4.1果胶酶在果汁生产中的作用 课件--高二下学期生物人教版选择性必修2.pptx

专题四：酶的研究与应用专题四：酶的研究与应用1.2果胶酶在果汁生产中的作用酶有哪些应用呢？酶有哪些应用呢？温故知新：酶的基础知识温故知新：酶的基础知识3 3、酶的功能及原因：、酶的功能及原因：1 1、酶的概念：、酶的概念：2 2、酶的化学本质及基本组成单位：、酶的化学本质及基本组成单位：4 4、酶的特性：、酶的特性：酶是活细胞所产生的具有生物催化作用的一类特殊的有机物。酶是活细胞所产生的具有生物催化作用的一类特殊的有机物。化学本质化学本质:蛋白质（大多数）或蛋白质（大多数）或RNA；基本组成单位基本组成单位：氨基酸或核糖核苷酸氨基酸或核糖核苷酸 酶能降低化学反应的活化能，从而使反应能迅速进行。酶能降低化学反应的活化能，从而使反应能迅速进行。高效性、专一性、需要适宜的条件（作用条件比较温和）高效性、专一性、需要适宜的条件（作用条件比较温和）酶在各种化学反应中起催化作用酶在各种化学反应中起催化作用原因：原因：功能：功能：我国我国每年上市的新鲜水果品种多、数量大。但由于收获的每年上市的新鲜水果品种多、数量大。但由于收获的季节性强，易造成积压滞销，腐烂变质。水果的加工技术，季节性强，易造成积压滞销，腐烂变质。水果的加工技术，（制作果汁、果干、果粉和果酒制作果汁、果干、果粉和果酒）可以缓解产销矛盾。）可以缓解产销矛盾。果肉的出汁率低，耗时长。果肉的出汁率低，耗时长。榨取的果汁浑浊，黏度高榨取的果汁浑浊，黏度高，易，易发生沉淀。发生沉淀。制作果汁要解决两个问题制作果汁要解决两个问题怎样解决怎样解决？使用使用果胶酶果胶酶纤维素酶纤维素酶加果胶酶加加果果胶胶酶酶一、基础知识一、基础知识【自主学习】阅读【自主学习】阅读教材教材P P42424343,思考以下问题：思考以下问题：1.果胶的化学本质及作用是什么？果胶的化学本质及作用是什么？2.果胶酶在果胶酶在果汁生产中是如何发挥作用的果汁生产中是如何发挥作用的？3.影响影响酶的活性的因素有哪些？酶的活性的因素有哪些？一、基础知识一、基础知识（一）（一）果胶和果胶酶果胶和果胶酶1.1.果胶果胶(1)(1)成分：由成分：由 聚合而成的一种高分子化合物。聚合而成的一种高分子化合物。(2)(2)特点：不溶于特点：不溶于 。(3)(3)作用：是植物作用：是植物 以及以及 的主要组成成分之一。的主要组成成分之一。(4)(4)对果汁加工的影响：影响对果汁加工的影响：影响 ，还会使果汁，还会使果汁 。2.2.果胶酶果胶酶(1)(1)组成：是分解果胶的一类酶的总称，组成：是分解果胶的一类酶的总称，包括包括 、果胶分解酶果胶分解酶和和 等。等。(2)(2)作用：分解果胶，瓦解植物的作用：分解果胶，瓦解植物的 及胞间层及胞间层，提高榨取果汁出汁率；，提高榨取果汁出汁率；把把不溶于水的果胶分解成可溶性不溶于水的果胶分解成可溶性的的 ，可使浑浊的果汁变得可使浑浊的果汁变得 。(3)(3)来源：植物来源：植物、酵母菌、酵母菌和和 均均能产生果胶酶能产生果胶酶。知识链接：知识链接：食品工业食品工业生产中需要的果胶酶主要来自生产中需要的果胶酶主要来自霉菌发酵霉菌发酵。可生成果。可生成果胶酶的霉菌有黑曲霉、米曲霉和文氏曲霉等。培养曲霉可用液体培养法，胶酶的霉菌有黑曲霉、米曲霉和文氏曲霉等。培养曲霉可用液体培养法，需添加果胶作为诱导物。需添加果胶作为诱导物。多聚半乳糖醛酸多聚半乳糖醛酸酶酶半乳糖醛酸半乳糖醛酸（二）（二）酶的活性及影响酶活性的因素酶的活性及影响酶活性的因素1.1.酶的活性酶的活性(1)(1)含义：指酶催化一定含义：指酶催化一定 的能力。的能力。(2)(2)表示方法：用在一定条件下，酶所催化的某一化学反应的表示方法：用在一定条件下，酶所催化的某一化学反应的_来表示。来表示。2.2.酶反应速度：酶反应速度：用单位时间内、单位体积中反应物的用单位时间内、单位体积中反应物的 或产物的或产物的 来表示。来表示。3.3.影响酶活性的因素：温度、影响酶活性的因素：温度、和酶的和酶的 等。等。（三）果胶酶的用量（三）果胶酶的用量为了果胶酶得到为了果胶酶得到充分的利用，节约成本充分的利用，节约成本，需要控制好酶的用量。，需要控制好酶的用量。思考思考1.1.纤维素纤维素与果胶与果胶的的异同？异同？相同点：相同点：都是都是不溶于不溶于水水的的高分子化合物高分子化合物，都都参与细胞壁的参与细胞壁的组成组成。不同点：不同点：纤维素的纤维素的单体是单体是葡萄糖葡萄糖，由，由纤维素酶将纤维素酶将其其分解分解为为葡萄糖葡萄糖；果胶果胶的的单体是单体是半乳糖醛酸半乳糖醛酸，可由，可由果胶酶将果胶酶将其其分解分解为可溶性半乳糖为可溶性半乳糖醛酸醛酸。思考思考2 2果胶酶与纤维素酶的果胶酶与纤维素酶的比较：比较：C1酶、酶、CX酶和葡萄糖苷酶和葡萄糖苷酶等酶等纤维素酶纤维素酶将不溶性的果胶分解为可溶性将不溶性的果胶分解为可溶性的半乳糖醛酸的半乳糖醛酸多聚半乳糖醛酸酶、果胶多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶等分解酶、果胶酯酶等果胶酶果胶酶作用作用组成组成名称名称提示提示(1)(1)：纤维素酶和果胶酶纤维素酶和果胶酶，因为植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶。因为植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶。提提示示(2)(2)：不不能能，因因为为细细菌菌的的细细胞胞壁壁的的主主要要成成分分是是肽肽聚聚糖糖，真真菌菌细细胞胞壁壁的的主主要要成成分是分是几丁质几丁质，这两类生物的细胞壁，这两类生物的细胞壁都都不能用纤维素酶和果胶酶去除。不能用纤维素酶和果胶酶去除。果果胶胶酶酶是是一一类类酶酶，一一类类酶酶中中每每一一种种酶酶都都能能独独立立发发挥挥作作用用；而而纤纤维维素素酶酶是是一一种种复复合合酶酶，必须三种组分同时发挥作用才能使纤维素彻底分解。必须三种组分同时发挥作用才能使纤维素彻底分解。思考思考3：“一一类酶”和和“复合复合酶”有什么不同有什么不同？思考思考4：用哪些：用哪些酶可可去除去除植物植物细胞的胞的细胞壁胞壁，用，用这些些酶能否去除能否去除细菌和真菌的菌和真菌的细胞壁？胞壁？能能提提高高酶酶活活性性的的物物质质叫叫激激活活剂剂，多多为为离离子子或或简简单单有有机机化化合合物物；加加入入酶酶的的激激活活剂可以提高酶的活性，如剂可以提高酶的活性，如NaClNaCl可以提高果胶酶的活性。可以提高果胶酶的活性。某某些些物物质质虽虽然然不不能能引引起起酶酶变变性性，但但能能使使酶酶分分子子中中某某些些必必需需基基团团发发生生变变化化，引引起起酶酶活活性性下下降降，甚甚至至失失活活，能能引引起起这这种种抑抑制制作作用用的的物物质质称称为为酶酶的的抑抑制制剂剂。如如FeFe3 3、CaCa2 2、ZnZn2 2等金属离子对果胶酶有抑制作用。等金属离子对果胶酶有抑制作用。知识链接：知识链接：酶酶的激活剂和抑制剂：的激活剂和抑制剂：二、实验设计二、实验设计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。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（一）探究温度对果胶酶活性的影响阅读教材阅读教材P P43434444，思考讨论以下问题：，思考讨论以下问题：(1)本实验的实验原理是什么？本实验的实验原理是什么？(3)实验要用到的材料、试剂实验要用到的材料、试剂、用具用具有有哪些哪些？自变量：自变量：温度温度（按照一定的梯度，设置系列不同的温度）（按照一定的梯度，设置系列不同的温度）因变量：酶因变量：酶的的活性（用果汁体积或果汁的澄清度来表示酶的活性）活性（用果汁体积或果汁的澄清度来表示酶的活性）苹果、果胶酶、苹果、果胶酶、搅拌器、恒温水浴搅拌器、恒温水浴锅（或烧杯、温度计）、锅（或烧杯、温度计）、试管试管、试管架、试管架、滴管、量筒、滴管、量筒、漏斗等等漏斗等等(2)自变量自变量和因变量分别是和因变量分别是什么，怎样设置自变量和获取因变量？什么，怎样设置自变量和获取因变量？（一）探究温度对果胶酶活性的影响（一）探究温度对果胶酶活性的影响搅拌器搅拌器搅拌制成苹果泥搅拌制成苹果泥均分均分 装入装入6 6支试管，编号支试管，编号1 16 6配制适宜浓度果胶酶配制适宜浓度果胶酶水溶液水溶液等等 量量6 6支试管，编号支试管，编号1 16 6将编号相同的装有将编号相同的装有苹果泥和果胶酶的苹果泥和果胶酶的试管，分别试管，分别放放入入20200 0C C、30300 0C C、40400 0C C、50500 0C C、60600 0C C、和、和70700 0C C的恒温的恒温水浴箱（锅）中水浴箱（锅）中保温保温试管试管内温度稳定后，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1010分钟分钟过滤过滤果汁，用量筒测量果汁的量，填入表格果汁，用量筒测量果汁的量，填入表格（4）思考）思考讨论讨论实验实验操作操作流程（步骤）：流程（步骤）：(5)分析本实验的相关问题：分析本实验的相关问题：、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？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？提示：提示：保证底物和酶在混合时的保证底物和酶在混合时的温度是相同的温度是相同的，从而保证反应体系的温度是，从而保证反应体系的温度是_的温度。的温度。、在探究温度对酶活性的影响时，是否需要设置对照？如果需要，又应该如何设置？为什么？在探究温度对酶活性的影响时，是否需要设置对照？如果需要，又应该如何设置？为什么？提示：提示：需要设置对照实验，不同的温度梯度之间就可以作为对照，这种对照称为需要设置对照实验，不同的温度梯度之间就可以作为对照，这种对照称为_。、若、若3030、4040、5050三个温度下，收集到的果汁量最多且相同，最可能的原因是：三个温度下，收集到的果汁量最多且相同，最可能的原因是：_。预先设定相互对照苹果泥和果胶酶混合之后保温时间过长，果胶被分解的程度相同二、实验设计二、实验设计通过加入一定量酸或碱来调节，利用通过加入一定量酸或碱来调节，利用pH计或计或pH试纸进行测量，设置的系列试纸进行测量，设置的系列pH值为值为5.0、6.0、7.0、8.0、9.0（二）探究（二）探究pHpH对果胶酶活性的影响对果胶酶活性的影响阅读教材，思考讨论以下问题：阅读教材，思考讨论以下问题：(1)如何设置本实验的自变量？如何设置本实验的自变量？(3)请设计本实验的实验流程（步骤）请设计本实验的实验流程（步骤）:无关变量：无关变量：酶的量和浓度、苹果泥的量酶的量和浓度、苹果泥的量、温度、反应时间温度、反应时间等，必须相同且适宜。等，必须相同且适宜。(2)本实验的无关变量有哪些？本实验的无关变量有哪些？（二）探究（二）探究pHpH对对果胶酶活性的影响果胶酶活性的影响搅拌器搅拌器搅拌制成苹果泥搅拌制成苹果泥均分均分 装入装入7 7支试管，编号支试管，编号1 17 7配制适宜浓度果胶酶配制适宜浓度果胶酶水溶液水溶液等等 量量7 7支试管，编号支试管，编号1 17 7分别将分别将编号相同的装有编号相同的装有苹果泥和果胶酶的苹果泥和果胶酶的试管的试管的pHpH调节到调节到4.04.0、5.05.0、6.06.0、7.07.0、8.08.0、9.09.0、10.010.0，后将所有试管放到适宜温度的恒，后将所有试管放到适宜温度的恒温水浴箱（锅）中温水浴箱（锅）中保温保温试管试管内温度稳定后，内温度稳定后，将果胶酶加入编号相同的将果胶酶加入编号相同的苹果苹果泥中，再在适宜温泥中，再在适宜温度的的恒温箱中保持度的的恒温箱中保持1010分钟分钟过滤过滤果汁，用量筒测量果汁的量，填入表格果汁，用量筒测量果汁的量，填入表格(3)请设计本实验的实验流程（步骤）请设计本实验的实验流程（步骤）:A同学将温度或同学将温度或pH作为变量，作为变量，控制不变的量有苹果泥的用量、果胶酶的用量、控制不变的量有苹果泥的用量、果胶酶的用量、反应的时间和过滤的时间等。反应的时间和过滤的时间等。只有在实验中保证一个自变量只有在实验中保证一个自变量，实验，实验结果才能结果才能说明问题。（遵循说明问题。（遵循单一变量原则单一变量原则）B同学对于变量的处理应该与同学对于变量的处理应该与A同学相同，只是观察因变量的角度不同。同学相同，只是观察因变量的角度不同。(4)阅读教材阅读教材P44思考：思考：A同学将哪个因素作为变量，控制哪些因素不变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？为什么要作这样的处理？B同学呢？同学呢？二、实验设计二、实验设计 实验实验时可以配制时可以配制 浓度的果胶酶溶液，也可以只配制浓度的果胶酶溶液，也可以只配制 浓度浓度的果胶酶溶液，然后的果胶酶溶液，然后使用不同使用不同的体积，但必须保证反应液的体积的体积，但必须保证反应液的体积 ，否则影响实验结果的准确性。，否则影响实验结果的准确性。（三）探究果胶酶的用量（三）探究果胶酶的用量(1)如何设置各组实验的果胶酶的用量？如何设置各组实验的果胶酶的用量？如果如果随着酶浓度的增加，过滤得到的果汁的体积也增加，说明酶的用量不足随着酶浓度的增加，过滤得到的果汁的体积也增加，说明酶的用量不足；当酶当酶的浓度增加到某个值后，再增加酶的用量，过滤得到的果汁的体积不再改的浓度增加到某个值后，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，那么变，说明酶的用量已经足够，那么，这个浓度这个浓度就是就是酶的最适用量。酶的最适用量。(2)怎样确定果胶酶的最适用量？怎样确定果胶酶的最适用量？不同不同一种一种相同相同(3)请设计本实验的实验流程（步骤）请设计本实验的实验流程（步骤）:三、操作提示三、操作提示1.制取苹果泥制取苹果泥时，可时，可先将苹果切成小块放入榨汁机中先将苹果切成小块放入榨汁机中加入适量的加入适量的水后再进行水后再进行搅拌；如搅拌；如果果用橙子做用橙子做实验，不必实验，不必去掉橙皮。去掉橙皮。2.在探究不同在探究不同pH对果胶酶活生的影响对果胶酶活生的影响时，可以时，可以用体积分数为用体积分数为0.1%的的NaOH溶液和盐溶液和盐酸进行调节。酸进行调节。3.在用果酶处理果泥在用果酶处理果泥时，为了时，为了使果胶酶能够充分催化使果胶酶能够充分催化反应，应用反应，应用玻璃棒不时玻璃棒不时地地 。搅拌反应混合物搅拌反应混合物1、请将你的实验数据转化的曲线图：、请将你的实验数据转化的曲线图：四、结果分析和评价四、结果分析和评价温度（温度（）203040506070果汁体积果汁体积（mL）4.24.45.65.55.23.0温度（温度（）果汁体果汁体积积（mL）102030405060700123456 pH4.05.06.07.08.09.010.0果汁体积（mL）4.04.04.84.43.02.80.8pH果汁体果汁体积积（mL）3.04.05.06.07.08.09.010.001234562 2、如果从你绘制的曲线中无法如果从你绘制的曲线中无法判断出判断出果胶酶的最适果胶酶的最适pHpH或温度，体或温度，体将如何将如何改进实验方法改进实验方法?提示：提示：准确控制各种变量，按步骤有序实施实验，避免操作错误；准确控制各种变量，按步骤有序实施实验，避免操作错误；进行多组重复实验，计算各组数据的平均值，以避免偶然性对实验结果的影响；进行多组重复实验，计算各组数据的平均值，以避免偶然性对实验结果的影响；在更小的温度（或在更小的温度（或pHpH）的范围内，以更小的梯度）的范围内，以更小的梯度设置系列温度（或设置系列温度（或pHpH），做进一），做进一步的探究实验，以确定更准确的结果。步的探究实验，以确定更准确的结果。1.下列关于果胶酶的叙述正确的是凡具有分泌功能的细胞都能产生果胶酶凡是活细胞都能产生果胶酶果胶酶能将果胶分解成半乳糖醛酸植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶果胶酶特指分解果胶的一种酶纤维素酶和果胶酶可用于去除植物细胞壁组成果胶酶的基本单位是氨基酸或核苷酸A.B.C.D.2.下列关于酶活性的说法中，错误的是A.酶的活性是指酶催化一定化学反应的能力B.酶促反应速度越大，说明酶的活性越大C.酶的活性受温度、pH等因素影响D.酶活性的高低与反应物的浓度无关解析酶的活性是由酶的结构决定的，温度和pH都能影响酶的结构，因此酶的活性受温度和pH的影响。在一定条件下，反应物浓度(或酶的用量)越大，酶促反应速度越大，但并不能说明酶的活性越大，因为反应物浓度(或酶的用量)并不影响酶的活性。3.在“探究pH对酶活性的影响”实验中，不正确的是A.自变量是不同的pHB.无关变量有温度、底物浓度、酶浓度、反应时间等C.可通过测定滤出的果汁体积判断果胶酶的最适pHD.pH过低时，果胶酶活性变小，但不失活解析过酸、过碱或温度过高，都会使酶变性，并可造成永久性失活。4.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。将果胶酶与苹果泥分装于不同试管中，在10 水浴中恒温处理10 min(如图甲)。将步骤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 min(如图乙)。将步骤处理后的混合物过滤，收集滤液，测量果汁量(如图丙)。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：根据上述实验，请分析回答下面的问题：(1)果胶酶能破除细胞壁，是因为果胶酶可以促进细胞壁中果胶的水解，产物是_。(2)实验结果表明，当温度在_附近时，果汁量最多，此时果胶酶的活性_。(3)为什么该实验能够通过测定过滤出的苹果汁的体积大小来判断果胶酶活性的高低？_。半乳糖醛酸40 最高果胶酶将果胶分解为半乳糖醛酸，半乳糖醛酸可以通过滤纸，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5.假设你已经探究了果胶酶的最适温度(为45)和最适pH(为4.8)，你还想进一步探究果胶酶的最适用量。此时，实验的自变量是_。请根据所给材料和用具完成以下探究实验。(1)材料和用具：制备好的苹果泥、恒温水浴装置、试管、漏斗、滤纸、量筒、试管夹、不同浓度的果胶酶溶液、质量分数为0.1%的NaOH溶液和盐酸。(2)实验步骤：取6支试管，编号为16，分别加入等量不同浓度的果胶酶溶液，调节pH至4.8。向16号试管中分别加入 ，然后放入45 恒温水浴装置中_。_。(3)以上实验步骤的设计是否有不妥？_(填“有”或“没有”)，如果有，试分析原因：_。果胶酶的用量等量的苹果泥保温相同时间过滤后测量并记录果汁体积有为了保证苹果泥与果胶酶混合前后的温度相同，应先将分别盛有苹果泥和果胶酶的试管放在同一温度的水浴装置中保温