人教版高中生物選修1第四章

專題4酶的研究與應(yīng)用課題1果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用

一、課題目標(biāo)

1.簡述果膠酶的作用；

2.檢測果膠酶的活性；

3.探究溫度和pH對果膠酶活性的影響以及果膠酶的最適用量；

4.搜集有關(guān)果膠酶應(yīng)用的資料。二、課題重點(diǎn)與難點(diǎn)

課題重點(diǎn)：

溫度和pH對果膠酶活性的影響。課題難點(diǎn)：

果膠酶的最適用量。三、基礎(chǔ)知識分析

知識要點(diǎn):1.果膠酶的作用；2.酶的活性的定義；3.影響酶活性的因素；4.果膠酶的用量。

植物細(xì)胞壁以及胞間層的主要組成成分之一，它是由半乳糖醛酸聚合而成的一種高分子化合物，不溶于水。果膠:

在果汁加工中，果膠不僅會影響出汁率，還會使果汁渾濁。果膠酶能夠分解果膠，瓦解植物細(xì)胞的細(xì)胞壁及胞間層，使榨取果汁更容易，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。果膠酶果膠酶并不特指某一種酶，而是分解果膠的一類酶的總稱，包括多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶和果膠脂酶等。果膠酶:2.酶的活性與影響酶活性的因素指酶催化一定化學(xué)反應(yīng)的能力。酶反應(yīng)速度用單位時(shí)間內(nèi)單位體積中反應(yīng)物的減少量或生成物的增加量來表示.(1)酶的活性(2)影響酶活性的因素

a.溫度b.pH

C.酶的抑制劑３.果膠酶的用量(１)探究溫度和pH對酶活性的影響四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

A、確定溫度/PH梯度（5C0/10C0）/PH5、6、7、8→

探究控制溫度/PH的方法和措施

你的實(shí)驗(yàn)變量是什么？如何設(shè)定？

B、確定水果的種類→確定制備果汁的方法→確定實(shí)驗(yàn)用的水果用量→確定果膠酶的用量→控制測定果膠酶活性的方法(１)探究溫度和pH對酶活性的影響2、實(shí)驗(yàn)操作步驟：⑴制備水果泥⑵配制果膠酶⑶水果泥與果膠酶分別水浴保溫⑷將水果泥和果膠酶混合保溫⑸過濾出果汁⑹記錄果汁量⑺改變不同的溫度/PH后重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)(１)探究溫度和pH對酶活性的影響

3、設(shè)計(jì)記錄數(shù)據(jù)的表格

4、得出結(jié)論與分析：畫曲線圖；最適溫度/PH是……溫度/PH果汁量/ml在實(shí)際的操作過程中，還需要注意下列事項(xiàng)：

1．與其他工業(yè)用酶基本相同，果膠酶的適宜溫度范圍也比較寬泛，因此，可以選用10℃作為溫度梯度，設(shè)置的具體溫度為10℃、20℃、30℃、40℃、50℃和60℃等，也可以嘗試以5℃作為溫度梯度。

2．蘋果、橙子和葡萄等水果都可以作為反應(yīng)物，水果不用去皮。如用蘋果為原材料，一般可按每個(gè)中等大小的蘋果加水100～200mL的比例進(jìn)行攪拌，獲得稀的蘋果泥。

3．果泥的用量可以采用5mL左右，果膠酶的用量可采用質(zhì)量濃度為2%的果膠酶溶液2mL。

4．水浴時(shí)間可以為20～30min。

5．過濾果汁時(shí)，漏斗中應(yīng)放置濾紙。

6．探究pH對果膠酶活性的影響，只須將溫度梯度改成pH梯度，并選定一個(gè)適宜的溫度進(jìn)行水浴加熱。反應(yīng)液中的pH可以通過體積分?jǐn)?shù)為0.1%的氫氧化鈉或鹽酸溶液進(jìn)行調(diào)節(jié)。(２)探究果膠酶的用量

探究果膠酶的用量是建立在探究最適溫度和pH對果膠酶活性影響的基礎(chǔ)之上的。此時(shí)，研究的變量是

，其他因素都應(yīng)

。果膠酶的用量保持不變方案：可以配制不同濃度的果膠酶溶液，也可以只配制一種濃度的果膠酶溶液，然后使用不同的體積即可。需要注意的是，反應(yīng)液的pH必須相同，否則將影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。五、結(jié)果分析與評價(jià)

１．根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制出的溫度和pH對果膠酶活性影響的曲線圖；２．不同果膠酶用量對出汁量影響的曲線圖（在濃度和體積相同的條件下）；３．果膠酶最適溫度、pH以及果膠酶的最適用量。（一）普通洗衣粉一、基礎(chǔ)知識表面活性劑，水軟化劑，堿劑，漂白劑等成分，有的洗衣粉中還含有增白劑，香精和色素，以及填充劑等1、洗衣粉主要成分：1、定義：（二）加酶洗衣粉含有酶制劑的洗衣粉2、成分除含有普通洗衣粉的成分外，還含有多種酶制劑：蛋白酶，脂肪酶，淀粉酶，纖維素酶，復(fù)合酶①蛋白酶：應(yīng)用：有助于取出例如汗?jié)n，血漬，青草，粘液，糞便以及各種食品類的蛋白質(zhì)污垢作用：堿性蛋白酶能使蛋白質(zhì)水解成可溶于水的多肽和氨基酸種類：我國在洗衣粉中添加的酶最主要的是堿性蛋白酶產(chǎn)生：主要產(chǎn)生菌是某些芽孢桿菌②脂肪酶應(yīng)用：可以催化水解各類動(dòng)植物油脂和人體皮脂腺分泌物及化妝品污垢，種類：堿性脂肪酶作用：堿性脂肪酶能使甘油三脂水解成容易用水沖洗掉的甘油二脂、甘油單脂和游離脂肪酸。從而達(dá)到清除衣物上脂質(zhì)污垢的作用產(chǎn)生：產(chǎn)生菌是某些青霉脂肪甘油+脂肪酸脂肪酶方程式：③淀粉酶應(yīng)用：可以去除例如來自面條、巧克力、肉汁和嬰兒食品中含有淀粉的污垢作用：水解直鏈淀粉中的1，4－a－糖苷鍵，使糊化淀粉迅速分解為可溶解的糊精和低聚糖淀粉麥芽糖淀粉酶方程式：④纖維素酶應(yīng)用：去除棉紡織品表面的浮毛，使洗滌后的棉紡織品柔軟蓬松，織紋清晰，色澤更加鮮艷，穿著更加舒適作用：堿性纖維素酶本身不能去除衣物上的污垢，它的作用是使纖維的結(jié)構(gòu)變得蓬松，從而使?jié)B入到纖維深層的塵土和污垢能夠與洗衣粉充分接觸，從而達(dá)到更好的去污效果種類：堿性纖維素酶纖維素葡萄糖纖維素酶方程式：⑤復(fù)合酶實(shí)際污垢組成復(fù)雜，往往蛋白污垢被脂肪污垢或淀粉污垢覆蓋，單一酶的作用一般達(dá)不到徹底清除污垢的作用。而復(fù)合酶可以發(fā)揮其獨(dú)特的“協(xié)同效應(yīng)”。試驗(yàn)測定，單獨(dú)使用蛋白酶或淀粉酶，得到的洗滌效果遠(yuǎn)不如把每種酶用量減半后放在一起使用的效果。即給定酶的用量，復(fù)合酶的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單一酶的效果。原因是淀粉酶分解了污漬表面的淀粉污垢，使蛋白酶能以更有效的方式向蛋白質(zhì)污垢進(jìn)攻。（三）普通洗衣粉和加酶洗衣粉異同相同點(diǎn)：不同點(diǎn)：表面活性劑可以產(chǎn)生泡沫，可以將油脂分子分散開；水軟化劑可以分散污垢；等等酶可以將大分子有機(jī)物分解為小分子有機(jī)物，小分子有機(jī)物易于溶于水，從而與纖維分開課題3酵母細(xì)胞的固定化酶制劑的優(yōu)點(diǎn)：

催化效率高、低耗能、低污染，大規(guī)模地應(yīng)用于食品、化工等各個(gè)領(lǐng)域。酶制劑存在的缺陷：

1、通常對強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫和有機(jī)溶劑等條件非常敏感，容易失活；

2、溶液中的酶很難回收，不能被再次利用，提高了生產(chǎn)成本；

3、反應(yīng)后會混在產(chǎn)物中，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量。

如果你是工程技術(shù)人員，你如何解決這個(gè)問題？固定化酶技術(shù)

閱讀P49-50，并思考：1、解決酶應(yīng)用中存在問題的方法是？2、什么是高果糖漿？使用它有何好處？3、生產(chǎn)高果糖漿需要什么酶？其作用是什么？這種酶有何特點(diǎn)？4、了解高果糖漿生產(chǎn)過程。5、這種方法的優(yōu)點(diǎn)是什么？一、固定化酶的應(yīng)用實(shí)例1、固定化酶技術(shù)。即將酶固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)（如固定在不溶于水的載體上）。1、解決酶應(yīng)用中存在問題的方法是？2、高果糖漿是果糖含量為42%左右的糖漿。作為蔗糖的替代品，高果糖漿不會像蔗糖那樣誘發(fā)肥胖、糖尿病、齲齒和心血管病，對人的健康有利。你能寫出果糖的分子式嗎?它屬于什么糖?2、什么是高果糖漿？使用它有何好處？3、生產(chǎn)高果糖漿需要葡萄糖異構(gòu)酶；其作用是將葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖；這種酶穩(wěn)定性好，可持續(xù)發(fā)揮作用。3、生產(chǎn)高果糖漿需要什么酶？其作用是什么？這種酶有何特點(diǎn)？4、固定化酶技術(shù)生產(chǎn)高果糖漿的過程：注意反應(yīng)柱的各部分名稱。你能說出反應(yīng)柱的優(yōu)點(diǎn)嗎？5、固定化酶技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：（1）使酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離；（2）固定在載體上的酶可以被反復(fù)利用。5、這種方法的優(yōu)點(diǎn)是什么？在生產(chǎn)實(shí)際中使用固定化酶技術(shù)的不足：一種酶只能催化一種化學(xué)反應(yīng)，而在生產(chǎn)實(shí)際中很多產(chǎn)物的形成都通過一系列的酶促反應(yīng)才能進(jìn)行，所以操作比較麻煩。怎么辦?可采用固定化細(xì)胞技術(shù)。二、固定化細(xì)胞技術(shù)1、概念：利用物理或化學(xué)方法將細(xì)胞固定在一定空間的技術(shù)。細(xì)胞中含有一系列酶，在細(xì)胞正常生命活動(dòng)的過程中，通過代謝產(chǎn)生所需要的代謝產(chǎn)物。閱讀P50：思考第二段的問題2.將酶或細(xì)胞固定化的方法將酶（或細(xì)胞）包埋在細(xì)微網(wǎng)格里將酶（或細(xì)胞）相互連接起來將酶（或細(xì)胞）吸附在載體表面上包埋法化學(xué)結(jié)合法物理吸附法酶和細(xì)胞固定方法的選擇①酶適合采用化學(xué)結(jié)合和物理吸附法固定②細(xì)胞適合采用包埋法固定（1）、方法（2）、原因①細(xì)胞個(gè)大，酶分子很?、趥€(gè)體大的細(xì)胞難以被吸附或結(jié)合而個(gè)小的酶容易從包埋的材料中漏出3、固定化細(xì)胞常用的載體常用的不溶于水的多孔性載體有哪些？明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素、聚丙烯酰胺等三、實(shí)驗(yàn)操作（一）制備固定化酵母細(xì)胞閱讀P50~51思考下列問題：（1）制備過程包括哪幾個(gè)步驟？（2）你認(rèn)為哪個(gè)步驟的操作是最重要的一環(huán)？1、酵母細(xì)胞的活化思考：關(guān)于酵母菌你有哪些知識？什么是活化？怎樣活化？應(yīng)注意什么？活化：讓處于休眠狀態(tài)的微生物重新恢復(fù)正常的生活狀態(tài)；本質(zhì)：加快新陳代謝；方法：加入適量的水。

取1g干酵母，放入50ml的小燒杯中，加入蒸餾水10ml，用玻璃棒攪拌，使酵母細(xì)胞混合均勻，成糊狀，放置1h左右使其活化思考：

你認(rèn)為酵母的活化操作有哪些注意事項(xiàng)？1、所用容器要大一些；2、要保證酵母菌的活性；2、配制物質(zhì)的量濃度為0.05mol/L的CaCl2溶液稱取無水CaCl20.83g。放入200mL的燒杯中，加入150mL的蒸餾水，使其充分溶解，待用。3、配制海藻酸鈉溶液操作：稱取0.7g海藻酸鈉，放入50mL小燒杯中.加人10mL水，用酒精燈加熱，邊加熱邊攪拌，將海藻酸鈉調(diào)成糊狀，直至完全溶化，用蒸餾水定容至10mL。注意，加熱時(shí)要用小火，或者間斷加熱，反復(fù)幾次，直到海藻酸鈉溶化為止加熱使海藻酸鈉溶化是操作中最重要的一環(huán)，涉及到實(shí)驗(yàn)的成敗，一定要按照教材的提示進(jìn)行操作。海藻酸鈉的濃度涉及到固定化細(xì)胞的質(zhì)量。如果海藻酸鈉濃度過高，將很難形成凝膠珠；如果濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細(xì)胞的數(shù)目少，影響實(shí)驗(yàn)效果。應(yīng)當(dāng)注意什么問題？4、海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合將溶化好的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫，加入已活化的酵母細(xì)胞，進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，使其混合均勻，再轉(zhuǎn)移至注射器中。為什么海藻酸鈉溶液要冷卻？5、固定化酵母細(xì)胞以恒定的速度緩慢地將注射器中的溶液滴加到配制好的CaCl2溶液中，觀察液滴在CaCl2溶液中形成凝膠珠的情形。將這些凝膠珠在CaCl2溶液中浸泡30min左右。

剛形成的凝膠珠應(yīng)在CaCl2溶液中浸泡一段時(shí)間，以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。檢驗(yàn)?zāi)z珠的質(zhì)量是否合格，可以使用下列方法：一是用鑷子夾起一個(gè)凝膠珠放在實(shí)驗(yàn)桌上用手?jǐn)D壓，如果凝膠珠不容易破裂，沒有液體流出，就表明凝膠珠的制作成功。二是在實(shí)驗(yàn)桌上用力摔打凝膠珠，如果凝膠珠很容易彈起，也能表明制備的凝膠珠是成功的。這一階段成功與否呢？怎樣評價(jià)？觀察凝膠珠的顏色和形狀:如果制作的凝膠珠顏色過淺、呈白色，說明海藻酸鈉的濃度偏低，固定的酵母細(xì)胞數(shù)目較少；如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，則說明海藻酸鈉的濃度偏高，制作失敗，需要再作嘗試。（二）用固定化細(xì)胞發(fā)酵1、將固定好的酵母細(xì)胞(凝膠珠)用蒸餾水沖洗2-3次。2、將150mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的葡萄糖溶液轉(zhuǎn)移到200mL的錐形瓶中，再加入固定好的酵母細(xì)胞，置于25℃下發(fā)酵24h。這一階段成功與否呢？怎樣評價(jià)？觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液；利用固定的酵母細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)