学年高中生物第二部分酶的应用实验4果汁中的果胶和果胶酶学案浙科版选修1.docx
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学年高中生物第二部分酶的应用实验4果汁中的果胶和果胶酶学案浙科版选修1
实验4 果汁中的果胶和果胶酶
[学考报告]
知识内容
考试属性
考情解读
果汁中的果胶和果胶酶
加试
1.得出制作果汁的最佳条件。
2.检测果胶酶的活性，观察果胶酶对果汁形成的作用。
3.说明果胶的化学性质及果胶酶的作用原理。
4.搜集果胶酶在其他方面应用的资料
一、果胶
组成：
由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成的高分子化合物，不溶于水。
含量：
在山楂（山里红）的果实中果胶含量最多。
作用
（1）构成植物细胞壁的主要成分。
（2）可结合大量的水分，降低植物组织的分散性，因此起着将植物细胞粘合在一起的作用，是很好的凝固剂，用煮沸的山楂泥可制成山楂糕，就是利用果胶的作用。
特性：
果胶不溶于乙醇，这是鉴别果胶的一种简易方法。
二、果胶酶
化学本质
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、果胶酯酶等，它的化学本质是蛋白质。
作用
果胶酶和果胶甲酯酶可水解果胶，瓦解植物细胞的细胞壁及胞间层，使榨取果汁更容易，而果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸，也使得浑浊的果汁变得澄清。
三、检测果胶酶活性的实验
实验材料
山楂或苹果，每组10g；黑曲霉提取液或果胶酶溶液、95%的乙醇。
实验流程
（1）利用果胶酶制作果汁的实验步骤
第1步：
制备水果匀浆。
用小刀除去苹果或山楂果实中带种子的部分，切成块后，放入匀浆机中，再加入少量水制成匀浆。
第2步：
编号。
取两个100mL的烧杯，编号为A、B。
在A、B烧杯中各加入5g匀浆液。
第3步：
设置对照实验。
向A烧杯中加入10mL黑曲霉的提取液或果胶酶溶液；向B烧杯中加入10mL水，间歇搅拌20～30min。
第4步：
观察实验现象。
比较2组果汁的澄清度高低：
A烧杯澄清度高，B烧杯澄清度低。
第5步：
得出实验结论。
果胶酶能水解果胶，提高果汁的澄清度。
（2）探究利用果胶酶制作果汁的最佳条件实验步骤
第1、2步同上
（1）中的第1、2步。
第3步：
取4支试管，编号1～4。
将A烧杯中的混合物放入1号和2号试管中，每管放入4mL；将B烧杯中的混合物放入3号和4号试管中，每管放入4mL。
具体处理如下表：
组别
项目
A组
B组
1号
2号
3号
4号
所加
的量
4mL
4mL
4mL
4mL
所含的
物质
黑曲霉的提取液或果胶酶溶液
黑曲霉的提取液或果胶酶溶液
水
水
所做的
处理
放在沸水浴或酒精灯上加热
不加热
放在沸水浴或酒精灯上加热
不加热
检测
试剂
95%的
乙醇
95%的
乙醇
95%的
乙醇
95%的
乙醇
实验
现象
（沉淀的
情况）
较少
最少
最多
较多
实验
结论
高温破坏果胶酶的活性，不利于制作果汁
1．果胶酶在制作果汁中起什么作用？
提示：
果胶是细胞间的粘连成分，也是果汁中的成分，加入果胶酶可将细胞离析，增加固形物的分散度。
此外，还降低了水果匀浆悬液的黏度，有利于过滤掉不溶物，并使果胶分解成半乳糖醛酸。
2．果胶酶还可能有什么作用？
提示：
果胶酶除用于果汁外，还用于果酒澄清，同时也作为洗衣粉的添加剂。
加果胶酶的洗衣粉可除去衣服上的果汁、果酱等污垢。
3．果胶酶水解果胶的最终产物是什么？
要使果汁澄清，应该使用果胶酶和果胶甲酯酶中的哪一种？
还是同时使用两种酶？
为什么？
提示：
果胶酶水解果胶的最终产物是半乳糖醛酸。
要使果汁澄清，应同时使用果胶酶和果胶甲酯酶。
只有同时用两种酶才能将果胶完全水解成半乳糖醛酸，否则不能减少组织的分散性，会降低果汁营养成分，也影响果汁的澄清度。
果胶酶的作用特点及影响因素
果胶酶的本质及特点
（1）本质是蛋白质，能被蛋白酶水解掉。
（2）特点：
具有酶的通性：
只改变反应速度，不改变反应的平衡点。
影响果胶酶活性的因素
果胶酶的化学本质为蛋白质，温度、pH和酶的抑制剂等条件均会影响其活性，过酸、过碱、高温等条件都会使其发生不可逆失活，因此果胶酶也是酶家族中的“娇小姐”。
果汁生产中，果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶的活性大小和用量成正比。
下面是不同因素对苹果汁的滤出量的影响：
“果胶”“果胶酶”和“果汁澄清度”的区别及联系
“果胶”“果胶酶”和“果汁澄清度”，是三个彼此存在密切关联，但又截然不同的三个概念。
我们学习时，应该从三者的因果关系上进行区分、把握（具体见下图）。
1．下列关于果胶的叙述，正确的是（ ）
A．果胶是细胞壁组成成分中含量最多的物质
B．煮沸的山楂泥可制成山楂糕，是由于果胶酶的作用
C．果胶只能被果胶酶水解
D．植物细胞中若去掉果胶，就会使植物组织变得松散
解析：
选D。
纤维素和果胶是细胞壁的主要成分，其中纤维素含量最多；由于果胶的作用，煮沸的山楂泥可制成山楂糕；果胶可被果胶酶和果胶甲酯酶水解；果胶是细胞间的粘连成分，植物细胞中若去掉果胶，就会使植物组织变得松散，这也正是果胶影响果汁澄清度的原因。
2．蒸熟的苹果具有很好的止泻作用，这是因为苹果中果胶的“立场”不太坚定，未经加热的生果胶可软化大便，与膳食纤维共同起着通便的作用，而煮过的果胶则摇身一变，不仅具有吸收细菌和毒素的作用，而且还有收敛、止泻的功效。
下列有关果胶的叙述，不正确的是（ ）
A．果胶是植物细胞壁的主要成分之一
B．酵母菌可产生果胶酶，是因为酵母菌的细胞壁中也含有果胶
C．果胶酶能够分解果胶
D．果胶影响出汁率
解析：
选B。
果胶是植物细胞壁的组成成分。
细菌、真菌等虽然有细胞壁，但其细胞壁中不含果胶成分。
检测果胶酶活性的实验
实验原理
（1）果胶酶受温度的影响，处于最适温度，活性最高。
（2）果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正比。
实验流程
（1）在混合苹果泥和果胶酶之前，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。
（2）在探究温度或pH的影响时，不同的温度梯度之间或不同的pH梯度之间可以作为相互对照。
（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应了果胶酶催化分解果胶的能力。
在不同的温度和pH下，果胶酶的活性越大，苹果汁的体积就越大。
（4）当探究温度对果胶酶活性的影响时，温度是变量，应控制果泥量、果胶酶的浓度和用量、水浴时间和混合物的pH等条件不变。
只有这样才能保证只有温度一个变量对果胶酶的活性产生影响。
注意事项
（1）探究果胶酶的用量是建立在探究最适温度对果胶酶活性影响的基础之上的。
此时，研究的变量是果胶酶的用量，其他因素都应保持不变。
（2）实验时可以配制不同浓度的果胶酶溶液，也可以只配制一种浓度的果胶酶溶液，然后使用不同的体积即可。
需要注意的是，反应液的pH必须相同，否则将影响实验结果的准确性。
（3）果胶酶的最适温度为45～50℃。
果胶酶的适宜pH范围为3.0～6.0。
Fe3＋、Ca2＋、Zn2＋等金属离子对果胶酶有抑制作用。
（4）制作果汁的最佳条件
品质最好的果汁应该是：
①尽量保留水果中的营养成分。
②具有水果的原始口味。
③有更多的固形物。
④分散程度好，不沉淀，不上浮。
⑤有原始的水果色彩。
⑥除去所有的机械组织，更易消化。
因此，能使更多的水果成分溶解或分散在果汁中的条件就是最佳条件，达到这些条件的方法要温和，且对人体无害。
（5）果胶水解酶的种类：
除了果胶酶，果胶甲酯酶也能水解果胶。
因此，要使果汁澄清，应同时使用果胶酶和果胶甲酯酶。
只有这两种酶共同使用，才能使果胶完全降解。
（6）榨出的果汁量与果胶酶用量的关系（或反应速率与酶用量的关系）
研究果胶酶的用量时，将上述研究温度影响实验的变量改为酶的用量的不同，使温度和pH都控制在最适宜的条件下，反应控制在一定时间内，果泥用量一致。
1．下表是某同学探究温度对果胶酶活性的实验结果。
该结果不能说明（ ）
温度（℃）
10
20
30
40
50
60
果汁量（mL）
2
3
4
5
6
5
A.温度影响果胶酶的活性
B．40℃与60℃时酶的活性相等
C．50℃是该酶的最适温度
D．若温度从10℃升高到40℃，酶的活性将逐渐增强
解析：
选C。
温度影响酶的活性，果胶酶的最适温度在40～60℃之间，上表不能说明50℃就是最适温度。
在低于最适温度时，随温度的升高，酶的活性增强；高于最适温度时，随温度的升高，酶的活性降低。
温度对酶活性的影响曲线图是钟罩形的，故40℃与60℃时酶的催化效率相同。
2．在原材料有限的情况下，能正确表示相同时间内果胶酶的用量对果汁产量影响的曲线是（ ）
解析：
选C。
在一定的条件下（温度、pH、果泥量、反应时间均相同），随着酶浓度的增加，果汁的体积增加，当酶浓度达到一定数值后，即使再增加酶的用量，果汁的体积也不再改变。
一、选择题
.下列关于果胶的叙述，不正确的是（ ）
A．果胶主要存在于植物组织的细胞壁及胞间层中
B．果胶由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成
C．果胶不溶于水，但能溶解于酒精
D．果胶对果汁的澄清度会产生影响
解析：
选C。
果胶既不溶于水，也不溶于酒精，后者正是鉴别果胶的一种简易方法。
下列关于果胶酶的说法，不正确的是（ ）
A．果胶酶的化学本质是蛋白质
B．果胶酶并不是唯一能水解果胶的酶
C．有些微生物可用于生产果胶酶
D．果胶酶是一种能完全水解果胶的酶
解析：
选D。
果胶酶的化学本质为蛋白质；果胶不是只能被果胶酶水解，果胶甲酯酶也能水解果胶，二者共同作用才能使果胶完全降解。
由于微生物代谢旺盛，繁殖快，培养方便，因此常被利用进行大规模生产果胶，生产果胶酶的微生物主要是霉菌，如黑曲霉、苹果青霉等。
在探究温度对果胶酶活性的影响的实验中，下列操作中正确的是（ ）
A．将适量的苹果泥与果胶酶混合，放入不同温度下保温
B．将适量的苹果泥放在不同温度下保温，再加入果胶酶
C．将果胶酶放在不同温度下保温，再加入适量的苹果泥
D．将适量的苹果泥和果胶酶分别在不同温度下保温，然后再将酶加入对应温度下的苹果泥中
解析：
选D。
探究温度对果胶酶活性的影响的实验中，要保证底物温度和酶的温度在反应前达到预设的温度。
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
解析：
选B。
底物一定，产物与酶的用量无关。
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响果汁的产量
D．苹果泥的数量也能够影响果汁的产量
解析：
选B。
果汁的产量还与果泥的量有关。
在用果胶酶处理果泥时，为了使果胶酶能够充分地催化反应，应采取的措施是（ ）
A．加大苹果泥用量
B．加大果胶酶用量
C．进一步提高温度
D．用玻璃棒不时地搅拌反应混合物
解析：
选D。
通过搅拌使酶与底物充分接触。
如图表示某研究小组在探究果胶酶的用量时的实验结果。
下列有关说法不正确的是（ ）
A．在AB段限制反应速率的主要因素是酶的用量
B．在BC段限制反应速率的因素可以是温度、pH、底物浓度
C．在AC段增加底物浓度，可以明显加快反应速率
D．在该实验给定条件下，果胶酶的最佳用量是B点对应的值
解析：
选C。
应从酶的用量和活性、底物的浓度两方面进行分析。
由曲线图可以看出，在AB段，随着酶的用量的增大，酶促反应速率加快，说明此阶段限制反应速率的主要因素是酶的用量；此时增加底物浓度，反应速率不会明显加快。
在BC段，随着酶的用量的增大，酶促反应速率不再加快，此时底物浓度成为限制反应速率的因素之一，增加底物浓度，反应速率会加快。
果胶酶是一种生物催化剂，很多因素都会影响该酶的活性，下列叙述中正确的是（ ）
A．本实验中沸水浴或酒精灯加热会使果胶酶失去活性，但温度下降后，其活性能再恢复
B．实验中间歇搅拌20～30min的目的就是为了让果胶酶与果胶充分接触，增加生成物的量
C．实验最后滴加乙醇所依据的原理是：
果胶不溶解于乙醇
D．实验中选用黑曲霉提取液的原因是：
果胶酶只有在生物体内才能发挥催化作用
解析：
选C。
高温使酶失去活性后，酶的空间结构被彻底破坏，即使再降到适宜的温度，其活性还是不能恢复。
但是低温却没有破坏酶的空间结构，当温度升高至适宜温度后，其活性仍然能恢复；酶是催化剂，不能改变反应生成物的量。
果胶不溶于水和乙醇，在乙醇中沉淀析出；酶虽然是活细胞产生的，但是在任何地方只要温度适宜，它都能发挥催化作用。
下列说法不正确的是（ ）
A．虽然实验的变量发生了变化，但通过设置梯度来确定最适值的思想方法是不变的
B．植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶
C．通过测定滤出的苹果汁的体积大小无法来判断果胶酶活性的高低
D．人们使用果胶酶、纤维素酶等来解决制作果汁面临的问题
解析：
选C。
果胶酶可分解果胶，通过测定滤出的苹果汁的体积大小就可检测果胶酶的活性。
下列对果胶酶的作用的叙述，错误的是（ ）
A．果胶酶是一种催化剂，可以改变反应速度
B．在果汁中加入果胶酶后可使果汁变得澄清
C．果胶酶能将乳糖醛酸分解成半乳糖醛酸
D．果胶酶能瓦解植物的细胞壁及胞间层
解析：
选C。
果胶酶是一种催化剂，可以改变反应速度，在果汁中加入果胶酶后可使果汁变得澄清，果胶酶能瓦解植物的细胞壁及胞间层，果胶酶不能将乳糖醛酸分解成半乳糖醛酸，因为酶具有专一性。
在探究pH对果胶酶活性的影响的实验中，需要制备pH梯度的溶液。
用来调节pH的溶液一般是（ ）
A．0.1mol/L的冰乙酸
B．0.1%NaOH或HCl
C．10%NaCl
D．95%的乙醇
解析：
选B。
0.1%NaOH或HCl可调节pH。
在果胶酶对果汁澄清度影响的实验中，所加明胶、活性炭等物质的作用的叙述，不正确的是（ ）
A．和果胶发生反应 B．吸附
C．沉淀D．过滤
解析：
选A。
果胶酶的作用是分解果胶，使果汁澄清，再加明胶、活性炭等物质，使溶液更加澄清，而它们不能与果胶反应。
下列实验操作错误的是（ ）
A．用橙子做本课题实验，应去掉橙皮
B．用体积分数为0.1%的NaOH或HCl溶液进行pH调节
C．为了使果胶酶能够充分地催化反应，应用玻璃棒不时地搅拌反应混合物
D．制作苹果泥时，可先将苹果切成小块放入榨汁机中
解析：
选A。
在用橙子制作果汁时，橙皮不必去除，可以增加果汁的口味和颜色。
调节pH用体积分数为0.1%的NaOH或HCl溶液。
玻璃棒搅拌可使混合物均匀。
制作苹果泥时，为方便榨汁，可将苹果切成小块。
在观察果胶酶对苹果匀浆的作用的实验中，将苹果匀浆放在90℃恒温水中保温4min，其目的是（ ）
A．杀灭苹果匀浆中的微生物
B．使果胶分解，从而提高出汁率
C．使苹果匀浆中的果胶酶变性失活，以排除对实验的干扰
D．果胶酶的最适温度为90℃，酶的活性最高
解析：
选C。
90℃高温处理使苹果匀浆中的果胶酶失活，以防止过滤时再发生反应，从而对实验结果造成影响。
果胶酶常在0～4℃下保存，其原因是（ ）
A．此温度条件下，酶的活性最高
B．此温度条件下，酶变性失活
C．低温可降低酶的活性，但酶不变性失活
D．自然条件下，果胶酶常在0～4℃下发生催化作用
解析：
选C。
低温抑制了酶的活性，但酶不失活，因此一般在低温下保存酶。
探究温度对果胶酶活性的影响、pH对果胶酶活性的影响、果胶酶用量的三个实验中，实验变量依次为（ ）
A．温度、酶活性、酶用量
B．苹果泥用量、pH、果汁量
C．反应时间、酶活性、酶用量
D．温度、pH、果胶酶用量
解析：
选D。
这里实验的变量指自变量，是实验中要人为改变的因素。
关于果胶酶作用的叙述，不正确的是（ ）
A．在去除植物细胞壁方面有重要作用
B．能将果胶分解成半乳糖醛酸
C．果胶酶使榨取果汁变得更容易
D．温度、pH和底物浓度会影响果胶酶活性
解析：
选D。
底物浓度不影响果胶酶的活性。
pH对果胶酶活性影响的实验中，不正确的是（ ）
A．自变量是不同的pH梯度
B．控制不变的量有温度、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pH
D．pH过低时，果胶酶活性变小，但不失活
解析：
选D。
使酶失活的因素有强碱、强酸和高温等。
探讨温度对果胶酶影响的实验中，下列说法不正确的是（ ）
A．可准备一组烧杯，分别盛有不同温度的水
B．将苹果泥和果胶酶混合后放在不同温度的烧杯中恒温水浴处理
C．不同温度梯度之间可相互对照
D．温度过高时，果胶酶会变性失活
解析：
选B。
探究温度对酶活性的影响，要分别把酶溶液和反应物的温度控制好，然后再将它们混合。
否则，实验缺乏严密性，结果不可靠。
下图曲线表示的是温度和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成正相关；之后，成反相关
B．当温度到达B点时，果胶酶的活性最高，酶的催化作用最高
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，果胶酶的活性也很低，当温度降低时，酶的活性也可以恢复
解析：
选D。
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，等达到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。
但是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，会破坏酶的空间结构，使酶的活性发生不可逆的变化。
二、非选择题
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：
Ⅰ.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分钟（如图A）。
Ⅱ.将步骤Ⅰ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（如图B）。
Ⅲ.将步骤Ⅱ处理后的混合物过滤，收集滤液，测量果汁量（如图C）。
Ⅳ.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
果汁量（mL）
8
13
15
25
15
12
11
10
根据上述实验，请回答下列问题：
（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________左右时，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？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
果胶酶能将细胞壁中的果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸；实验结果表明，当温度为40℃左右时，果汁量最多，此时果胶酶的活性最大；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。
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
下图是研究人员对黑曲霉A1果胶酶性质的研究结果，据图分析温度、pH和Ca2＋浓度等与酶活力的关系。
回答下列问题：
（1）从图上可以看出，对酶活力影响最小的是__________________。
（2）这三个图的共同点说明______________________________________________。
（3）若探究温度对黑曲霉A1果胶酶活力的影响，则在该实验中，实验组和对照组的pH及Ca2＋浓度是否需要进行调节？
________。
若需要调节，则pH及Ca2＋浓度分别调节到________和________，其原因是____________________________________________________。
解析：
观察图解可知，对酶活力影响最小的是Ca2＋浓度。
不论是pH、温度，还是Ca2＋浓度，都存在酶活性最高的最适条件。
探究温度对黑曲霉A1果胶酶活力的影响时，自变量是温度、pH及Ca2＋浓度是无关变量，要保证酶活性最适pH及Ca2＋浓度。
答案：
（1）Ca2＋浓度
（2）在最适条件下，酶活性最高
（3）需要 4 1 遵守单一变量原则，无关变量相同且适宜
下列A、B、C图依次表示果胶酶浓度一定时，果胶酶的反应速度与反应物浓度、温度、pH之间的关系，据图完成问题：
（1）图A中，反应物达到某一浓度时反应速度不再上升的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）图B中，b点所对应的温度称________。
如果你根据实验数据转换成的曲线图无法判断果胶酶的最适温度，你将如何改进？
____________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）图B中，曲线ab段表明__________________________________________________，
bc段表明_____________________________________________________________。
（4）将装有果胶酶与反应物的甲、乙两试管分别放入12℃和90℃水浴锅中，20分钟取出转入40℃的水浴锅中保温，两试管内的反应：
甲试管________，乙试管________。
（5）图C表示了果胶酶浓度、反应物浓度、温度等一定时，果胶酶催化反应的速率随pH变化曲线，实验时可根据________来判定果胶酶的最适pH。
解析：
图A中，反应物达到某一浓度时反应速度不再上升的原因是受酶浓度的限制；b点所对应的温度酶活性最高，是最适温度；不能判断最适温度，可能是温度梯度设置过大，应根据适宜温度范围再重新设置间隔近的温度梯度；低于最适温度，随着温度的增加，酶的活性升高。
高于最适温度，随着温度的升高，酶的
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