学年人教版选修1 专题4 课题1 果胶酶在果汁生产中的作用 学案.docx
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学年人教版选修1专题4课题1果胶酶在果汁生产中的作用学案
课题1 果胶酶在果汁生产中的作用
1．了解果胶酶的作用及获取方法。
（重点）
2．学会检测果胶酶的活性。
（重点）
3．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。
（难点）
果胶、果胶酶及酶活性
一、果胶和果胶酶
1．果胶
（1）成分：
由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物。
（2）特点：
不溶于水。
（3）作用：
组成植物细胞壁和胞间层的主要成分之一。
2．果胶酶
（1）来源：
植物、霉菌、酵母菌和细菌等。
（2）组成：
多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。
（3）作用
①分解果胶成可溶性的半乳糖醛酸，使浑浊的果汁变得澄清。
②瓦解植物细胞的细胞壁和胞间层，使榨取果汁变得更加容易。
二、酶的活性与影响酶活性的因素
1．酶的活性
（1）概念：
指酶催化一定化学反应的能力。
（2）表示方法：
酶活性的高低可以用在一定条件下，酶所催化的某一化学反应的反应速度来表示。
（3）酶反应速度的表示方法：
用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示。
2．影响酶活性的因素
温度、pH和酶的抑制剂等。
探讨：
利用果胶酶进行果泥处理时，可不可以再加入蛋白酶促进细胞壁分解？
提示：
不能。
因为果胶酶是蛋白质，加入蛋白酶后会使果胶酶被分解。
探讨：
在食品工业生产中需要的果胶酶主要来自于植物吗？
为什么？
提示：
不是。
天然来源的果胶酶广泛存在于植物和微生物中，但植物来源的果胶酶产量低难以大规模提取制备，微生物则是生产果胶酶的优良生物资源，因此果胶酶最主要的来源是通过微生物发酵生产。
1．果胶酶与纤维素酶的比较
名称
组成
作用
果胶酶
多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶等
将不溶性的果胶分解为可溶性的半乳糖醛酸
纤维
素酶
C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶
纤维素纤维二糖葡萄糖
2.果胶酶的应用范围
（1）水果中的果胶经果胶酶水解后，可降低果汁的黏度，有助于压榨并提高出汁率。
（2）在进行果汁沉降和离心时，能破坏果汁中悬浮物的稳定性，使其凝聚沉淀，果汁得到澄清。
（3）经果胶酶处理的果汁比较稳定，不再发生浑浊，在制备浓缩果汁时，果胶酶的作用显得尤为重要。
（4）在葡萄酒酿造中加入果胶酶能起澄清作用，还可促进葡萄汁中的酒石酸发生沉淀。
（5）果胶酶可用于橘子脱囊衣，制造果粉和低糖果冻。
（6）果胶酶与纤维素酶、半纤维素酶等配合，可降解植物细胞壁中的果胶和纤维素，促使淀粉、脂质、维生素和蛋白质等释放出来，从而提高了饲料的营养价值。
（7）果胶酶可降低饲料的黏度，促进饲料在动物消化道内的消化吸收。
1．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．果胶酶有多种，如多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶等
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、半纤维素酶配合使用，可分解植物细胞壁中的果胶和纤维素，促使淀粉、脂肪、维生素和蛋白质的释放，以提高饲料的营养价值
【解析】 果胶酶的作用是分解细胞壁中的果胶，可以使果汁产量增加，透明度提高，有多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等，在食品工业中如榨果汁和提高葡萄酒质量等方面作用很大，也常与纤维素酶等共同使用，提高饲料营养和降低饲料黏度，促进饲料在动物的消化道内的消化。
故选C。
【答案】 C
2．如图中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接近成正比，之后接近成反比
B．当温度到达B点时，果胶酶的活性最高，催化能力最强
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，果胶酶的活性很低，当温度降低时，酶的活性可以上升
【解析】 从图中可以看出，在温度较低时，随着温度的不断升高，果胶酶的活性不断上升，到B点时，酶的活性达到最高；之后，随着温度的继续上升，酶的活性逐渐下降。
A点和C点相比，虽然酶的活性都很低，但是A点对应的是低温条件，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点对应的是高温条件，已破坏酶的分子结构，使酶的活性发生不可逆的变化，即使再降低温度，酶的活性也不会上升。
【答案】 D
实验设计
1．探究温度和pH对酶活性的影响
（1）实验原理
果胶酶的活性受温度和pH影响，处于最适值时，活性最高。
果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶活性大小成正比。
（2）实验流程
制备果泥
设置一系列梯度的pH和温度
加入果胶酶反应一段时间
过滤果汁
（3）该实验的自变量是温度或pH，因变量是酶活性，检测因变量是通过测定果汁的体积或澄清度来实现的。
2．探究果胶酶的用量
（1）变量分析
①自变量：
酶的用量。
②无关变量：
温度、pH、酶催化反应的时间、苹果泥的用量等。
（2）判断的思路
①如果随着酶的用量增加，过滤得到的果汁的体积也增加，说明酶的用量不足。
②如果当酶的用量增加到某个值后，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。
探讨：
为什么在混合苹果泥和果胶酶之前，要将苹果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理？
提示：
将苹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。
探讨：
探究温度（或pH）对酶活性的影响时，哪个因素为自变量，应该控制哪些因素不变？
为什么要作这样的处理？
提示：
温度（或pH）为自变量，控制不变的因素有苹果泥的用量、果胶酶的用量、反应的时间和过滤的时间等。
因为只有这样才能保证只有温度（或pH）一个变量对果胶酶的活性产生影响。
探讨：
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？
提示：
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。
1．探究温度或pH对酶活性的影响
（1）实验原理
果胶酶受温度和pH的影响，处于最适温度或pH时，酶活性最高，果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正比。
（2）实验操作
↓均分装入 ↓等量
（3）实验分析
①自变量与因变量及其之间的关系
变量名称
含义
实例
关系
实验变量
（自变量）
实验中实验者所操纵的因素或条件
温度
或pH
实验变量为原因，反应变量是结果，二者是因果关系
反应变量
（因变量）
由于实验变量而引起的变化和结果
果汁量
无关变量
除实验变量以外的影响实验现象或结果的因素
酶的新鲜程度
②实验结果分析：
a．根据实验数据绘制出温度和pH对果胶酶活性（用酶反应速度表示）影响的曲线图（如下图a、b），最终得到果胶酶的最适温度和pH。
b．由于初次实验的梯度变量选择目的性不强，选择的范围有可能出现过高或过低的情况，这可以从画出的曲线中反应出来，如下图所示，实验中可以根据出现的曲线进一步选择合适的梯度变量。
2．探究果胶酶的用量
（1）实验原理
酶促反应也受酶量的影响，本实验中实验变量是酶的用量，反应变量为果汁体积，实验中要严格控制温度、pH、反应时间、底物用量等无关变量对实验的影响。
（2）实验过程
（3）实验分析
①如果随着酶浓度的增加，过滤得到的果汁体积也增加，说明酶量不足；当酶浓度增加到某个值后，再增加酶的用量，过滤得到的果汁体积不再改变，说明酶的用量已经足够，这个值即为酶的最适用量。
②如果设置的酶浓度梯度无法满足实验，即出现过高或过低现象，应及时调整。
③苹果泥的用量和果胶酶的用量比例要适当。
④恒温水浴的温度可用上一实验测出的最适温度。
1．探究pH对果胶酶活性影响的实验中，下列说法不正确的是（ ）
A．自变量是不同的pH
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】 该实验中自变量为不同的pH，其他无关变量如温度、底物浓度、酶浓度、反应时间等要控制相同，以排除无关变量对实验结果的影响。
在某种pH下滤出的果汁体积最多，则该pH为最适pH。
pH过低和pH过高一样，都能使酶变性失活。
【答案】 D
2．在“探究果胶酶的用量”的实验中，下列说法不正确的是
（ ）【导学号：
05520028】
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，滤出的果汁越多
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】 本实验中的实验变量是果胶酶用量，温度和pH属于无关变量，因此要控制好这些变量，即每个实验组实验前后都应控制适宜的温度和pH条件。
实验时可配制不同浓度的果胶酶溶液，也可以配制一种浓度的果胶酶溶液，使用不同的体积即可。
在其他条件固定不变的情况下，在一定范围内，随着酶用量的增多，酶促反应速度加快，滤出的果汁也增多，当酶用量达到一定量，底物浓度成为限制因素时，再增加酶的用量，酶促反应速度也不再增大，滤出的果汁也不再增多。
此外，影响果汁产量的因素除了酶用量，底物浓度外，还有温度、pH、酶促反应时间等。
故正确答案为B。
【答案】 B
1．下列对果胶酶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．果胶酶能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
【解析】 果胶酶是一种生物催化剂，可以改变反应速度，缩短反应达到平衡的时间，并不改变化学平衡。
由于酶具有专一性，果胶酶的作用底物是果胶，在果胶酶的作用下，不溶性的果胶被分解为可溶性的半乳糖醛酸，因此用果胶酶处理细胞壁，可以使细胞壁瓦解，处理果汁可以使果汁变得澄清。
故正确答案为D。
【答案】 D
2．下表是某同学探究温度对果胶酶活性影响的实验结果。
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℃和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】 温度会影响酶的活性，且都有一个最适温度，表中数据只能说明在50℃时酶的活性比所给的其他温度更高，但不能判定50℃就一定是该酶的最适温度。
故正确答案为C。
【答案】 C
3．探究温度对果胶酶活性的影响、pH对酶活性的影响、果胶酶用量三个实验中，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】 实验变量也称自变量，是指实验者所操纵的因素或条件。
反应变量也称因变量，是指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。
通常，实验变量是原因，反应变量是结果，二者具有因果关系。
实验的目的就在于获得和解释这种前因后果。
探究果胶酶的最适温度，温度为实验变量，同理，另外两个实验的实验变量分别为pH、果胶酶用量。
【答案】 D
4．果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一。
果胶酶能够分解果胶，分解植物的细胞壁及胞间层。
请你完成以下有关果胶酶和果汁生产中的问题：
（1）在果汁生产中应用果胶酶可以提高__________和________。
（2）某实验小组进行了“探究果胶酶催化果胶水解最适pH”的课题研究。
本课题的实验步骤中，在完成“烧杯中分别加入苹果泥，试管中分别注入果胶酶溶液、编号、编组”之后，有下面两种操作：
方法一：
将试管中果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥相混合，再把混合液的pH分别调至4、5、6……10。
方法二：
将试管中果胶酶溶液和烧杯中苹果泥pH分别调至4、5、6……10，再把pH相等的果胶酶溶液和苹果泥相混合。
①请问哪一种方法更科学？
_______________________________________。
理由是__________________________________________________________
_______________________________________________________________。
②如果用曲线图的方式记录实验结果，在现有的条件下，当横坐标表示pH，纵坐标表示________时，实验的操作和记录是比较切实可行的。
根据你对酶特性的了解，分析图中最可能是实验结果的曲线图是________。
若实验所获得的最适pH＝m，请你在所选的曲线图中标出“m”点的位置。
【解析】 本题考查果胶酶的作用及pH对酶活性影响及实验的分析能力。
（1）果胶酶可以分解果胶，提高出汁率和澄清度，但果胶酶的作用需要一定的条件，如温度和pH等。
（2）本题是探讨pH对果胶酶活性的影响，实验关键是分别将果胶酶溶液和苹果泥调至一定的pH，然后把pH相等的这两种溶液混合，否则，在达到预定pH之前就会发生酶的催化反应。
如图甲所示，果胶酶的活性随pH增大而升高，达到最适pH之后，酶活性逐渐降低，若过酸或过碱，则酶活性丧失。
【答案】
（1）出汁率 澄清度
（2）①方法二 方法二的操作能够确保酶的反应环境从一开始便达到实验预设的pH环境（或方法一的操作会在达到预定pH之前就发生了酶的催化反应） ②果汁体积 甲 如图所示
课堂小结：
网络构建
核心回扣
1.果胶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。
2.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、果胶分解酶和果胶酯酶等。
3.酶活性的高低可用一定条件下酶所催化的化学反应的反应速度来表示。
4.酶反应速度用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示。
5.影响果胶酶活性的因素有温度、pH和酶的抑制剂等。
6.在探究温度或pH对酶活性影响的实验中，可用滤出的苹果汁的体积大小或果汁的澄清度来判断果胶酶活性的高低。
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