2017-2018年高中生物 第1部分 微生物的利用 實驗4 果汁中的果膠和果膠酶學(xué)案 浙科版選修1

實驗4 果汁中的果膠和果膠酶 課　標(biāo)　解　讀 重　點　難　點 1.探究制作果汁的最佳條件。 2.檢測果膠酶的活性，觀察果膠酶對果汁形成的作用。 1.設(shè)計實驗探究溫度或pH對果膠酶活性的影響。 2.設(shè)計實驗探究果膠酶的最適用量。 一、果膠 1．果膠是植物細(xì)胞壁的主要成分。 2．果膠的組成：它由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯組成。 3．在山楂的果實中果膠含量最多。 4．果膠的作用：能將植物細(xì)胞粘合在一起，去掉果膠，就會使植物組織變得松散。由于果膠的作用，煮沸的山楂泥可以制成山楂糕。 5．果膠的特性：不溶于乙醇，這是鑒別果膠的一種簡易方法。 二、果膠酶 1．果膠酶的化學(xué)本質(zhì)是：蛋白質(zhì)。 2．作用：果膠酶和果膠甲酯酶可水解果膠。 3．可用于生產(chǎn)果膠酶的微生物有：黑曲霉、蘋果青霉等。 在不殺死細(xì)胞的情況下，如何使植物細(xì)胞分離和去除細(xì)胞壁？ 【提示】　植物細(xì)胞壁的主要成分是纖維素和果膠，胞間層的主要成分也是果膠，因此，可用果膠酶使細(xì)胞分離，用纖維素酶和果膠酶去除細(xì)胞壁。 三、檢測果膠酶活性的實驗 1．實驗設(shè)備 勻漿機、小刀、100 mL的燒杯、沸水浴或酒精燈、試管、移液管、量筒。 2．實驗材料 山楂或蘋果，每組10 g。黑曲霉提取液或果膠酶溶液、95%的乙醇。 3．實驗?zāi)康? (1)探究利用蘋果或山楂勻漿制作果汁的最佳條件，也是檢測果膠酶的活性。 (2)了解果膠酶對果汁形成的作用和收集果膠酶的應(yīng)用材料。 4．實驗步驟 (1)用小刀除去蘋果或山楂果實中帶種子的部分，切成塊后，放入勻漿機中，再加入少量水制成勻漿。 (2)取兩個100 mL的燒杯，編號為A、B，各加入5 g勻漿液，再向A號燒杯中加入10 mL黑曲霉提取液或果膠酶溶液，B號燒杯中加入10 mL水，間歇攪拌20～30 min。 (3)取4支試管，編號1～4，將A燒杯中的混合物放入1號和2號試管中，每管放入4 mL，將B燒杯中的混合物放入3號和4號試管中，每管放入4 mL，將1、3號試管放在沸水浴中或酒精燈上加熱，觀察。2,4號試管不加熱。 (4)向上述4支試管中各加入95%的乙醇4 mL，觀察。 5．實驗結(jié)果 燒杯號 試管號 處理 加酒精前現(xiàn)象 加酒精后現(xiàn)象 A 1 加熱 果汁混濁 有沉淀 2 不加熱 果汁澄清 無沉淀 B 3 加熱 果汁渾濁 有沉淀 4 不加熱 果汁渾濁 有沉淀 6.實驗結(jié)論 果膠酶能水解果膠，提高果汁的澄清度，高溫能破壞果膠酶的活性，不利于制作果汁。 上面的四支試管哪一個是實驗組？哪些試管之間存在對照？ 【提示】　2號試管為實驗組。2和1,2和 4之間存在對照。 果膠與果膠酶 1.果膠 果膠是植物細(xì)胞壁以及胞間層的主要組成物質(zhì)之一，由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯組成。 新鮮水果、植物的根、葉和莖中果膠特別豐富。果膠不溶于乙醇——這是鑒別果膠的一種簡易方法，果膠本身不溶于水，但由于含有親水基團，果膠與水有強大結(jié)合力，是有力的凝膠化劑，在食品、制藥和化妝品工業(yè)中有廣泛用途。 2．果膠酶 (1)果膠酶及其來源 果膠酶是指水解果膠的多種酶的總稱，此外水解果膠還需果膠甲酯酶。植物、霉菌、酵母菌和細(xì)菌均能產(chǎn)生果膠酶——由霉菌發(fā)酵生產(chǎn)的果膠酶是食品加工業(yè)中使用量最大的酶制劑之一，被廣泛地應(yīng)用于果汁加工業(yè)。 (2)果膠酶的作用 果膠酶能夠分解果膠，瓦解植物的細(xì)胞壁及胞間層，使榨取果汁變得更容易，而果膠分解成可溶性的半乳糖醛酸也使得渾濁的果汁變得澄清。 (3)果膠酶在果汁生產(chǎn)上的應(yīng)用 ①水果中的果膠經(jīng)果膠酶水解后，可降低果汁的黏度，有助于壓榨并提高出汁率。 ②在進行果汁沉降和離心時，能破壞果汁中懸浮物的穩(wěn)定性，使其凝聚沉淀，果汁得到澄清。 ③經(jīng)果膠酶處理的果汁比較穩(wěn)定，不再發(fā)生渾濁，在制備濃縮果汁時，果膠酶的作用顯得尤為重要。 ④在葡萄酒釀造中加入果膠酶能起到澄清作用，還可促使葡萄汁中的酒石酸發(fā)生沉淀。 ⑤果膠酶可用于橘子脫囊衣，制造果粉和低糖果凍。 果膠酶并非特指某一種酶，而是分解果膠的一類酶的總稱。包括半乳糖醛酸酶、果膠分解酶及果膠酯酶等。 　下列與果膠酶相關(guān)的敘述不正確的是(　　) A．果膠酶不僅存在于植物細(xì)胞中，也存在于許多微生物細(xì)胞中 B．果膠酶能夠分解果膠，瓦解植物的細(xì)胞壁及胞間層 C．在果汁中加入果膠酶后可使果汁變得澄清 D．果膠酶由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯組成 【思路點撥】　果膠酶的化學(xué)本質(zhì)為蛋白質(zhì)，果膠是由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯組成的；果膠酶廣泛存在于植物細(xì)胞及霉菌、酵母菌和細(xì)菌等微生物細(xì)胞中。果膠酶能夠分解果膠、瓦解植物細(xì)胞壁及胞間層。在果汁中加入果膠酶，可使果膠水解為可溶性半乳糖醛酸，從而使果汁變得澄清。 【答案】　D 1．下列與果膠及果膠酶相關(guān)的敘述不正確的是(　　) A．果膠和纖維素是植物細(xì)胞壁的主要成分，故用纖維素酶和果膠酶可將植物細(xì)胞壁水解 B．煮沸的山楂泥可制成山楂糕，就是由于果膠的作用 C．果膠酶不溶于乙醇，這是鑒別果膠酶的一種簡易方法 D．許多微生物也可用于生產(chǎn)果膠酶 【解析】　果膠酶屬蛋白質(zhì)，在乙醇中有較高的溶解度，果膠不溶于乙醇，這是鑒別果膠的一種簡易方法。 【答案】　C 果膠酶活性制約因素的相關(guān)實驗 1.探究溫度對果膠酶活性的影響 (1)實驗原理 果膠酶活性受溫度影響。處于最適溫度時，活性最高。果肉的出汁率、果汁的澄清度與果膠酶的活性大小成正比。 (2)操作步驟 實驗溫度 30 ℃ 35 ℃ 40 ℃ 45 ℃ 50 ℃ 55 ℃ 60 ℃ 65 ℃ 70 ℃ 果汁量(mL) (3)注意事項 ①在混合蘋果泥和果膠酶之前進行恒溫處理的目的是保證底物和酶在混合時的溫度是相同的，避免混合后的溫度變化，確保實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。 ②通過測定濾出的蘋果汁的體積大小來判斷果膠酶的活性的原理是：果膠酶將果膠分解為小分子物質(zhì)，可通過濾紙，因此蘋果汁的體積大小反映了果膠酶催化分解果膠能力的大小。 ③本實驗的實驗對象是酶的活性，溫度作為自變量，屬于探究性的定量實驗。自變量溫度可設(shè)置梯度來確定最適值。溫度梯度越小，實驗結(jié)果越精確。 ①本實驗仍是對照實驗(相互對照)，每支試管中蘋果泥和果膠酶的用量要嚴(yán)格控制相等。 ②嚴(yán)格控制各實驗組的pH、操作的程序等。 2．探究pH對果膠酶活性的影響 (1)實驗原理 果膠酶的活性受環(huán)境pH的影響。在一定pH下，酶反應(yīng)具有最大速度，高于或低于此值，反應(yīng)速度下降，稱此pH為酶活性的最適pH。 (2)實驗流程及注意問題 ①用攪拌器攪拌制蘋果泥，蘋果泥來源要相同(最好是同一種蘋果)。 ②將分別裝有蘋果泥和果膠酶的試管在恒溫水浴中保溫。 ③將蘋果泥和果膠酶分別加入9組實驗用的試管中(pH梯度可設(shè)置為5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0)，并快速混合調(diào)節(jié)pH。 ④混合后放進恒溫水浴中反應(yīng)一段時間。 ⑤將試管中混合物過濾，并用量筒量取果汁體積，比較果汁多少，確定最適pH。 ⑥記錄實驗結(jié)果。 pH 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 果汁量 (mL) 　某實驗小組為探究果膠酶的最適溫度，設(shè)計了以下實驗： ①用攪拌器攪拌制取一定量果泥備用， ②配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的果膠酶溶液備用， ③按以下操作步驟進行： 試管號 操作 1 2 3 4 5 6 加入果泥(mL) 8 A B C D E 水浴恒溫(℃) 10 20 30 40 50 60 加入果膠酶(mL) 2 F G H I J 反應(yīng)時間 min 30 30 30 30 30 30 比較果汁澄清度 過濾比較出汁量 (1)該實驗的自變量是________，因變量是____________。 (2)請?zhí)顚懕砀裰凶帜杆淼臄?shù)值，并解釋原因。 ______________________________________________________________ ____________________________________________________________。 (3)為使效果更明顯，本實驗還要考慮其他因素對酶的影響，請列舉三點：____________________、____________________、____________________。 (4)本實驗檢測因變量的方法有兩種，分別是____________、________。 【思路點撥】　(1)本實驗的6支試管水浴溫度設(shè)置不同，因此實驗的自變量是溫度，因變量是酶的活性，通過果汁的澄清度和出汁量來檢測。 (2)實驗研究的自變量是溫度，因此果泥的量和果膠酶的量為無關(guān)變量，無關(guān)變量要相同。 (3)影響各試管反應(yīng)的因素還有pH、水果的粉碎程度、果泥與果膠酶的混合程度、反應(yīng)時間等。 (4)果膠酶的活性高，果膠分解徹底，果汁的澄清度高，果汁出汁量大；果膠酶的活性低，果膠分解不徹底，果汁的澄清度低，果汁出汁量小。 【答案】　(1)溫度　果膠酶的活性 (2)A、B、C、D、E均為8，F(xiàn)、G、H、I、J均為2。這樣可保證除自變量不同以外，其他無關(guān)變量都相同 (3)本實驗應(yīng)將反應(yīng)混合物調(diào)到果膠酶的最適pH　為了使果膠酶與果泥能充分接觸，應(yīng)盡量將果泥與酶液混勻　在反應(yīng)中適當(dāng)攪拌(其余合理也給分) (4)測果汁澄清度　比較出汁量 2．工業(yè)生產(chǎn)果汁時，常常利用果膠酶破除果肉細(xì)胞壁以提高出汁率，為研究溫度對果膠酶活性的影響某同學(xué)設(shè)計了如下實驗： ①將果膠酶與蘋果泥分裝于不同試管，在10 ℃水浴中恒溫處理10分鐘(如圖A)。 ②將果膠酶與蘋果泥混合，再次在10 ℃水浴中恒溫處理10分鐘(如圖B)。 ③將步驟②處理后的混合物過濾，收集濾液，測量果汁(如圖C)。 ④在不同溫度條件下重復(fù)以上實驗步驟，并記錄果汁量如下： 溫度/℃ 10 20 30 40 50 60 70 80 果汁量/mL 8 13 15 25 15 12 11 10 根據(jù)上述實驗，請分析回答下列問題： (1)果膠酶能破除細(xì)胞壁，是因為果膠酶可以促進細(xì)胞壁中________的水解。 (2)實驗結(jié)果表明，當(dāng)溫度為________時果汁量最多，此時果膠酶的活性________。當(dāng)溫度再升高時，果汁量降低，說明________________________。 (3)實驗步驟①的目的是________________。 (4)為什么該實驗?zāi)軌蛲ㄟ^測定濾出的蘋果汁的體積大小來判斷果膠酶活性的高低？ ______________________________________________________________ ____________________________________________________________。 【答案】　(1)果膠　(2)40 ℃　最高　酶活性降低　(3)使酶和蘋果泥處于同一溫度條件下　(4)果膠酶將果膠分解為小分子物質(zhì)，小分子物質(zhì)可以通過濾紙，因此蘋果汁的體積大小反映了果膠酶催化分解果膠的能力 1．果膠是植物組織的組成成分之一，它主要存在于植物組織的哪一部分？(　　) A．細(xì)胞核 B．細(xì)胞質(zhì) C．細(xì)胞間隙 D．細(xì)胞壁及胞間層 【解析】　果膠是植物細(xì)胞壁及胞間層的主要成分。 【答案】　D 2．探究溫度對果膠酶活性的影響、pH對果膠酶活性的影響、果膠酶的用量三個實驗中，自變量依次為(　　) A．溫度、酶活性、酶用量 B．蘋果泥用量、pH、果汁量 C．反應(yīng)時間、酶活性、酶用量 D．溫度、pH、果膠酶用量 【解析】　首先要明確自變量、反應(yīng)變量等基本概念，在此基礎(chǔ)上，針對三個探究實驗進行分析。 【答案】　D 3．在用果膠酶處理果泥時，為了使果膠酶能夠充分地催化反應(yīng)，應(yīng)采取的措施是(　　) A．加大蘋果泥用量 B．加大果膠酶用量 C．進一步提高溫度 D．用玻璃棒不時地攪拌反應(yīng)混合物 【解析】　用果膠酶處理果泥，可用玻璃棒不時地攪拌反應(yīng)混合物以加大酶與底物的接觸面積，使果膠酶能夠更充分地催化反應(yīng)。 【答案】　D 4．下列關(guān)于果膠酶的敘述，正確的是(　　) ①具有分泌功能的細(xì)胞產(chǎn)生的　②凡是活細(xì)胞都能產(chǎn)生果膠酶?、酃z酶能將果膠分解成半乳糖醛酸?、苤参?、霉菌、酵母菌和細(xì)菌均能產(chǎn)生果膠酶 ⑤果膠酶特指分解果膠的一種酶　⑥纖維素酶和果膠酶可用于去除植物細(xì)胞壁?、呓M成果膠酶的基本單位是氨基酸或核苷酸 A．①②⑤　B．②③⑦　C．③④⑥　D．③④⑤ 【解析】　酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有催化能力的有機物；酶具有專一性和高效性；絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)；果膠酶是一類酶的統(tǒng)稱。 【答案】　C 5．現(xiàn)有磨漿機、燒杯、滴管、量筒、玻璃棒、漏斗、紗布、蘋果、試管、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的果膠酶溶液、蒸餾水、一定濃度的鹽酸和氫氧化鈉溶液，下表是某小組利用上述材料進行的有關(guān)實驗：(“/”表示不加) 操作順序 項目 燒杯 甲 乙 丙 丁 1 在燒杯中加入蘋果泥 20 mL 20 mL 20 mL 20 mL 2 加入不同的液體 2 mL蒸餾水 4 mL蒸餾水 2 mL鹽酸 2 mL氫氧化鈉 3 ① 2 mL / 2 mL 2 mL 4 水浴恒溫，玻璃棒攪拌 15分鐘 15分鐘 15分鐘 15分鐘 請回答下列問題： (1)磨漿機的作用是__________________。 (2)若要驗證果膠酶的作用，應(yīng)把________兩個燒杯同時取出并______________，觀察并比較________________。預(yù)期的實驗現(xiàn)象與結(jié)果是：______________________________________________________________ ____________________________________________________________。 (3)比較燒杯甲、丙、丁可知：________能影響酶的活性。 (4)表中①處的內(nèi)容是_____________________________________。 (5)請你設(shè)計一張表格，用來記錄利用上述材料“探究果膠酶最適用量”的實驗結(jié)果。 【解析】　通過表格可看出實驗研究的是果膠酶的作用和pH(酸堿度)對果膠酶活性的影響。果膠酶的活性可通過果汁的澄清度和出汁量來檢測。探究果膠酶最適用量的實驗，自變量是果膠酶的量，應(yīng)設(shè)置一系列試管，加不相同量的果泥，分別加入不同量的果膠酶，過濾果汁相同的時間，比較果汁的澄清度和出汁量。 【答案】　(1)制取蘋果泥　(2)甲與乙　過濾　相同時間果汁的體積與澄清度　甲果汁的體積多于乙且比乙澄清　(3)pH值(酸堿度)　(4)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的果膠酶溶液 (5)如下表： 組號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 … 加入蘋果泥的量(mL) 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的果膠酶溶液量(mL) 所得果汁的體積(mL) 組號、加入蘋果泥的量(mL)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的果膠酶溶液量(mL)、所得果汁的體積(mL)四欄目必須有。(單位可以不用mL，如用滴等，組數(shù)也不定。) 8