果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用

果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用

“果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用”是人類教育版（節(jié)選1）生物技術(shù)實(shí)踐主題4“酶的研究與應(yīng)用”的主題1。本主題要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中的溫度和ph值對(duì)果酸酶活性的影響，以及果酸酶的最適量。本內(nèi)容與學(xué)生的日常生活密切相關(guān)，根據(jù)“檢測(cè)酶活性影響”的必驗(yàn)證原則，因此對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)非常困難，適合實(shí)際工作。但是,教材要求有實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),還涉及到實(shí)驗(yàn)變量的梯度設(shè)計(jì),要想獲得理想的結(jié)果,必須進(jìn)行反復(fù)多次的實(shí)驗(yàn)和摸索。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中,學(xué)生對(duì)教材和參考資料中的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了討論和實(shí)踐,并提出了改進(jìn)措施,本文小結(jié)如下。1實(shí)驗(yàn)計(jì)劃1.1預(yù)實(shí)驗(yàn)確定水果的種類→確定制備果汁的方法→確定制備果汁的用量→確定果膠酶作用的檢測(cè)指標(biāo)→確定果膠酶的用量→確定果膠酶的作用時(shí)間。1.2探索實(shí)驗(yàn)①探究不同溫度對(duì)果膠酶活性的影響;②探究不同pH對(duì)果膠酶活性的影響。2材料和方法2.1實(shí)驗(yàn)材料本實(shí)驗(yàn)選用蘋(píng)果作為實(shí)驗(yàn)材料,榨成汁后使用;實(shí)驗(yàn)中使用的果膠酶購(gòu)自上海藍(lán)季生物技術(shù)有限公司,配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%溶液后使用。2.2蘋(píng)果泥的制備選取一個(gè)中等大小的蘋(píng)果(約200g)洗凈后,不去皮,切成小塊,放入榨汁機(jī)中,加入約200mL水,榨取2min,制得蘋(píng)果泥。量取一定體積的蘋(píng)果泥,不同條件下處理后,用濾紙進(jìn)行過(guò)濾即可得到果汁。2.3果汁體積大小對(duì)果膠酶的影響果膠酶能將果膠分解成小分子物質(zhì),小分子物質(zhì)可以通過(guò)濾紙,蘋(píng)果汁的體積大小體現(xiàn)了果膠酶催化分解果膠的能力。通過(guò)測(cè)定濾出的蘋(píng)果汁的體積大小作為果膠酶活性的檢測(cè)指標(biāo)。2.4最適用量的確定取5支試管,編號(hào)后各加入10mL蘋(píng)果泥,依次加入水、0.5mL、1mL、2mL、4mL2%的果膠酶溶液,加水使每支試管反應(yīng)體系的終體積皆為14mL,室溫下作用足夠長(zhǎng)時(shí)間,過(guò)濾15min,量取濾出的蘋(píng)果汁的體積,確定果膠酶的最適用量。2.5加酶液用量的確定取6支試管,編號(hào)后各加入10mL蘋(píng)果泥,1支加入1mL水作為空白對(duì)照,另5支各加入1mL2%的果膠酶溶液,加酶的5支試管依次在室溫下處理1min、5min、10min、15min、20min。處理完用沸水浴使酶失活,過(guò)濾15min,量取濾出的蘋(píng)果汁的體積,確定果膠酶的作用時(shí)間。2.6蘋(píng)果泥和果膠酶溶液的保溫處理設(shè)定溫度梯度:10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃,取7支試管,編號(hào)后各加入10mL蘋(píng)果泥,另取7支試管,編號(hào)后各加入1mL2%的果膠酶溶液,先將蘋(píng)果泥和果膠酶溶液分別在10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃水浴保溫10min,然后將相同溫度處理的蘋(píng)果泥和果膠酶溶液混勻后在相應(yīng)的溫度下再保溫5min,處理完用沸水浴使酶失活,過(guò)濾15min,量取濾出的蘋(píng)果汁的體積,確定不同溫度對(duì)果膠酶活性的影響。2.7不同ph對(duì)果膠酶活性的影響設(shè)定pH梯度:2、3、4、5、6、7、8、9,取8支試管,編號(hào)后各加入10mL蘋(píng)果泥,另取8支試管,編號(hào)后各加入1mL2%的果膠酶溶液,用0.1mol/L的HCl溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的NaOH溶液分別將蘋(píng)果泥和果膠酶溶液pH調(diào)節(jié)成2、3、4、5、6、7、8、9等8個(gè)梯度,然后將相同pH的蘋(píng)果泥和果膠酶溶液混合,得到8種不同pH梯度的反應(yīng)體系,用蒸餾水將8支試管中溶液的體積調(diào)成一致(本實(shí)驗(yàn)反應(yīng)溶液總體積為16mL),室溫下保溫5min,處理完用沸水浴使酶失活,過(guò)濾15min,量取濾出的蘋(píng)果汁的體積,確定不同pH對(duì)果膠酶活性的影響。3結(jié)果與分析3.12澄清度設(shè)置2%果膠酶溶液體積梯度,分別催化相同體積的蘋(píng)果泥(10mL),催化后過(guò)濾,得到的蘋(píng)果汁的體積及澄清度如表1所示。由表1可知,用不同量的果膠酶在室溫下處理10mL蘋(píng)果泥足夠長(zhǎng)時(shí)間,在1～4號(hào)支試管中,隨著果膠酶量的增加,所得蘋(píng)果汁的體積隨之增加,但當(dāng)2%的果膠酶溶液達(dá)到1mL后,繼續(xù)增加酶的量,所得蘋(píng)果汁的體積幾乎不再增加,說(shuō)明底物已經(jīng)耗盡,由此可推斷處理10mL蘋(píng)果泥的果膠酶溶液最適用量應(yīng)為1mL左右。3.2酶作用時(shí)間取2%的果膠酶溶液1mL催化相同體積的蘋(píng)果泥(10mL),分別作用不同的時(shí)間,得到的蘋(píng)果汁的體積及澄清度如表2所示。由表2可知,在1～4支試管中,隨著果膠酶作用時(shí)間的增加,所得蘋(píng)果汁的體積隨之增加,但當(dāng)酶作用時(shí)間增加到10min后,繼續(xù)增加酶的作用時(shí)間,所得蘋(píng)果汁的體積幾乎不再增加,說(shuō)明底物已經(jīng)耗盡,而當(dāng)酶作用時(shí)間為5min(試管3)時(shí),蘋(píng)果汁的體積幾乎到達(dá)到最大值,所以1mL2%的果膠酶溶液完全處理10mL蘋(píng)果泥大概需要5～10min。3.3溫度對(duì)蘋(píng)果汁體積的影響取1mL2%的果膠酶溶液催化相同體積的蘋(píng)果泥(10mL),在不同梯度的溫度下反應(yīng),得到的蘋(píng)果汁的體積及澄清度如表3示。由表3可知,在1～3試管中,隨著果膠酶作用溫度間的升高,蘋(píng)果汁的體積隨之增加,說(shuō)明在10℃～30℃溫度區(qū)間內(nèi),酶的活性隨著溫度的增加而升高,當(dāng)酶作用溫度增加到30℃時(shí),蘋(píng)果汁的體積達(dá)到最大值,說(shuō)明此時(shí)果膠酶的活性最強(qiáng)。在3～6試管中如果繼續(xù)升高溫度,蘋(píng)果汁的體積隨之減少,說(shuō)明在30℃～60℃溫度區(qū)間內(nèi)酶的活性隨溫度的升高而降低。當(dāng)溫度達(dá)到60℃,繼續(xù)升高溫度,蘋(píng)果汁的濾出量不再改變,說(shuō)明此時(shí)酶已經(jīng)完全失活。因此,最佳作用溫度為30℃。3.4不同ph下蘋(píng)果膠酶的分離效果取1mL2%的果膠酶溶液催化相同體積的蘋(píng)果泥(10mL),在不同梯度的pH值下反應(yīng),得到的蘋(píng)果汁的體積及澄清度如表4所示。由表4可知,在1～4試管中,濾出的蘋(píng)果汁的體積都較大,說(shuō)明在pH在2～5時(shí)果膠酶都有較大活性,果膠酶適宜的pH范圍較廣泛。其中2～4試管中濾得的蘋(píng)果汁的體積最大,說(shuō)明果膠酶的最適pH約在3～5之間。在4～6試管中,隨著pH的增加,蘋(píng)果汁的體積隨之減少,說(shuō)明pH在5～7時(shí),酶的活性隨著pH的增大而升高,pH達(dá)到7時(shí),繼續(xù)升高pH,蘋(píng)果汁的濾出量不再改變,說(shuō)明此時(shí)酶已經(jīng)失活。4果膠酶的作用特性果膠酶的最適溫度和最適pH值都較廣泛,究其原因,果膠酶不是單一的一種酶,它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、果膠酯酶等,因此果膠酶的最適溫度和最適pH是多種酶綜合的適宜溫度和適宜pH。具體地說(shuō),溫度在10℃～40℃時(shí)其活性都較強(qiáng)(表3),在實(shí)際生產(chǎn)中,這樣的特性可以使果膠酶適應(yīng)幾乎所有的季節(jié)。果膠酶的最適pH約在3～5之間,大多數(shù)的水果榨汁液都偏酸性,如蘋(píng)果泥pH在4左右,恰好在其最適pH范圍內(nèi),果膠酶因有這樣寬泛的作用條件,用于實(shí)際生產(chǎn)時(shí),可以大大節(jié)約生產(chǎn)成本。本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)步驟較多,由多個(gè)小實(shí)驗(yàn)構(gòu)成,每個(gè)小實(shí)驗(yàn)需要考慮的變量都不一樣,比較容易忽略的無(wú)關(guān)變量有:①蘋(píng)果泥的批次及黏稠度;本實(shí)驗(yàn)的大部分步驟及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有邏輯上的關(guān)聯(lián),因此所有的實(shí)驗(yàn)都應(yīng)該使用同一批次的蘋(píng)果泥,同時(shí)果膠泥是黏稠物,進(jìn)行每組實(shí)驗(yàn)時(shí),都應(yīng)該充分?jǐn)嚢?減小實(shí)驗(yàn)誤差;(2)同組對(duì)照實(shí)驗(yàn)反應(yīng)體積的一致性;加入不同酶量或調(diào)節(jié)pH梯度時(shí)都會(huì)影響反應(yīng)體系的體積,而不