2019-2020年高中生物 4.1《果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用》教案 新人教版選修1.doc

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2019-2020年高中生物 4.1《果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用》教案 新人教版選修1 [教學(xué)目標(biāo)] 1．簡(jiǎn)述果膠酶作用。 2．檢測(cè)果膠酶活性。 3．探究溫度和pH對(duì)果膠酶活性影響。 4．探究果膠酶的最適用量，搜集有關(guān)果膠酶應(yīng)用的資料。 [教學(xué)重點(diǎn)] 探究溫度和pH對(duì)果膠酶活性影響 [教學(xué)難點(diǎn)] 探究果膠酶的最適用量 [教學(xué)過程] 討論：果汁生產(chǎn)中存在的問題? （1、果肉的出汁率低,耗時(shí)長(zhǎng)．2、榨取的果汁渾濁，黏度高，易發(fā)生沉淀．） 怎么能夠提高水果的出汁率并使果汁變得澄清？ 在生產(chǎn)上，使用果膠酶、纖維素酶等解決。 果膠酶有什么作用？ 一、基礎(chǔ)知識(shí) （一）酶的基礎(chǔ)知識(shí) 回憶：在高一我們學(xué)習(xí)過有關(guān)酶的知識(shí)，請(qǐng)回憶以下問題， 1、酶的概念：酶是活細(xì)胞所產(chǎn)生的具有生物催化作用的一類特殊的有機(jī)物； 2、酶的本質(zhì)：蛋白質(zhì)（大多數(shù)）或RNA； 基本組成單位：氨基酸或核糖核苷酸 3、酶的功能：在各種化學(xué)反應(yīng)中起催化作用。 原因：酶能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，從而使反應(yīng)能夠迅速的進(jìn)行。 4、酶的特性 （1）高效性： 酶的催化效率是無(wú)要催化劑的107～ 1013倍。 （2）專一性： 一種酶只能催化一種化合物或一類化合物的化學(xué)反應(yīng)。 （3）需要適宜的條件： 適宜的溫度、適宜的PH值。 （二）果膠酶的作用 閱讀課本P42的內(nèi)容，回答以下問題： （1）細(xì)胞壁的組成成分？ （2）果膠的單體是什么？ （3）果膠酶的作用？ 1、果膠 是植物細(xì)胞壁以及胞間層的主要組成成分之一，它是由半乳糖醛酸聚合而成的一種高分子化合物，不溶于水。 思考：要破壞植物的細(xì)胞壁，你有什么方法？結(jié)果一樣嗎？ 2、果膠對(duì)果汁制作的影響： 影響果汁的出汁率，還會(huì)使果汁渾濁。 3、果膠酶： 它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、果膠酯酶等。 果膠酶 果膠 半乳糖醛酸 4、果膠酶在果汁制作中的作用 ① 分解果膠，瓦解植物的細(xì)胞壁及胞間層；使果膠水解為半乳糖醛酸。 ② 提高水果的出汁率，并使果汁變得澄清。 （三）酶的活性與影響酶活性的因素 1、酶的活性： 指酶催化一定化學(xué)反應(yīng)的能力。 2、酶催化能力高低的衡量標(biāo)準(zhǔn) 在一定的條件下，酶所催化的某一化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度。 酶反應(yīng)速度用單位時(shí)間內(nèi)、單位體積中反應(yīng)物的減少量或產(chǎn)物的增加量來表示。 3、影響酶活性的因素： ①溫度 A、溫度對(duì)酶的影響 在較低溫度時(shí)，隨著溫度的升高，酶的活性也逐漸提高，達(dá)到最適溫度時(shí)，酶的催化能力最高，但高于最適溫度后，酶的催化能力迅速下降，最后完全失去催化能力。 B、果膠酶的最適溫度 果膠酶的最適溫度為45～500C。 C、討論：高溫使酶的活性喪失后，酶的活性可否恢復(fù)？為什么？ 不能恢復(fù)，因高溫破壞了酶的分子結(jié)構(gòu)，高溫對(duì)酶造成不可逆的破壞。但低溫使酶的活性喪失后，緩慢恢復(fù)其溫度活性仍可恢復(fù)。 ②pH： A、 pH對(duì)酶的影響 酶的催化能力的發(fā)揮有一個(gè)最適pH ，在低于最適pH時(shí)，隨著pH的升高，酶的催化能力也相應(yīng)升高，高于最適pH時(shí)，隨著pH的升高，酶的活性逐漸下降，pH過高或過低會(huì)使蛋白質(zhì)變性，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)變性后，酶也就完全喪失了活性。 B、果膠酶的最適pH 果膠酶的最適pH范圍為3.0～6.0。 ③酶的抑制劑： Fe3＋、Ca2＋、Zn2＋等金屬離子對(duì)果膠酶有抑制作用。 你知道這些離子為什么能抑制酶的活性？ （四）果膠酶的用量 1、酶的生產(chǎn) ①提取法： 采用各種技術(shù)，直接從動(dòng)物或微生物的細(xì)胞或組織中將酶提取出來（在原料充分的地區(qū)得以應(yīng)用）。 ②發(fā)酵法： 通過微生物發(fā)酵來獲得人們所需的酶（20世紀(jì)50年代以來生產(chǎn)酶的主要方法），如用曲霉、青霉等微生物發(fā)酵生產(chǎn)果膠酶。 ③化學(xué)合成法： 成本比較高，只能合成已知結(jié)構(gòu)的酶。 2、控制酶的用量 為了果膠酶得到充分的利用，節(jié)約成本，需要控制好酶的用量。 二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) （一）探究溫度對(duì)果膠酶活性的影響 1、實(shí)驗(yàn)原理 果膠酶的活性受溫度影響。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、實(shí)驗(yàn)操作流程 你能設(shè)計(jì)嗎？ （1）獲取蘋果泥； （2）保溫——蘋果泥和果膠酶分別進(jìn)行；（多個(gè)溫度） （3）混合后保溫； （4）過濾。 討論：為什么在混合蘋果泥和果膠酶之前，要將果泥和果膠酶分裝在不同的試管中恒溫處理？ 將果泥和果膠酶分裝在不同的試管中恒溫處理，可以保證底物和酶在混合時(shí)的溫度是相同的，避免了果泥和果膠酶混合時(shí)影響混合物的溫度，從而影響果膠酶活性的問題。 （二）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pH影響，處于最適pH，酶的活性最高，高于或低于此值活性均下降。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、實(shí)驗(yàn)操作流程 你能設(shè)計(jì)嗎？ 想一想，為什么能夠通過測(cè)定濾出的蘋果汁的體積大小來判斷果膠酶活性的高低？ 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反應(yīng)了果膠酶的催化分解果膠的能力。在不同的溫度和pH下，果膠酶的活性越大，蘋果汁的體積就越大。 在探究溫度或pH的影響時(shí)，是否需要設(shè)置對(duì)照？如果需要，又應(yīng)該如何設(shè)置？為什么？ 需要設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)，不同的溫度梯度之間或不同的pH梯度之間就可以作為對(duì)照，這種對(duì)照稱為相互對(duì)照。 4、果膠是植物細(xì)胞壁以及胞間層的主要成分之一。果膠酶能夠分解果膠，從而分解植物的細(xì)胞壁及胞間層。在果汁生產(chǎn)中應(yīng)用果膠酶可以提高果汁的澄清度。下面是師大附中某研究性學(xué)習(xí)小組同學(xué)在“探究果膠酶催化果膠水解的適宜pH”的課題過程中遇到的問題。 （1）本課題實(shí)驗(yàn)步驟中，在完成“燒杯中分別加入蘋果泥（假定pH的改變對(duì)蘋果泥成分無(wú)影響），試管中分別注入果膠酶溶液、編號(hào)、編組”之后，有下面兩種操作： 方法一：將試管中的果膠酶溶液和燒杯中的蘋果泥相混合，再把混合液的pH分別調(diào)至4、5、6……10。 方法二：將試管中果膠酶溶液和燒杯中蘋果泥的pH分別調(diào)到4、5、6……10，再把pH相等的果膠酶溶液和蘋果泥相混合 請(qǐng)問哪一種方法更為科學(xué)： ，并說明理由： 方法二的操作能夠確保酶的反應(yīng)環(huán)境從一開始達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)設(shè)的pH（或“方法一的操作會(huì)在達(dá)到預(yù)定pH之前就發(fā)生了酶的催化反應(yīng)”）。 （2）實(shí)驗(yàn)步驟中有玻璃棒攪拌的操作，其目的是使 以減少實(shí)驗(yàn)誤差。（酶和反應(yīng)物（果膠）充分地接觸） （3）如果用曲線圖的方式記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在現(xiàn)有的條件下，當(dāng)橫坐標(biāo)表示pH，縱坐標(biāo)表示 果膠分解速率 ，該實(shí)驗(yàn)操作和記錄是比較切實(shí)可行的。根據(jù)你對(duì)酶特性的了解，在下圖中選擇一個(gè)最可能是實(shí)驗(yàn)結(jié)果的曲線圖： 甲 。若實(shí)驗(yàn)所獲得的最適宜pH=m，請(qǐng)你在所選的曲線圖中標(biāo)出“m”點(diǎn)的位置。 （“m”點(diǎn)的位置如右圖所示，m點(diǎn)標(biāo)在曲線上的不給分） (三)探究果膠酶的用量 1、實(shí)驗(yàn)原理 在一定的條件下，隨著酶濃度的增加，果汁的體積增加；當(dāng)酶濃度達(dá)到某一數(shù)值后，在增加酶的用量，果汁的體積不再改變，此值即是酶的最適用量。 2、實(shí)驗(yàn)操作 請(qǐng)你設(shè)計(jì)。 （1）配制不同濃度的果膠酶溶液和制備水果泥； ①配制不同濃度的果膠酶溶液 準(zhǔn)確稱取純的果膠酶1mg、2mg、3mg、4mg、5mg、6mg、7mg、8mg、9mg，配制成相等體積的水溶液，取等量放入9支試管中，并編號(hào)1～9。 ②制備水果泥 攪拌器攪拌制成蘋果泥并稱45g，等量裝入9支試管中，并編號(hào)1～9。 （2）將上述試管放入恒溫水浴加熱一段時(shí)間。 （3）將不同濃度的果膠酶分別迅速與各試管的蘋果泥混合，然后再放入恒溫水箱中。 （4）恒溫水浴約20分鐘 （5）過濾后測(cè)量果汁的體積 在最適溫度和pH條件下制作1升蘋果汁，使用多少果膠酶最合適？ 一般為50mg/l左右，因?yàn)橛么藵舛忍幚砉?～4小時(shí)后果汁率增加10％后不再增加。