2022年果胶酶在果汁生产中的作用”的实验设计方案和实施.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - “果胶酶在果汁生产中的作用”的试验设计和实施Experimental Design and Practice of the Experiment : in the Fruit Juice Production”“ The Application of the Pectinase 陆奇 Lu Qi 江苏省扬州市新华中学 225009 ）摘要“果胶酶在果汁生产中的作用”这一课题要求同学尝试利用酶活力测定的一般原 理和方法探讨酶在食品制造方面的应用,本文供应的案例介绍了如何在一般高级中学试验 室答应的条件下开展此定量试验,仍对课题的试验步骤及设计、试

2、验结果分析等详细问题 进行争论；关键字： 果胶酶 酶的最适用量 最适温度 最适 pH 值 中国图书分类号：G633.91 文献标识码： C 1、简介 在果汁加工中,果胶不仅会影响出汁率,仍会使果汁混浊；果胶酶是分解果胶的一类 酶的总称,它可以使榨取果汁更简单,得到的果汁更澄清；“果胶酶在果汁生产中的作用”是人教版一般高中课程标准试验教科书生物技术实 践 选修一）专题四“酶的争论与应用”中的课题一,课题要求同学能设计试验探究温度和pH 对果胶酶活性的影响以及果胶酶的最适用量,此内容与同学的日常生活联系紧密,并且 又有必修一 “探究影响酶活性的条件”作基础,因此对于同学来说并不困难,适合进行实际

3、动手操作；但是,课题比较偏重试验方案的设计,考虑的变量相对较多,仍涉及到试验变 量的梯度设计,要想获得抱负的结果,必需进行反复多次的试验和摸索；同学在探究过程 中,对教材和参考资料中的试验设计、方案进行了争论和实际操作,提出了不同的问题和 改进措施,笔者选取了一个较合理的案例,小结如下,仅供参考；2、试验材料与试验方法 2.1 试验材料 本试验选用苹果作为试验材料,榨成汁后使用；试验中使用的果胶酶购自上海蓝季生 物技术有限公司,配成质量分数为 2% 溶液后使用；2.2 试验方法 2.2.1 试验总体设计1 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 7 页精选学习资料 -

4、- - - - - - - - 图 1 本试验设计方案2.2.2 制备果汁的方法选取一个中等大小的苹果约 200g 左右）洗净后,不去皮,切成小块,放入榨汁机中,加入约200mL水,榨取2min ,制得苹果泥；量取肯定体积的苹果泥,不同条件下处理后,用滤纸进行过滤即可得到果汁；2.2.3 果胶酶活性的检测指标 果胶酶能将果胶分解成小分子物质,小分子物质可以通过滤纸,苹果汁的体积大小反 应了果胶酶催化分解果胶的才能；通过测定滤出的苹果汁的体积大小作为果胶酶活性的检测指标；2.2.4 确定果胶酶的最适用量取五支试管,编号后各加入10mL苹果泥,依次加入水、0.5mL 、 1mL 、 2mL 、4m

5、L2% 的果胶酶溶液,加水使每支试管反应体系的终体积皆为14mL ,室温下作用足够长时间,过滤 15min ,量取滤出的苹果汁的体积,确定果胶酶的最适用量；2.2.5 确定果胶酶的作用时间取六支试管,编号后各加入 10mL 苹果泥,一支加入 1mL 水作为空白对比,另五支各加入 1mL2% 的果胶酶溶液,加酶的五支试管依次在室温下处理 1min 、5min 、10min 、15min 、20min ；处理完用沸水浴使酶失活,过滤 果胶酶的作用时间；2.2.6 探究不同温度对果胶酶活性的影响15min ,量取滤出的苹果汁的体积,确定设定温度梯度：10、 20、 30、 40、 50 、 60 、

6、 70 ,取 7 支试管,编号后各加入 10mL 苹果泥,另取 7 支试管,编号后各加入 1mL2% 的果胶酶溶液,先将苹果泥和果胶酶溶液分别在 10 、 20 、 30 、 40 、 50 、 60、 70水浴保温 10min ,然后将相同温度处理的苹果泥和果胶酶溶液混匀后在相应的温度下再保温 5min ,处理完用2 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 沸水浴使酶失活,过滤 15min ,量取滤出的苹果汁的体积,确定不同温度对果胶酶活性的影响；如试验室没有恒温水浴锅,可在水浴的大烧杯加入不同比例的冷水和热水,

7、用温度计来掌握水浴温度 不时添加适量热水维护温度）,当室温大于 10 时,可用冰块或冰箱的冷藏室来掌握 10 的水浴温度；2.2.7 探究不同 pH 值对果胶酶活性的影响设定 pH 值梯度： 2、 3、4、5、6、7、 8、9,取 8 支试管,编号后各加入 10mL 苹果泥,另取 8 支试管,编号后各加入 1mL2% 的果胶酶溶液,用 0.1moL/L 的 HCl 溶液和质量分数为 1% 的 NaOH 溶液分别将苹果泥和果胶酶溶液pH 值设置成： 2、3、 4、5、6、7、8、9 等八种 pH 值梯度,用pH 试纸或 pH 计确定 pH 值,然后将相同pH 值的苹果泥和果胶酶溶液混合,得到八种

8、不同pH 值梯度的反应体系,用蒸馏水将八支试管中溶液的体积调成一样 本试验反应溶液总体积为16mL ）,室温下保温5min ,处理完用沸水浴使酶失活,过滤 15min ,量取滤出的苹果汁的体积,确定不同 3、试验结果pH 值对果胶酶活性的影响；3.1 完全处理 10mL 苹果泥大约需要 1mL 的 2% 果胶酶溶液设置 2% 果胶酶溶液体积梯度,分别催化相同体积的苹果泥 得到的苹果汁的体积及澄清度如表所示；表 . 酶量对苹果汁滤出量的影响10mL ）,催化后过滤,试管编号1 2 3 4 5 2%的果胶酶溶液0 0.5m1mL 2mL 4mL L 过滤后苹果汁的体积 5.4 8.5 9.3 9.

9、5 mL 9.5 mL mL mL mL 过滤后苹果汁的澄清度 混浊 澄清 澄清 澄清 澄清由表和图 2A ）可知,用不同量的果胶酶在室温下处理 10mL 苹果泥足够长时间,在 14 支试管中,随着果胶酶量的增加,所得苹果汁的体积随之增加,但当 2% 的果胶酶溶液达到 1mL 后,连续增加酶的量,所得苹果汁的体积几乎不再增加,说明底物已经耗尽,而处理 10mL 苹果泥的果胶酶溶液最适用量应为 1mL 左右；3.2 室温下, 1mL2% 的果胶酶溶液完全处理 10mL 苹果泥只需要 510min 取 1mL2% 的果胶酶溶液催化相同体积的苹果泥 到的苹果汁的体积及澄清度如下表所示；表 . 酶的作

10、用时间对苹果汁滤出量的影响 3 / 7 10mL ）,分别作用不同的时间,得名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 试管编号1 2 3 4 5 6 果胶酶作用时间 0 1mi 5mi 10 15min 20n n min min 过滤后苹果汁的体积 4.5mL 5.9 7.8 8.0 8.0 8.1 mL mL mL mL mL 过滤后苹果汁的澄清度 混浊 澄 澄 澄 澄清 澄清 清 清 清由表和图 2B ）可知,在 14 支试管中,随着果胶酶作用时间的增加,所得苹果汁的体积随之增加,但当酶作用时间增加到10min 后,连

11、续增加酶的作用时间,所得苹果汁的体积几乎不再增加,说明底物已经耗尽,而当酶作用时间为 5min 试管 3）时,苹果汁的体积几乎到达到最大值,所以 1mL2% 的果胶酶溶液完全处理 10mL 苹果泥大致需要510min ；3.3 果胶酶最适作用温度在 30 左右取 1mL2% 的果胶酶溶液催化相同体积的苹果泥 应,得到的苹果汁的体积及澄清度如下表所示；表 温度对酶活性的影响10mL ）,在不同梯度的温度下反试管编号 1 2 3 4 5 6 7 果胶酶的作用温度 1 2 3 40 506 700000过滤后苹果汁的体积 /mL 6. 7. 8. 7.0 5.5 4. 4.8 5 0 8 8 过滤后

12、苹果汁的澄清度 澄 澄 澄 澄 半 混 混 混清 清 清 清 浊 浊 浊由表和图 2C ）可知,在 13 试管中,随着果胶酶作用温度间的上升,苹果汁的体积随之增加,说明在 10 30 温度区间内,酶的活性随着温度的增加而上升,当酶作用温度增加到 30时,苹果汁的体积达到最大值,说明此时果胶酶的活性最强；在 36试管中假如连续上升温度,苹果汁的体积随之削减,说明在30 60温度区间内酶的活性随温度的上升而降低；当温度达到 60,连续上升温度,苹果汁的滤出量不再转变,说明此时酶已经完全失活；3.4 果胶酶作用 pH 值较广泛,最适 pH 值约在 35 之间取 1mL2% 的果胶酶溶液催化相同体积的

13、苹果泥 10mL ）,在不同梯度的 pH 值下反应,得到的苹果汁的体积及澄清度如表所示；表 pH 值对酶活性的影响4 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 试管编号1 2 3 4 5 6 7 8 果胶酶的作用pH 值2 3 4 5 6 7 8 浊9 苹果汁的体积 /mL 10 10.10.10.8 5.8 5.7 5.8 5 5 5 混混苹果汁的澄清度澄澄澄澄半混浊混清清清清浊浊由表和图2D ）可知,在14 试管中,滤出的苹果汁的体积都较大,说明在pH值在 25 时果胶酶都有较大活性,果胶酶相宜的pH 值范畴较广

14、泛；其中24 试管中滤得的苹果汁的体积最大,说明果胶酶的最适pH 值约在 35 之间；在46 试管中,随着pH 值的增加,苹果汁的体积随之削减,说明pH 值在 57 时,酶的活性随着pH 值的增大而上升, pH 值达到 7 时,连续上升 失活；4、争论 4.1 试验设计上的次序问题pH 值,苹果汁的滤出量不再转变,说明此时酶已经在人教版教材和参考书上,次序上都是先探究果胶酶的最适温度和最适 pH 值,再进一步争论果胶酶的最适用量,而本案例次序有所调整,缘由是同学在探究果胶酶的最适温度和最适 pH 值时,考虑到试验中应使用多少酶量,酶作用多长时间等问题,因此同学提出应当先摸索出酶的用量和作用时间

15、,然后探究果胶酶的最适温度和最适 pH 值,故此,本案例设计了图 1 所示的试验设计方案；4.2 中学试验室条件下本试验的实施在正常状况下,本课题的试验操作需要恒温水浴锅、pH 计、分光光度计等仪器,但是假如中学试验室缺乏这些仪器,如何用现有的试验室资源来克服仪器的缺乏也是锤炼学生制造性和动手才能的一个课题,可以使用大烧杯中加入不同比例的冷水和热水,通过温度计来掌握温度,用此装置替代恒温水浴锅；用pH 试纸多次测试的方法替代pH 计,通过这样的锤炼,虽然试验结果可能不会很精确,但却可以提高同学解决问题的才能；4.3 本试验中简单忽视的无关变量及其掌握本试验的试验步骤较多,由多个小试验构成,每个

16、小试验需要考虑的变量都不一样,比较简单忽视的无关变量有如下几个：1）苹果泥的批次及粘稠度；本试验的大部分步骤及试验数据有规律上的关联,因此全部的试验都应当使用同一批次的苹果泥,同时果胶泥是粘稠物,进行每组试验时,都应当充分搅拌,减小试验误差；2）同组对比试验反应体积的一样性；加入不同酶量或调剂 pH 值梯度时都会影响反应体系的体积,而不同体积的5 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 反应体系会影响苹果汁的滤出量,为掌握无关变量,应用蒸馏水将每组对比试验的总体积调至相同； 3）酶的作用时间；留意酶作用完要失活,否

17、就过滤时,苹果泥中酶仍在起作用,不能精确设定酶的作用时间；4）过滤的时间；过滤时间不同也会影响苹果汁的滤出量,同组对比试验中酶作用完后,应保证过滤时间相同；4.4 试验结果分析通过探究果胶酶的最适温度和最适pH 值试验,我们发觉该果胶酶的最适温度和最适pH 值都较广泛,究其缘由,果胶酶不是单一的一种酶,它是分解果胶的一类酶的总称,包括半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶等,因此果胶酶的最适温度和最适 pH 值是多种酶综合的相宜温度和相宜 pH 值；详细地说,温度在 10 40时其活性都较强 表和图 2C ）,在实际生产中,这样的特性可以使果胶酶适应几乎全部的季节；果胶酶的最适 pH 值约在 35 之间,大多数的水果榨汁液都偏酸性,如苹果泥pH 值在 4 左右,恰好在其最适 pH 值范畴内,果胶酶因有这样宽泛的作用条件,用于实际生产时,可以大大节约生产成本；6 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 7 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 7 页