实验5-加酶洗衣粉的使用条件和效果(浙科版选修1)

课题背景当你自己动手洗衣服的时候，会发现有油渍、汗渍或血渍的衣服很难彻底洗干净，你是如何解决这个问题的?你是否尝试过加酶洗衣粉?与普通洗衣粉相比，加酶洗衣粉能更有效地清除顽渍。在本课题中，我们将了解加酶洗衣粉的作用，探讨加酶洗衣粉使用的最适条件。探讨加酶洗衣粉的洗涤效果1、说出加酶洗衣粉的洗涤原理；2、探讨温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影响；3、探讨不同种类的加酶洗衣粉对同一污物和不同污物的洗涤效果的区别。加酶洗衣粉普通洗衣粉哪个洗涤效果好？为什么？（一）普通洗衣粉一、基础知识表面活性剂，水软化剂，碱剂，漂白剂等成分，有的洗衣粉中还含有增白剂，香精和色素，以及填充剂等1、洗衣粉主要成分：①表面活性剂----洗衣粉的主要成分种类：表面活性剂有阴离子、阳离子、非离子和两性离子等四大类，但用于洗涤的表面活性剂则以阴离子和非离子为主。作用：洗衣粉的主要成分，优先吸附在各种界面上，降低水的表面张力，改变体系界面的状态，去除衣物的污渍一般表面活性剂中含有疏水基团和亲水基团，在洗涤过程中其乳化作用和通透作用，使衣服中的脂肪类物质进入水中。应用：表面活性剂有最普通、最传统的阴离子表面活性剂就是人类使用了几百年的肥皂（高级脂肪酸钠）。合成洗涤工业问世之后，使用最普遍的是十二烷基苯磺酸钠，非离子表面活性剂应用最广泛的是聚氧乙烯醚类(如脂肪醇聚氧乙烯醚)②水软化物质作用：水软化剂可防止水中的钙、镁离子造成的阴离子表面活性剂失活，提高表面活性剂利用率。种类：三聚磷酸钠是最为常用的一种水软化剂，它具有软化水质、分散污垢、缓冲碱剂及抗结块性能等特点。应用：三聚磷酸钠广泛应用于各种洗衣粉中，无磷洗衣粉中不含有三聚磷酸钠。作用：在适当的碱度下，使纤维和污垢可被最大限度地离子化，更易于污垢的水解和分散。应用：一般洗衣粉配方中都含有纯碱和硅酸钠，其中硅酸钠还具有使污垢颗粒悬浮、防止再沉积的作用。碱剂③增白剂④香精和色素丝、棉、毛类等天然纤维的浅色衣物容易变黄，加入增白剂后，它能够留存在衣物上，吸收阳光中的紫外线，反射出与黄光互补的蓝色光线，从而掩盖了衣物上的黄色。改善洗衣粉的气味和外观，给人清新愉悦的感受，并掩盖某些化学成分的异味某些洗衣粉中含有过硼酸钠一类的漂白剂，可以延缓衣物的泛黄程度，但对衣物有一定的损伤。2、种类无磷洗衣粉、含磷洗衣粉磷：一种营养元素，易造成水体富营养化，从而破坏水质，污染环境无磷洗衣粉：不用磷酸盐作助洗剂的一类产品，无水质富营养化这一特点，有利于水体环境保护1、定义：（二）加酶洗衣粉加酶洗衣粉就是在合成洗衣粉中，加入0.2％～0.5％的酶制剂制成的。2、成分除含有普通洗衣粉的成分外，目前常用的酶制剂有四类：蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶。其中，应用最广泛、效果最明显的是碱性蛋白酶和碱性脂肪酶。碱性蛋白酶能将血渍、奶渍等含有的大分子蛋白质水解成可溶性的氨基酸或小分子的肽，使污迹容易从衣物上脱落。这是普通洗衣粉难以做到的。同样的道理，脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶也能分别将大分子的脂肪、淀粉和纤维素水解为小分子物质，使洗衣粉具有更好的去污能力。通过消化过程的回顾，你能想象出加酶洗衣粉中所加酶制剂的作用吗？思考：能把从细胞中提取出的酶直接加到洗衣粉中吗？为什么？怎么办？基础知识温度、酸碱度和表面活性剂都会影响酶的活性。如果将酶直接添加到洗衣粉中，过不了多久，酶就会失活。为了解决这个难题，科学家通过基因工程生产出了能够耐酸、耐碱、忍受表面活性剂和较高温度的酶，并且通过特殊的化学物质将酶层层包裹，与洗衣粉的其他成分隔离。这些隔离层遇到水后，就会很快溶解，包裹在其中的酶就能迅速发挥催化作用了。①蛋白酶：应用：有助于去除例如汗渍，血渍，青草，粘液，粪便以及各种食品类的蛋白质污垢作用：碱性蛋白酶能使蛋白质水解成可溶于水的小分子的多肽种类：我国在洗衣粉中添加的酶最主要的是碱性蛋白酶产生：主要产生菌是某些芽孢杆菌（如枯草芽孢杆菌）蛋白质多肽氨基酸蛋白酶肽酶方程式：基础知识在洗衣粉中添加的酶的种类很多，我国在洗衣粉中添加的酶最主要的是碱性蛋白酶。这种酶能耐碱性条件，而且耐贮存，对皮肤、衣物没有刺激和损伤作用。碱性蛋白酶能使蛋白质水解成可溶于水的多肽和氨基酸。衣物上附着的血渍、汗渍、奶渍、酱油渍等污物，都会在碱性蛋白酶的作用下，结构松弛、膨胀解体，稍加搓洗，污迹就会从衣物上脱落。②脂肪酶应用：可以催化水解各类动植物油脂和人体皮脂腺分泌物及化妆品污垢，种类：碱性脂肪酶作用：碱性脂肪酶能使甘油三脂水解成容易用水冲洗掉的甘油二脂、甘油单脂和游离脂肪酸。从而达到清除衣物上脂质污垢的作用产生：产生微生物是某些黑曲霉米曲霉脂肪甘油+脂肪酸脂肪酶方程式：③淀粉酶应用：可以去除例如来自面条、巧克力、肉汁和婴儿食品中含有淀粉的污垢作用：将淀粉水解成小分子物质淀粉麦芽糖淀粉酶④纤维素酶应用：去除棉纺织品表面的浮毛，使洗涤后的棉纺织品柔软蓬松，织纹清晰，色泽更加鲜艳，穿着更加舒适作用：碱性纤维素酶本身不能去除衣物上的污垢，它的作用是使纤维的结构变得蓬松，从而使渗入到纤维深层的尘土和污垢能够与洗衣粉充分接触，从而达到更好的去污效果纤维素葡萄糖纤维素酶⑤复合酶实际污垢组成复杂，往往蛋白污垢被脂肪污垢或淀粉污垢覆盖，单一酶的作用一般达不到彻底清除污垢的作用。而复合酶可以发挥其独特的“协同效应”。试验测定，单独使用蛋白酶或淀粉酶，得到的洗涤效果远不如把每种酶用量减半后放在一起使用的效果。即给定酶的用量，复合酶的效果远远超过单一酶的效果。原因是淀粉酶分解了污渍表面的淀粉污垢，使蛋白酶能以更有效的方式向蛋白质污垢进攻。（三）普通洗衣粉和加酶洗衣粉异同相同点：不同点：表面活性剂可以产生泡沫，可以将油脂分子分散开；水软化剂可以分散污垢；等等酶可以将大分子有机物分解为小分子有机物，小分子有机物易于溶于水，从而与纤维分开（四）解释现象1、若某洗衣粉较易清除衣物的血渍和奶渍，说明该洗衣粉中加入的是什么酶？为什么？蛋白酶，因为血渍和奶渍的主要成分是蛋白质，蛋白酶能分解血渍和奶渍中的蛋白质。2、为什么洗涤前先将衣物浸于加有适量洗衣粉的水内数小时？如何缩短衣物的浸泡时间？是为了使洗衣粉中的蛋白酶充分的分解衣物中的蛋白质污渍；用温水浸泡衣物，因为酶的催化作用需要适宜的温度。3、为什么不能在60℃以上的水中使用此洗衣粉？使用加酶洗衣粉时，必须注意洗涤用水的温度，温度过高会使酶变性失活。在低温下酶的活性下降4、试解释为什么此洗衣粉不能用于丝质及羊毛衣料？因为蛋白酶能使蛋白质水解，而丝质及羊毛衣料中含有蛋白质，这样会损坏衣物5.为什么使用加酶洗衣粉洗衣后，须彻底清洗双手？人体皮肤细胞有蛋白质，如不彻底清洗双手，就会使手的皮肤受到腐蚀。而使人患过敏性皮炎、湿疹等，因此，应避免与这类洗衣粉长时间地接触。此外：加酶洗衣粉也不宜长期存放，存放时间过长会导致酶活力损失1、普通洗衣粉和加酶洗衣粉的洗涤效果有什么不同；2、什么样的温度下使用加酶洗衣粉效果最好；3、添加不同种类的酶的洗衣粉，其洗涤效果有哪些区别4、加酶洗衣粉的用量与洗涤效果间关系；4、同一种加酶洗衣粉对不同污渍的洗涤效果。思考：请你针对要探究的三个方面写出具体的设计方案。提出相关问题的探究实验设计[资料一]如何有效地控制变量下面是两位同学设计的实验方案，请你分析这两个方案，思考相关问题。A同学的方案：实验中使用大烧杯和固定的水量，洗涤材料使用固定大小的新布，洗涤过程通过玻棒搅拌来实现，洗衣粉的用量可以通过天平称量来控制，污渍的污染程度要保持一致，这可以通过滴加在布料上的污染物的量来控制。B同学认为洗衣粉的洗涤效果是显而易见的事情。平时用洗衣机洗衣服，如果加普通洗衣粉，衣领部分的污渍总会有些残留，如果使用加酶洗衣粉，就能完全洗干净，这就已经说明加酶洗衣粉的洗涤效果更好，A同学的方案是将简单问题复杂化了。请结合两位同学的方案，思考下面的问题。1．你同意B同学的观点吗?请说明你的理由。2．你认为他们的方案是否存在问题?如果有问题，有哪些问题?你能提出一个更好的方案吗?3．你能就此例谈一谈科学实验与日常生活经验的联系与区别吗?实验设计课题1探究加酶洗衣粉使用时的最适温度[资料二]考虑实际生活中的具体情况本课题不仅要用科学探究的方法研究日常生活中的问题，还需要将研究的结果应用到实际生活中去。因此，在探究的过程中，不仅要从理论层面去思考问题，还要充分考虑是常生活中的具体情况。某同学深究温度对加跨洗衣粉洗涤效果的影响，选择了10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃和70℃的温度梯度。请你分析这个方案是否完善、妥当，并提出改进建议。实验设计课题1探究加酶洗衣粉使用时的最适温度①结论温度梯度设置并不恰当和完善，主要是梯度差值偏大。在达到最适温度之前提高温度，可以增加酶促反应的速度，每提高反应温度10度，所增加的反应速度称为反应的温度系数，对于许多酶来说，这个系数为1－2，也就是每增高10度，酶反应速度增加1－2倍，假定用上述梯度测得40度时洗涤效果最好，但并不能说最适温度就是40度。对资料二的分析②改进制取同样的污染布，称取等量的同一种洗衣粉，分几个温度不同的试验组，温度梯度可设为20、25、30、35、40、45、50、55度，若测出在40度时洗涤效果最好，可设置更细的试验组如35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45度，直至测出具体的最适温度。实验设计课题1探究加酶洗衣粉使用时的最适温度1、实验原理酶的活性受温度的影响，最适温度时酶的活性最大，去污力最强，高于或低于此温度酶的活性降低，去污力下降。实验设计课题1探究加酶洗衣粉使用时的最适温度①温度能影响酶的催化效率在一定范围内，随温度的升高酶的催化效率提高，到达一定温度酶的催化效率最高（最适温度），超过一定的温度，酶的催化效率下降。(你能画出曲线吗？)②洗涤效果的判断可在相同洗涤时间后洗涤后比较污物的残留状况，如：已消失、颜色变浅、面积缩小等，最好能进行定量的比较。或污物完全消失所需要的时间。设计过程1、实验原理2、目的要求（略）3、材料器具加酶洗衣粉、鸡血、新白棉布、蒸馏水、烧杯、滴管、温度计、恒温水浴锅、玻璃棒、量筒、直尺、天平等4、实验准备（1）制取带有污物的实验用布将等量的鸡血滴到7块大小相同的、质地相同的新布上（2）称取1g加酶洗衣粉：用天平准确的称取等量的同种加酶洗衣粉5、实验步骤实验设计课题1探究加酶洗衣粉使用时的最适温度5、实验步骤实验设计课题1探究加酶洗衣粉使用时的最适温度1）配制不同温度下的加酶洗衣粉水溶液①取相同的大烧杯7只，并标号为A、B、C、D、E、F、G，向其中各加入500ml（等量且适量）的蒸馏水（量筒量取）。②在7只烧杯中加入适量且等量（1~5克）加酶洗衣粉。③将7只烧杯分别放入25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃的恒温水箱加热。2）准备污染布④将质地相同且面积一样的7块实验用布进行相同污染处理。3）洗涤污染布⑤将带有相同且面积一样污物的7块大小相同的、质地相同的实验用污染布分别放入7只烧杯中。⑥分别用玻璃棒同时充分搅拌相同的时间。一段时间后搅拌可重复进行，持续保持各自的温度。4）观察洗涤效果⑦经过相同的时间后观察洗涤效果并进行记录。如果40℃时，污渍最淡或面积最小，则说明40℃是该种洗衣粉的洗涤最适温度。6、得出结论实验中可以用滴管控制污物的量，待污物干燥后再进行实验；布料应放在洗衣粉溶液中浸泡相同的时间；采用玻璃棒或筷子搅拌的方式模拟洗衣过程；模拟搅拌的时间、次数和力量应基本相同。实验设计课题1探究加酶洗衣粉使用时的最适温度1、实验原理生活中的各种污渍主要是蛋白质、脂质、淀粉等多种不溶于水的有机物，这些有机物能在相应的蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶的作用下水解成易溶于水的小分子有机物。2、遵循原则实验设计探究2普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的洗涤效果实验变量为洗涤剂，设计时应遵循单一变量原则、对照性原则有效的控制其他变量，如水的用量、污染物的量，所用实验用布的质地大小、两种洗衣粉的用量，搅拌及洗涤时间，3、实验操作流程（1）实验准备污布的制取：取