4.1果胶酶在果汁生产中的应用(公开课)

专题4酶的研究与应用制作果汁面临两个主要问题：果汁的出汁率低和澄清度低有什么方法可以解决吗？果胶酶加果胶酶（一）果胶酶的作用阅读课本P42的内容，思考下列问题：•什么是果胶，其单体是什么？•果胶对果汁制作的影响？•什么是果胶酶？•果胶酶在果汁制作中的作用是什么？植物细胞壁和胞间层的主要成分不溶于水影响果汁的出汁率和澄清度半乳糖醛酸果胶作用：特点：单体：果胶与果胶酶果胶酶果胶半乳糖醛酸果胶酶果胶分解酶多聚半乳糖醛酸酶果胶酯酶（一类酶的总称）霉菌、植物、酵母菌、细菌作用：包括来源：瓦解细胞壁和胞间层，提高果汁的出汁率和澄清度（核糖体）蛋白质本质合成（二）酶的活性与影响酶活性的因素阅读课本P42—43的内容，思考下列问题：•什么是酶的活性？•表示酶活性高低的方法及衡量标准？•影响酶活性的因素有哪些？酶的活性与影响酶活性的因素酶的活性概念：指酶催化一定化学反应的能力表示：在一定的条件下，酶所催化的某一化学反应的反应速度单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量（三）影响酶活性的因素影响酶活性的因素温度pH酶的抑制剂（一）探究温度对果胶酶活性的影响提出问题作出假设科学探究的一般过程设计实验进行实验分析结果得出结论表达交流提出问题：作出假设：探究对果胶酶活性的影响在最适温度（约50℃）时，果胶酶活性，低于或高于最适温度时酶活性。果胶酶的活性与果汁的出汁率和澄清度成比变量自变量：温度因变量：酶的活性（出汁率或澄清度）正最高降低温度果胶酶的活性受温度影响。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。（一）探究温度对果胶酶活性的影响1、实验原理2、材料：苹果、果胶酶3、仪器：搅拌器、试管、试管夹、滴管、烧杯、量筒、漏斗、温度计4、试剂：蒸馏水、热水、冰块5、实验操作流程搅拌器搅拌制成苹果泥均分装入支试管果胶酶水溶液等量9支试管将分别装有苹果泥和果胶酶的试管9组分别放入300C、350C、400C、450C、500C、550C、600C、650C和700C的恒温水浴中保温试管内温度稳定后，将果胶酶加入相同温度的苹果泥内恒温保持10分钟过滤果汁，用量筒测量果汁的量，填入表格①②③④9⑤设计记录数据的表格温度/oC303540455055606570果汁量/ml（1）获取苹果泥；（2）保温——苹果泥和果胶酶分别进行；（多个温度）（3）混合后保温；（4）过滤。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，避免了果泥和果胶酶混合时影响混合物的温度，从而影响果胶酶活性的问题。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？（二）探究pH对果胶酶活性的影响果胶酶的活性受pH影响，处于最适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、果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正比。1、实验原理2、实验操作流程2、实验操作流程将分别装有苹果泥和果胶酶的试管在恒温水箱中将分别装有苹果泥和果胶酶的试管在恒温水箱中(50(50℃℃))恒温加热恒温加热保持恒温一段时间保持恒温一段时间过滤果汁，用量筒测量果汁的量，填入表格，确过滤果汁，用量筒测量果汁的量，填入表格，确定最适定最适pHpH将苹果泥和果胶酶分别加入将苹果泥和果胶酶分别加入99组试管中（选取的组试管中（选取的pHpH梯度：梯度：5.05.0、、5.55.5、、6.06.0、、6.56.5、、7.07.0、、7.57.5、、8.08.0、、8.58.5、、9.09.0））搅拌器搅拌制成苹果泥搅拌器搅拌制成苹果泥均分装入均分装入99支试管支试管果胶酶水溶液果胶酶水溶液等量等量99支试管支试管有两位同学分别用以下两种方法操作：(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)分别向编号为l～7的7个100mL洁净的烧杯中各加入20ml苹果泥之后，下面两种操作：方法一：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、…、10。方法二：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。(1)请问上述哪一种方法更科学?理由：_____________________________________________________(2)该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。方法二酶和反应物（果胶）充分接触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或“方法一的操作会在达到预定pH之前就发生了酶的催化反应”(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(果汁体积或果胶分解速率)，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，请在下图中选择一个最可能是实验结果的曲线图。若实验所获得的最适宜pH=m，请你在所选的曲线图中标出“m”点的位置。甲m果胶分解率2．在探究温度或pH的影响时，是否需要设置对照？如果需要，应该如何设置对照组？需要。不同的温度或pH之间，就可以作为对照——这种对照称为相互对照。3．A同学将哪个因素作为变量，控制哪些因素不变？为什么要作这样的处理？B同学呢？A同学：变量：温度（或pH）不变：苹果泥、果胶酶用量，反应、过滤时间等。只有保证一个变量，实验结果才能说明问题。B同学：对于变量的控制应该与A相同但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？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应了果胶酶的催化分解果胶的能力。在不同的温度和pH下，果胶酶的活性越大，苹果汁的体积就越大。(三)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。（1）配制不同浓度的果胶酶溶液和制备水果泥；①配制不同浓度的果胶酶溶液准确称取纯的果胶酶1mg、2mg、3mg、4mg、5mg、6mg、7mg、8mg、9mg，配制成相等体积的水溶液，取等量放入9支试管中，并编号1～9。2、实验操作流程②制备水果泥搅拌器搅拌制成苹果泥并称45g，等量装入9支试管中，并编号1～9。（2）将上述试管放入恒温水浴加热一段时间。（3）将不同浓度的果胶酶分别迅速与各试管的苹果泥混合，然后再放入恒温水箱中。（4）恒温水浴约20分钟（5）过滤后测量果汁的体积3．制作用于记录结果的表格酶量/mg123456789出汁量/ml①本实验的自变量、因变量、无关变量分析(以探究果胶酶的用量实验为例)变量名称含义实例关系实验变量(自变量)实验中实验者所操纵的因素或条件实验变量为原因，反应变量是结果，二者是因果关系反应变量(因变量)由于实验变量而引起的变化和结果无关变量除自变量外，对实验结果造成干扰的其他因素果胶酶的量果汁量温度等②实验结果与分析：③根据你对酶的特性的了解，画出实验结果的可能坐标曲线：如果随着酶浓度的增加，过滤到的果汁的体积也增加，说明酶的用量不足；当酶的浓度增加到某个值后，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，那么，这个值就是酶的最适用量。1、温度、pH与果胶酶活性的关系一般为50mg/l左右，因为用此浓度处理果汁2～4小时后果汁率增加10％后不再增加。2、在最适温度和pH条件下制作1L苹果汁，使用多少果胶酶最合适？为什么？（P45)大规模生产与实验室制备的主要不同点是：1.有两次瞬间高温灭菌；2.酶处理的时间相对较长；3.有离心分离步骤和浓缩步骤。1、分别用0℃和100℃的温度处理某种酶后，酶都没有活性，但（）AA、经过0℃处理的酶活性能够恢复B、经过100℃处理的酶活性能够恢复C、经过0℃处理的酶的空间结构遭破坏D、经过100℃处理的酶被水解成了氨基酸2、将乳清蛋白、淀粉、胃蛋白酶、唾液淀粉酶和适量的水混合装入一个容器内，调整pH至2.0，保存于37℃的水浴锅内。过一段时间后，容器内剩余的物质是（）A、淀粉、胃蛋白酶、多肽、水B、唾液淀粉酶、淀粉、胃蛋白酶、水C、唾液淀粉酶、胃蛋白酶、多肽、水D、唾液淀粉酶、麦芽糖、胃蛋白酶、多肽、水A提示：唾液淀粉酶最适pH＝6.8，其化学本质是蛋白质3.果胶酶常在0-4℃下保存。其原因是Ａ．此温度条件下，酶的活性最高。Ｂ．此温度条件下，酶变性失活。Ｃ．低温可降低酶的活性，但酶不变性失活。Ｄ.自然条件下，果胶酶常在0-4℃下发生催化作用。C4．果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，它不包括()A．多聚半乳糖醛酸酶B．果胶分解酶C．乳糖分解酶D．果胶酯酶C5．探究温度对果胶酶活性的影响、pH对酶活性的影响、果胶酶的用量三个实验中，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D6．在用果胶酶处理果泥时，为了使果胶酶能够充分地催化反应，应采取的措施是()A．加大苹果泥用量B．加大果胶酶用量C．进一步提高温度D．用玻璃棒不时地搅拌反应混合物D7．工业生产果汁时，常常利用果胶酶破除果肉细胞壁以提高出果汁率，为研究温度对果胶酶活性的影响。某学生设计了如下实验：①将果胶酶与苹果泥分装于不同试管，在10℃水浴中恒温处理10分钟（如图A）③将步骤②处理后的混合物过滤，收集滤液，测量果汁量（如图C）。④在不同温度条件下重复以上实验步骤，并记录果汁量，结果如下表：②将步骤①处理后的果胶酶和苹果泥混合，再次在10℃水浴中恒温处理10分钟（如图B）。温度/℃1020304050607080出汁量/ml813152515121110101112152515138出汁量出汁量/ml/ml8070605040302010温度温度//℃℃根据上述实验，请分析回答下列问题：（1）果胶酶能破除细胞壁，是因为果胶酶可以促进细胞壁中________的水解。（2）实验结果表明，当温度为_____时果汁量最多，此时果胶酶的活性______。当温度再升高时，果汁量降低，说明：____。（3）实验步骤①的目的是：____________________________________________________________。（4）为什么说果汁体积越大，酶的活性越高？果胶40℃最高温度升高，酶的活性降低使得酶与果泥处于同一温度条件下。果胶酶可将果胶分解为小分子物质，小分子物质可以通过滤纸。所以苹果汁的体积就越大，表明果胶酶的活性越高。8.某生物课外活动小组发现，新鲜水果比放置一段时间的水果硬。他们根据所学知识，认为可能的原因是放置一段时间的水果果胶酶含量高，而且果胶酶能将细胞壁分解，使水果细胞相互分离，导致水果变软。为了探究上述假设是否正确，他们进行了如下探究：实验原理：______________________________________________________________________。实验假设：___________________________________________________________________________________。实验方法步骤：果胶酶能将胞间层的果胶分解，放置一段时间的水果果胶酶含量使细胞分散，水果变软。比新鲜水果高。（1）称等量的去皮的新鲜苹果和放置一段时间的苹果切成小块，放在榨汁机中，制成果泥，（2）用滤纸或5层纱布过滤，收集滤液（条件相同）。（3）___________________________。（4）结果：新鲜苹果收集的滤液少，澄清度低。（5）结论：___________________________________________（6）根据此实验，能否得出水果放置时间越长，营养价值越高的结果？观察比较滤液的体积和澄清度放置一段时间的水果果胶酶含量不能。因为水果放置时间过长，维生素C损耗多。比新鲜水果高。9．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