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新新学案2016届高三生物一轮复习 专题4 酶的研究与应用 课题1 果胶酶在果汁生产中的作用课件 新人教版选修1_图文

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基 础 知 识



作 探

课题1 果胶酶在果汁生产中的作用



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重 难 疑



[学习目标] 1.了解果胶酶的组成和作用。 2.理解检测酶 活性的原理。 3.阐述探究温度和pH对果胶酶活性的影响及其 最适值的实验设计。(重难点) 4.描述探究果胶酶的用量的实验 设计。

一、果胶和果胶酶
1.果胶 (1)成分:由 半乳糖醛酸 聚合而成的一种高分子化合物。 (2)特点: 不溶于水 。 (3)作用:组成植物 细胞壁 和胞间层的主要成分之一。

2.果胶酶 (1)来源:植物、霉菌、酵母菌和细菌等。 (2)组成:多聚半乳糖醛酸酶 、果胶分解酶和果胶酯酶等。 (3)作用 ①分解果胶成可溶性的 半乳糖醛酸 ,使浑浊的果汁变得 澄清 。 ②瓦解植物细胞的 细胞壁 和胞间层,使榨取果汁变得更 加容易。

1.利用果胶酶进行果泥处理时,可不可以再加入蛋白酶促 进细胞壁分解?
【提示】 不能。因为果胶酶是蛋白质,加入蛋白酶后会 使果胶酶被分解。

2.在食品工业生产中需要的果胶酶主要来自于植物吗?为 什么?
【提示】 不是。天然来源的果胶酶广泛存在于植物和微 生物中,但植物来源的果胶酶产量低难以大规模提取制备,微 生物则是生产果胶酶的优良生物资源,因此果胶酶最主要的来 源是通过微生物发酵生产。

二、酶的活性与影响酶活性的因素 1.酶的活性 (1)概念:指酶催化一定化学反应的 能力 。 (2)表示方法:酶活性的高低可以用在一定条件下,酶所催 化的某一化学反应的 反应速度 来表示。 (3)酶反应速度的表示方法: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.影响酶活性的因素 温度、pH和 酶的抑制剂 等。

三、实验设计 1.探究温度和pH对酶活性的影响 (1)实验原理 果胶酶的活性受 温度 和pH 影响,处于最适值时,活性最 高。果肉的出汁 率、果汁的澄清度与果胶酶活性大小成正比 。

(2)实验流程

制备果泥

设置一系列梯度的pH和温度

加入 果胶酶 反应一段时间

过滤果汁

(3)该实验的自变量是温度或 pH ,因变量是 酶活性 ,检 测因变量是通过测定果汁的体积或澄清度来实现的。

2.探究果胶酶的用量 (1)变量分析 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)判断的思路 ①如果随着酶的用量增加,过滤得到的果汁的体积也增 加,说明酶的用量不足 。 ②如果当酶的用量增加到某个值后,再增加酶的用量,过 滤得到的果汁的体积不再改变,说明 酶的用量已经足够 。

3.新采摘的玉米有甜味,过一段时间甜味便会降低,如何 使玉米的甜味保持时间长些?
【提示】 煮熟保存或冷藏。 4.在探究温度(或pH)对酶活性的影响时,思考是否需要设 置对照实验?如果需要,应该如何设置? 【提示】 需要设置对照实验。不同的温度梯度之间或不 同的pH梯度之间就可以作为对照,这种对照称为相互对照。

1.果胶和蛋白质、核酸及多糖一样,都属于大分子物质。 (√)
2.果胶酶专指分解果胶的一种酶。(×) 【提示】 果胶酶是分解果胶的一类酶的总称。
3.果胶酶能将果胶分解为可溶性的多聚半乳糖醛酸。(×) 【提示】 果胶被果胶酶分解的产物是半乳糖醛酸。

4.探究温度对果胶酶活性的影响时,酶的用量可以不同。 (×)
【提示】 除温度不同外,其余各量都应相同。
5.植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶。(√)

预习完成后,请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中 问题 1 问题 2 问题 3 问题 4

学生分组探究一 纤维素与果胶、纤维素酶与果胶酶的比较 第 1 步 探究——问题引入,诱思导学 情景材料:我国水果生产发展迅速,由于收获的季节性强, 易造成积压、腐烂变质的现象,为解决上述问题且满足不同人群 的需求,可以将水果加工制作成果汁、果酒、果醋等。 1.果汁生产过程中,怎样才能彻底水解细胞壁? 【提示】 植物细胞壁的成分除了果胶,还有纤维素,要彻 底水解细胞壁,除了加入果胶酶,还需加入纤维素酶。

2.果胶酶和纤维素酶都是一种酶吗? 【提示】 不是。纤维素酶是一种复合酶,果胶酶是一类酶 的总称。

第 2 步 提炼——要点归纳,整合提升 1.纤维素与果胶

相同点

纤维素 ①都是高分 子化合物②

都不溶于水

果胶

③都参与细 胞壁的组成

不同点
①组成的基本单位:葡萄糖 ②分解所需的酶:纤维素酶
①组成的基本单位:半乳糖 醛酸 ②分解所需的酶:果胶酶

2.果胶酶与纤维素酶

组成

果胶 酶

多聚半乳糖醛酸 酶、果胶分解 酶、果胶酯酶

纤维 C1酶、Cx酶、葡 素酶 萄糖苷酶

本质

作用

蛋白 催化水解果胶成为 质 可溶性半乳糖醛酸

蛋白 纤维素―CC―1x酶酶→纤维 质 二糖―葡―萄―糖―苷―酶→ 葡萄糖

3.果胶酶的应用范围 (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。 (4)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。

(5)果胶酶可用于橘子脱囊衣,制造果粉和低糖果冻。 (6)果胶酶与纤维素酶等配合,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。 (7)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。

第 3 步 例证——典例印证,思维深化 (2015·哈尔滨高二联考)果胶酶在果汁生产中发挥重
要作用,下列说法正确的是( ) A.果胶酶只存在于植物中 B.果胶易溶于水,而不溶于乙醇 C.果胶酶和纤维素酶均能分解果胶 D.果胶酶和纤维素酶一起使用可以除去植物细胞壁

【思路点拨】 解此题应具备以下知识:
??分布:植物、霉菌、酵母菌、细菌等 ?本质:蛋白质 果胶酶??作用:催化果胶分解 ??特性:专一性

【解析】 果胶酶广泛存在于植物和微生物中。果胶不溶于 水,不溶于乙醇。酶具有专一性,因此只有果胶酶才能分解果胶。 植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,因此使用果胶酶和纤维 素酶,可以除去植物细胞壁。
【答案】 D

第 4 步 巧练——精选习题,落实强化 1.下列关于酶的说法正确的是( ) A.果胶酶是果胶分解酶的简称,纤维素酶是纤维素分解酶 的简称 B.果胶酶能将乳糖醛酸分解成半乳糖醛酸 C.在果汁中加入果胶酶后可使果汁变得澄清,是果胶酶彻 底分解了细胞壁的结果 D.果胶酶只改变果胶分解的速度,反应前后果胶酶本身没 有发生改变

【解析】 果胶酶是多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶 酯酶的总称,果胶酶的催化作用具有专一性,只能使果胶分解为 半乳糖醛酸,不能水解细胞壁中的纤维素。果胶酶只是大大加速 了果胶在常温下的分解速度,酶在反应前后其数量和性质均不发 生改变。
【答案】 D

2.以下关于果胶酶的叙述正确的是( ) A.果胶酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶 等 B.果胶酶的化学成分为固醇 C.果胶酶的催化作用不受温度影响 D.果胶酶可催化多种化学反应

【解析】 果胶酶是分解果胶的一类酶的总称,包括多聚半 乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等,其化学本质是蛋白质, 其活性受温度影响。酶具有专一性,果胶酶只能催化果胶的水解, 不能催化其他化学反应。
【答案】 A

学生分组探究二 酶的活性、影响酶活性的因素及实验设计 第 1 步 探究——问题引入,诱思导学 情景材料:工业生产果汁时,常常利用果胶酶破除果肉细胞 的细胞壁以提高出汁率。为研究温度对果胶酶活性的影响,某学 生设计了如下图所示的实验:

1.为什么在混合苹果泥和果胶酶之前,要将苹果泥和果胶 酶分装在不同的试管中恒温处理?
【提示】 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,避免了果泥和 苹果胶酶混合时影响混合物的温度,从而影响果胶酶活性。

2.探究温度(或 pH)对酶活性的影响时,哪个因素为自变量, 应该控制哪些因素不变?为什么要作这样的处理?
【提示】 温度(或 pH)为自变量,控制不变的因素有苹果泥 的用量、果胶酶的用量、反应的时间和过滤的时间等。因为只有 这样才能保证只有温度(或 pH)一个变量对果胶酶的活性产生影 响。

3.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?
【提示】 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映了果胶酶催化分解果胶 的能力。

第 2 步 提炼——要点归纳,整合提升 1.酶的活性是指酶催化一定化学反应的能力 (1)表示方法:酶的活性用单位时间内、单位体积中反应物的 减少量或产物的增加量来表示。 (2)实例:如 H2O2 酶活性可用单位时间内、单位体积中 H2O2(反应物)的消耗量或气泡(产生 O2)的生成量来表示。

2.酶活性的影响因素 (1)温度: ①低于最适温度时,随着温度的升高,酶的活性逐渐增强, 但低温不会使酶失活。 ②高于最适温度时,随着温度的升高,酶活性逐渐降低直到 活性全部丧失。如下图所示。

(2)pH ①低于最适 pH 时,随着 pH 的升高,酶的活性逐渐增强, 过酸会使酶失活。 ②高于最适 pH 时,随着 pH 的升高,酶活性逐渐降低直到 活性全部丧失。如下图所示:

(3)酶的抑制剂:能使酶分子某些必需基团(主要是酶活性中 心上的一些基团)发生变化,引起酶活性下降,甚至失活,致使 酶反应速度降低。

1.纤维素酶是一种复合酶,而果胶酶是一类酶。一类酶与 复合酶不同,一类酶中每一种酶都能独立发挥作用,复合酶则需 要各种成分共同协作完成催化作用。
2.由于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.由于原核生物的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,因此这两类生物的细胞壁不能用纤维素 酶和果胶酶去除。

3.探究温度或 pH 对酶活性的影响实验流程 (1)实验原理 果胶酶受温度和 pH 的影响,处于最适温度或 pH 时,酶活 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)实验操作

搅拌器搅拌制成果泥 果胶酶水溶液

↓均分装入

↓等量

9 支试管

9 支试管

各取一支试管分 9 组分别设置等温度梯度(pH 相同)或等 pH 梯度(温度相同),水浴箱中保温

待试管内温度稳定后,将果胶酶加入相同 温度或 pH 的苹果泥内,反应一段时间
过滤果汁,并用量筒测量体积

(3)实验分析 ①自变量与因变量及其之间的关系

变量名称 实验变量 (自变量) 反应变量 (因变量)
无关变量

含义
实验中实验者所操 纵的因素或条件
由于实验变量而引 起的变化和结果
除实验变量以外的 影响实验现象或结 果的因素

实例 温度 或pH
果汁量
酶的新 鲜程度

关系
实验变量为 原因,反应 变量是结果, 二者是因果 关系

②实验结果分析: a.根据实验数据绘制出温度和 pH 对果胶酶活性(用酶反应 速度表示)影响的曲线图(如下图 a、b),最终得到果胶酶的最适 温度和 pH。

b.由于初次实验的梯度变量选择目的性不强,选择的范围 有可能出现过高或过低的情况,这可以从画出的曲线中反应出 来,如下图所示,实验中可以根据出现的曲线进一步选择合适的 梯度变量。

4.探究果胶酶的用量实验流程 (1)实验原理 酶促反应也受酶量的影响,本实验中实验变量是酶的用量, 反应变量为果汁体积,实验中要严格控制温度、pH、反应时间、 底物用量等无关变量对实验的影响。

(2)实验过程

(3)实验分析 ①如果随着酶浓度的增加,过滤得到的果汁体积也增加,说 明酶量不足;当酶浓度增加到某个值后,再增加酶的用量,过滤 得到的果汁体积不再改变,说明酶的用量已经足够,这个值即为 酶的最适用量。 ②如果设置的酶浓度梯度无法满足实验,即出现过高或过低 现象,应及时调整。 ③苹果泥的用量和果胶酶的用量比例要适当。 ④恒温水浴的温度可用上一实验测出的最适温度。

1.探究温度对酶活性的影响时,温度为自变量,pH 应不变 且为最适 pH;同理,探究 pH 对酶活性的影响时,pH 为自变量, 温度应不变且为最适温度;探究果胶酶的最适用量时,果胶酶的 用量为自变量,温度与 pH 应不变且为最适温度和 pH。
2.测定酶的活性,必须全面了解影响酶活性的因素,以便 确定合适的条件,来测定其最高活性。

3.一般情况下,高温、强酸、强碱可以使酶的空间结构改 变,从而使酶失活,而氨基酸的种类、数量、排列顺序都不发生 改变。
4.虽然底物浓度及用量、酶的浓度及用量会影响酶促反应 速率,但不会影响酶的活性。

第 3 步 例证——典例印证,思维深化 果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之
一。果胶酶能够分解果胶,分解植物的细胞壁及胞间层。请你完 成以下有关果胶酶和果汁生产中的问题。
(1)在果汁生产中应用果胶酶可以提高________和________。 (2)某实验小组进行了“探究果胶酶催化果胶水解最适 pH” 的课题研究。本课题的实验步骤中,在完成“烧杯中分别加入苹 果泥,试管中分别注入果胶酶溶液、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、6……10。
方法二:将试管中果胶酶溶液和烧杯中苹果泥 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请问哪一种方法更科学?_________________________。 理由是___________________________________________。

②如果用曲线图的方式记录实验结果,在现有的条件下,当 横坐标表示 pH,纵坐标表示____________时,实验的操作和记 录是比较切实可行的。根据你对酶特性的了解,分析图中最可能 是实验结果的曲线图是________。若实验所获得的最适 pH=m, 请你在所选的曲线图中标出“m”点的位置。

【思路点拨】

【解析】 本题考查果胶酶的作用及pH对酶活性影响实验 的分析能力。
(1)果胶酶可以分解果胶,提高出汁率和澄清度,但果胶酶 的作用需要一定的条件,如温度和pH等。
(2)本题是探讨pH对果胶酶活性的影响,实验关键是分别将 果胶酶溶液和苹果泥调至一定的pH,然后把pH相等的这两种溶 液混合,否则,在达到预定pH之前就会发生酶的催化反应。如 题图甲所示,果胶酶的活性随pH增大而升高,达到最适pH之 后,酶活性逐渐降低,若过酸或过碱,则酶活性丧失。

【答案】 (1)出汁率 澄清度 (2)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环境(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) ②果汁体积 甲 如图所示

第4步 巧练——精选习题,落实强化 1.下图曲线表示的是温度与果胶酶活性之间的关系,此曲 线不能说明的是( )

A.在b点之前,果胶酶的活性和温度呈正相关;之后,呈 负相关
B.当温度达到b′点时,果胶酶的活性最高、酶的催化作 用最强
C.a点时,果胶酶的活性很低,但随着温度升高,果胶酶 的活性可以上升
D.c点时,果胶酶的活性很低,当温度降低时,酶的活性 可以恢复上升

【解析】 从图中可以看出随着温度的不断升高,果胶酶 的活性在上升,达到b点时,酶的活性达到最高; 随后,随着 温度的继续上升,酶的活性迅速下降。a点和c点相比,虽然酶 的活性都很低,但是a点是低温条件,对酶的分子结构无影响, 所以,随着温度的上升,其活性也会不断上升;而c点是高温条 件,当温度过高时,会破坏酶的分子结构,使酶的活性发生不 可逆的变化,故温度降低时,酶的活性不会恢复上升。
【答案】 D

2.探究果胶酶最适用量的实验过程中,叙述错误的是 ()
A.调节pH,使各组中的pH相同而且处于适宜状态 B.用玻璃棒搅拌加酶的苹果泥,搅拌时间可以不同 C.在相同的适宜温度条件下进行实验 D.配制不同浓度的果胶酶溶液,并在各组中加入等量的该 溶液

【解析】 在探究果胶酶最适用量的实验中,可以将果胶 酶的用量作为单一变量,而其他条件必须保持一致且适宜,如 用玻璃棒搅拌加酶的苹果泥时,搅拌时间要一致。
【答案】 B

学生合作绘制知识网络

师生归纳必记答题术语
1.果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要成分之一,它是由半 乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物,不溶于水。2.果胶 酶能够分解果胶,瓦解植物的细胞壁及胞间层,使榨取果汁 变的更容易。 3.果胶酶是分解果胶的一类酶的总称,包括多聚半乳糖醛酸 酶,果胶分解酶和果胶酯酶等。



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