)實(shí)驗(yàn)中，自變量依次為(　　) A．溫度、酶活性、酶用量 B．蘋果泥用量、pH、果汁量 C．反應(yīng)時(shí)間、酶活性、酶用量 D．溫度、pH、果膠酶用量 【解析】　首先要明確自變量、反應(yīng)變量等基本概念，在此基礎(chǔ)上，針對(duì)三個(gè)探究實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析。 【答案】　D 3．在用果膠酶處理果泥時(shí)

18、，為了使果膠酶能夠充分地催化反應(yīng)，應(yīng)采取的措施是(　　) A．加大蘋果泥用量 B．加大果膠酶用量 C．進(jìn)一步提高溫度 D．用玻璃棒不時(shí)地?cái)嚢璺磻?yīng)混合物 【解析】　用果膠酶處理果泥，可用玻璃棒不時(shí)地?cái)嚢璺磻?yīng)混合物以加大酶與底物的接觸面積，使果膠酶能夠更充分地催化反應(yīng)。 【答案】　D 4．下列關(guān)于果膠酶的敘述，正確的是(　　) ①具有分泌功能的細(xì)胞產(chǎn)生的　②凡是活細(xì)胞都能產(chǎn)生果膠酶?、酃z酶能將果膠分解成半乳糖醛酸　④植物、霉菌、酵母菌和細(xì)菌均能產(chǎn)生果膠酶 ⑤果膠酶特指分解果膠的一種酶?、蘩w維素酶和果膠酶可用于去除植物細(xì)胞壁　⑦組成果膠酶的基本單位是氨基酸或核苷酸 A．①②⑤　

19、B．②③⑦　C．③④⑥　D．③④⑤ 【解析】　酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有催化能力的有機(jī)物；酶具有專一性和高效性；絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)；果膠酶是一類酶的統(tǒng)稱。 【答案】　C 5．現(xiàn)有磨漿機(jī)、燒杯、滴管、量筒、玻璃棒、漏斗、紗布、蘋果、試管、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的果膠酶溶液、蒸餾水、一定濃度的鹽酸和氫氧化鈉溶液，下表是某小組利用上述材料進(jìn)行的有關(guān)實(shí)驗(yàn)：(“/”表示不加) 操作順序 項(xiàng)目 燒杯 甲 乙 丙 丁 1 在燒杯中加入蘋果泥 20 mL 20 mL 20 mL 20 mL 2 加入不同的液體 2 mL蒸餾水 4 mL蒸餾水 2 mL鹽酸 2 mL氫

20、氧化鈉 3 ① 2 mL / 2 mL 2 mL 4 水浴恒溫，玻璃棒攪拌 15分鐘 15分鐘 15分鐘 15分鐘 請(qǐng)回答下列問題： (1)磨漿機(jī)的作用是__________________。 (2)若要驗(yàn)證果膠酶的作用，應(yīng)把________兩個(gè)燒杯同時(shí)取出并______________，觀察并比較________________。預(yù)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果是：______________________________________________________________ __________________________________________

21、__________________。 (3)比較燒杯甲、丙、丁可知：________能影響酶的活性。 (4)表中①處的內(nèi)容是_____________________________________。 (5)請(qǐng)你設(shè)計(jì)一張表格，用來記錄利用上述材料“探究果膠酶最適用量”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 【解析】　通過表格可看出實(shí)驗(yàn)研究的是果膠酶的作用和pH(酸堿度)對(duì)果膠酶活性的影響。果膠酶的活性可通過果汁的澄清度和出汁量來檢測。探究果膠酶最適用量的實(shí)驗(yàn)，自變量是果膠酶的量，應(yīng)設(shè)置一系列試管，加不相同量的果泥，分別加入不同量的果膠酶，過濾果汁相同的時(shí)間，比較果汁的澄清度和出汁量。 【答案】　(1)制取蘋

22、果泥　(2)甲與乙　過濾　相同時(shí)間果汁的體積與澄清度　甲果汁的體積多于乙且比乙澄清　(3)pH值(酸堿度)　(4)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的果膠酶溶液 (5)如下表： 組號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 … 加入蘋果泥的量(mL) 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的果膠酶溶液量(mL) 所得果汁的體積(mL) 組號(hào)、加入蘋果泥的量(mL)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的果膠酶溶液量(mL)、所得果汁的體積(mL)四欄目必須有。(單位可以不用mL，如用滴等，組數(shù)也不定。) 8