果胶酶在果汁生产中的应用导学案教师用行业资料食品饮料_行业资料-食品饮料.pdf

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1、课题 1 果胶酶在果汁生产中的作用 命题人：霍影 审题人：涂道刚 一学习目标：1果胶酶的作用 2理解、应用影响果胶酶活性的因素 3提高学生的实验能力 二自主预习：1植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分有_和_，并且两者不溶于水，在果汁加工中，既影响出汁率，又使果汁浑浊。2果胶酶的作用是能够将_分解成可溶性的_，瓦解植物的细胞壁及胞间层，并且使果汁变得澄清。3果胶酶是一类酶总称，包括_等。4影响酶活性的因素包括：_、_和_等。实验变量：_、_和_ 三课堂探究：（一）基础知识 问题探究一：1.果汁生产中存在的问题：果肉出汁率低,耗时长；榨取的果汁浑浊，黏度高，易发生沉淀 2.怎么能够提高水果的出汁率

2、并使果汁变得澄清：在生产上，使用果胶酶、纤维素酶等解决。问题探究二：复习有关酶的知识 1.酶的定义：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 2.酶的本质：蛋白质（大多数）或 RNA 基本组成单位：氨基酸或核糖核苷酸 3.酶的功能：在各种化学反应中起催化作用 原因：酶能降低化学反应的活化能，从而使反应能够迅速的进行 4.酶的特性（1）高效性：酶的催化效率是无机催化剂的 107 1013 倍。（2）专一性：一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应。（3）需要适宜的条件：适宜的温度、适宜的 PH值。问题探究三：果胶酶的作用 1.我们学过的哪些生物有细胞壁，其成分是否相同？2.果胶：

3、是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一，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。3.果胶对果汁制作的影响：影响果汁的出汁率，还会使果汁浑浊。4.果胶酶：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。果胶 半乳糖醛酸 5.果胶酶在果汁制作中的作用：分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层；使果胶水解为半乳糖醛酸；果胶酶 提高水果的出汁率，并使果汁变得澄清。问题探究四：酶的活性与影响酶活性的因素 1.酶的活性：指酶催化一定化学反应的能力。2.酶催化能力高低的衡量标准：在一定的条件下，酶所催化的某一化学反应的反应速度。酶反应速度用单位时间内、单位体积中反应物的减少量

4、或产物的增加量来表示。3.影响酶活性的因素：温度 A、温度对酶的影响：在较低温度时，随着温度的升高，酶的活性也逐渐提高，达到最适温度时，酶的催化能力最高，但高于最适温度，酶催化能力迅速下降，最后完全失去催化能力。B、果胶酶的最适温度：果胶酶的最适温度为 4550。C、讨论：高温使酶的活性丧失后，酶的活性可否恢复？为什么？不能恢复，因高温破坏了酶的分子结构，高温对酶造成不可逆的破坏。但低温使酶的活性丧失后，缓慢恢复其温度活性仍可恢复。pH：A、pH 对酶的影响：酶的催化能力的发挥有一个最适 pH，在低于最适 pH 时，随着 pH 的升高，酶的催化能力也相应升高，高于最适 pH 时，随着 pH 的

5、升高，酶的活性逐渐下降，pH 过高或过低会使蛋白质变性，当蛋白质变性后，酶也就完全丧失了活性。B、果胶酶的最适 pH：3.06.0。酶的抑制剂：Fe3、Ca2、Zn2等金属离子对果胶酶有抑制作用。讨论：你知道这些离子为什么能抑制酶的活性？问题探究五：果胶酶的用量 1酶的生产 提取法：采用各种技术，直接从动物或微生物的细胞或组织中将酶提取出来（在原料充分的地区得以应用）。发酵法：通过微生物发酵来获得人们所需的酶（20 世纪 50 年代以来生产酶的主要方法），如用曲霉、青霉等微生物发酵生产果胶酶。化学合成法：成本比较高，只能合成已知结构的酶。2控制酶的用量：为了果胶酶得到充分的利用，节约成本，需要

6、控制好酶的用量。（二）实验设计 问题探究一：探究温度对果胶酶活性的影响 1实验目的：定量测定温度或 pH对果胶酶活性的影响。2实验原理：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。3变量设计与控制：确定的温度梯度为 10 或 5。实验的自变量是 温度，控制自变量的方法是利用 恒温水浴锅 。实验的因变量是 酶的活性 ，检测因变量的方法是测定 果汁的产出量或澄清度 。4.实验操作流程（1）获取苹果泥；素提高学生的实验能力二自主预习植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分有和并且两者不溶于水在果汁加工中既影响出汁率又使果汁浑浊果胶酶的作用是能够将分

7、解成可溶性的瓦解植物的细胞壁及胞间层并且使果汁变得澄清果胶酶问题果肉出汁率低耗时长榨取的果汁浑浊黏度高易发生沉淀怎么能够提高水果的出汁率并使果汁变得澄清在生产上使用果胶酶纤维素酶等解决问题探究二复习有关酶的知识酶的定义是活细胞所产生的具有生物催化作用的一类特殊的降低化学反应的活化能从而使反应能够迅速的进行酶的特性高效性酶的催化效率是无机催化剂的倍专一性一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应需要适宜的条件适宜的温度适宜的值问题探究三果胶酶的作用我们学过的（2）保温苹果泥和果胶酶分别进行（多个温度梯度）；（3）混合后保温；（4）过滤。讨论：为什么在混合苹果泥和果胶酶之前，要将果泥和果胶酶分

8、装在不同试管中恒温处理？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。问题探究二：探究 pH对果胶酶活性的影响 1实验原理：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。2实验操作流程（与探究温度对果胶酶活性的影响类似）讨论：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

9、度和 pH下，果胶酶的活性越大，苹果汁的体积就越大。在探究温度或 pH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？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。问题探究三：探究酶的最适用量 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，在增加酶的用量，果汁的体积不再改变，此值即是酶的最适用量。2实验操作：（1）配制不同浓度的果胶酶溶液和制备水果泥：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

10、等量放入 9 支试管中，并编号 19。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 19。（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；讨论：在最适温度和 pH条件下制作 1升苹果汁，使用多少果胶酶最合适？一般为 50mg/l 左右，因为用此浓度处理果汁 24 小时后果汁率增加 10后不再增加。（三）结果分析与评价 1绘制出温度和 pH对果胶酶活性的影响曲线图。2绘制不同果胶酶用量对出汁量影响的曲线图（在浓度和体积相同的条件下）。出汁

11、量 温度（）出汁量 pH 出汁量 素提高学生的实验能力二自主预习植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分有和并且两者不溶于水在果汁加工中既影响出汁率又使果汁浑浊果胶酶的作用是能够将分解成可溶性的瓦解植物的细胞壁及胞间层并且使果汁变得澄清果胶酶问题果肉出汁率低耗时长榨取的果汁浑浊黏度高易发生沉淀怎么能够提高水果的出汁率并使果汁变得澄清在生产上使用果胶酶纤维素酶等解决问题探究二复习有关酶的知识酶的定义是活细胞所产生的具有生物催化作用的一类特殊的降低化学反应的活化能从而使反应能够迅速的进行酶的特性高效性酶的催化效率是无机催化剂的倍专一性一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应需要适宜的条件适宜的温度

12、适宜的值问题探究三果胶酶的作用我们学过的 易错警示：(1)酶活性不等同于酶促反应速度 同等条件下的酶促反应速度的快慢可以表示酶活性的高低，但酶活性与酶促反应速度仍然是两个完全不同的概念，其影响因素也不完全相同，如酶的浓度、反应物的浓度可以影响反应速度，但不能影响酶的活性。(2)在苹果泥和果胶酶混合之前，一定要保证底物和酶达到所要求的温度或 pH条件，以避免混合后条件的变化，确保实验结果的可靠性。(3)探究酶的最适温度、pH及最适用量时都需设置一系列浓度梯度，且不同的温度梯度之间或不同的 pH梯度之间构成了相互对照，通过相互对照可确定果胶酶的最适温度或最适 pH。(4)探究温度对酶活性的影响时，

13、可以选用 10 作为温度梯度，设置的具体温度为 10、20、30、40、50 和 60 等，也可以根据酶的特点，尝试以 5 作为温度梯度。(5)探究 pH对酶活性的影响时，只需将温度梯度改成 pH梯度，并在该酶的最适温度下进行。反应液中的 pH可以用质量分数为 0.1%的氢氧化钠溶液或盐酸进行调节。(6)探究酶的用量是建立在探究最适温度和 pH对酶活性影响的基础之上的。此时，研究的变量是酶的用量，其他因素都应保持相同。实验时可以配制不同浓度的酶溶液，也可以只配制一种浓度的酶溶液，然后使用不同的体积。需要注意的是，反应液的 pH和温度必须相同，否则将影响实验结果的准确性。(7)如果随酶浓度的增加

14、，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，这个值就是酶的最适用量。四针对训练：1同一个体内的各类活细胞所含的酶（）A种类有差异，数量相同 B种类有差异，数量不同 C种类无差异，数量相同 D种类无差异，数量不同 2果子酒放久了易产生沉淀，只要加入少量蛋白酶就可使沉淀消失，而加入其他酶则无济于事，这说明（）A酶具有专一性 B酶的成分是蛋白质 C酶的活性受环境影响 D该沉淀的是氨基酸 3下列说法不正确的是（）A酸碱度和温度是通过影响酶来影响果汁产量的 B酶的数量越多，果汁产量越多 C酶的催化反应时间能够影

15、响果汁的产量 D苹果泥的数量也能够影响果汁的产量 4.果汁生产中果胶酶能提高果汁出汁率和澄清度。为了节约成本，某工程人员在适宜的温度和 pH 下，利用苹果汁和一定浓度的果胶酶溶液探究果胶酶的最适用量，实验结果如图。对实验失误可能的原因分析及改进方法都合理的是()果胶酶量（mL）素提高学生的实验能力二自主预习植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分有和并且两者不溶于水在果汁加工中既影响出汁率又使果汁浑浊果胶酶的作用是能够将分解成可溶性的瓦解植物的细胞壁及胞间层并且使果汁变得澄清果胶酶问题果肉出汁率低耗时长榨取的果汁浑浊黏度高易发生沉淀怎么能够提高水果的出汁率并使果汁变得澄清在生产上使用果胶酶纤维素酶等

16、解决问题探究二复习有关酶的知识酶的定义是活细胞所产生的具有生物催化作用的一类特殊的降低化学反应的活化能从而使反应能够迅速的进行酶的特性高效性酶的催化效率是无机催化剂的倍专一性一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应需要适宜的条件适宜的温度适宜的值问题探究三果胶酶的作用我们学过的 A酶促反应时间不合理；延长反应时间 B苹果汁的用量不合理；减少用量 C果胶酶用量不合理；减少用量 D果胶酶体积梯度不合理；增大体积梯度 5在一个“淀粉琼脂”培养基的 5 个圆点位置，分别用不同方法处理，将此实验装置放在 37恒温箱中，保温处理 24h 后，将碘液滴在培养基的 5 个圆点上，其实验结果记录于下表：淀

17、粉圆点 实验处理方法 碘液处理后的颜色反应 新鲜唾液与盐酸混合 蓝黑色 经过煮沸的新鲜唾液 蓝黑色 接种面包霉 棕黄色 只有新鲜的唾液？只有一定浓度的蔗糖溶液？请指出和所发生的颜色反应，以及接种的面包霉的分泌物分别是（）A棕黄色、棕黄色、淀粉酶 B.蓝黑色、棕黄色、麦芽糖酶 C棕黄色、蓝黑色、淀粉酶 D.棕黄色、蓝黑色、麦芽糖酶 6下列关于果胶酶作用的叙述错误的是（）A果胶酶是催化剂可改变反应速度 B果胶酶能分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层 C在果汁中加入果胶酶后可使果汁变得澄清 D果胶酶能将乳糖醛酸分解成半乳糖醛酸 7下列与酶的活性有关的说法不准确的是（）A酶的活性是由蛋白质结构决定的，不

18、受外界条件的影响 B酶的活性是酶催化一定化学反应的能力 C.酶的活性常受温度 PH等因素的影响 D.酶活性高低与反应物浓度无关 8下图纵轴为酶促反应速度，横轴为底物浓度，其中能正确表示酶量增加 1 倍时，底物浓度和反应速度关系的是()A B C D 9下列关于果胶酶的叙述中，错误的是()A组成植物细胞壁的主要成分是果胶和纤维素，果胶主要分布在细胞的初生壁和胞间层 B果胶有多种，果胶酶也有多种，如多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶等 素提高学生的实验能力二自主预习植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分有和并且两者不溶于水在果汁加工中既影响出汁率又使果汁浑浊果胶酶的作用是能够将分解成可溶性的瓦解植物的细胞壁

19、及胞间层并且使果汁变得澄清果胶酶问题果肉出汁率低耗时长榨取的果汁浑浊黏度高易发生沉淀怎么能够提高水果的出汁率并使果汁变得澄清在生产上使用果胶酶纤维素酶等解决问题探究二复习有关酶的知识酶的定义是活细胞所产生的具有生物催化作用的一类特殊的降低化学反应的活化能从而使反应能够迅速的进行酶的特性高效性酶的催化效率是无机催化剂的倍专一性一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应需要适宜的条件适宜的温度适宜的值问题探究三果胶酶的作用我们学过的C果胶酶在食品工业中有广泛的用途，在其他方面则无用处，体现了酶的专一性 D果胶酶、纤维素酶配合使用，可分解植物细胞壁，促使淀粉、脂质、维生素和蛋白质的释放，以提高饲

20、料的营养价值 10探究果胶酶用量的实验中，不正确的是（）A实验时可配制不同浓度梯度的果胶酶溶液 B底物浓度一定时，酶用量越大滤出果汁越多 C本实验应控制在适宜温度和 pH 条件下 D反应液的 pH 必须相同 11从土壤的嗜碱性短小芽孢杆菌中首先分离选育出一株产低温型碱性蛋白酶的高产菌株该菌株具有嗜碱性强、不易染菌、生产性状稳定等特点该菌产碱性蛋白酶能力强，每毫升发酵活力达 9 000 单位(28测定)、5 000 单位(20测定)和 18 000 单位(40测定)，在全国五种碱性蛋白酶的性能比较中，该蛋白酶在 28下所占有酶活力比例高于国内同类产品，表明具有低温型酶的特性该产品用于加酶洗衣粉，

21、可提高去污力 12 倍，特别在常温下对血渍、奶渍等蛋白质污垢有专一性的去污效果根据以上材料回答以下问题：（1）从土壤中分离嗜碱性短小芽孢杆菌应用 （功能）培养基，从物理形态上应选用 培养基。（2）为什么该菌株产的碱性蛋白酶在不同温度下发酵活力不同?（3）从细胞结构上看此菌株为 生物，如果此高产菌株为某种变异类型，则可能引起变异的来源为 ，该菌株在生态系统成分中属 。12 实验研究 pH 对酶活性的影响，准备 5 支含有等量胃蛋白酶溶液但 pH 各不相同的试管，每支试管加 1 块 1 cm3的正方体凝固蛋白块，试管均置于 25 室温条件下，将各试管蛋白块消失的时间记录于下表：酶溶液的 pH 蛋白

22、块消失的时间（min）1 2 3 4 5 13 9 11 45 60（1）酶活性最强时的 pH 是_。（2）蛋白块消失的时间与酶活性强弱的关系是_。（3）请以 2 种方法改进实验，使实验在更短的时间内完成。_。（4）在人体消化道中，能分泌本实验中酶的部位是_。（5）为确认蛋白块的消失是由于酶的作用，还应对实验进行什么设计。_。13.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，在 10 水浴中恒温处理 10 分钟（如图 A）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 分钟（

23、如图 B）。将步骤处理后的混合物过滤，收集滤液，测量果汁量（如图 C）。素提高学生的实验能力二自主预习植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分有和并且两者不溶于水在果汁加工中既影响出汁率又使果汁浑浊果胶酶的作用是能够将分解成可溶性的瓦解植物的细胞壁及胞间层并且使果汁变得澄清果胶酶问题果肉出汁率低耗时长榨取的果汁浑浊黏度高易发生沉淀怎么能够提高水果的出汁率并使果汁变得澄清在生产上使用果胶酶纤维素酶等解决问题探究二复习有关酶的知识酶的定义是活细胞所产生的具有生物催化作用的一类特殊的降低化学反应的活化能从而使反应能够迅速的进行酶的特性高效性酶的催化效率是无机催化剂的倍专一性一种酶只能催化一种化合物或一类化

24、合物的化学反应需要适宜的条件适宜的温度适宜的值问题探究三果胶酶的作用我们学过的 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：温度/10 20 30 40 50 60 70 80 出汁量/mL 8 13 15 25 15 12 11 10 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果胶的水解，产物是_。（2）实验结果表明，当温度为_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滤出的苹果汁的体积大小来判断果胶酶活性的高低？_。（4）果胶酶作用于一定量的某种物质（底物），保持温度、pH 在最适值，生成物量与反应时

25、间的关系如下图所示。在 35 分钟后曲线变成水平是因为_。若增加果胶酶浓度，其他条件不变，请在原图上画出生成物量变化的示意曲线。课题 1 果胶酶在果汁生产中的作用 答案解析 命题人：霍影 审题人：涂道刚 一选择题：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 B A B C C D A A C B 二非选择题：11.选择 固体 酶作为生物催化剂，其活动受温度影响，在最适温度下酶的活力最高 原核 基因突变 分解者 12.解析 在其他条件相同情况下，利用酶的特性知识和有关生物学知识，设计一定的浓度梯度进行对照，观察酶分解蛋白块的时间，判断蛋白酶的适宜 pH 值。既考查了基本知识，又能提高实验探究的能力

26、 答案 （1）2（2）酶活性越大，蛋白质分解越快，蛋白块消失的时间越短（3）方法：将题给温度由 25提高至大约 37。方法：将原题中正方素提高学生的实验能力二自主预习植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分有和并且两者不溶于水在果汁加工中既影响出汁率又使果汁浑浊果胶酶的作用是能够将分解成可溶性的瓦解植物的细胞壁及胞间层并且使果汁变得澄清果胶酶问题果肉出汁率低耗时长榨取的果汁浑浊黏度高易发生沉淀怎么能够提高水果的出汁率并使果汁变得澄清在生产上使用果胶酶纤维素酶等解决问题探究二复习有关酶的知识酶的定义是活细胞所产生的具有生物催化作用的一类特殊的降低化学反应的活化能从而使反应能够迅速的进行酶的特性高效性酶

27、的催化效率是无机催化剂的倍专一性一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应需要适宜的条件适宜的温度适宜的值问题探究三果胶酶的作用我们学过的体蛋白块处理得更小（如切成 0.50.50.5=0.125 cm3)，这相当于消化道内进行的物理性消化（4）胃（答小肠不给分，因 pH 与题意不符）（5）另增加一个试管，放入等量的蛋白块并将 pH 调得适当，但不加酶溶液 13.答案：（1）半乳糖醛酸 （2）40 最大 （3）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 （4）底物消耗完毕 如下图 素提高学生的实验能力二自主预习植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分有和并且两者不溶于水在果汁加工中既影响出汁率又使果汁浑浊果胶酶的作用是能够将分解成可溶性的瓦解植物的细胞壁及胞间层并且使果汁变得澄清果胶酶问题果肉出汁率低耗时长榨取的果汁浑浊黏度高易发生沉淀怎么能够提高水果的出汁率并使果汁变得澄清在生产上使用果胶酶纤维素酶等解决问题探究二复习有关酶的知识酶的定义是活细胞所产生的具有生物催化作用的一类特殊的降低化学反应的活化能从而使反应能够迅速的进行酶的特性高效性酶的催化效率是无机催化剂的倍专一性一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应需要适宜的条件适宜的温度适宜的值问题探究三果胶酶的作用我们学过的