果胶酶在果汁生产中的作用

课题1果胶酶在果汁生产中的应用 一 酶的基础知识 1 酶的概念 酶是活细胞所产生的具有生物催化作用的一类特殊的有机物 绝大多数是蛋白质 少数是RNA 2 酶的本质 3 酶的功能 催化各种化学反应 一 基础知识 高效性 酶的催化效率是无机催化剂的107 1013倍 专一性 一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应 需要适宜的条件 适宜的温度 适宜的PH值 4 酶的特性 二 果胶酶的作用 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 果胶对果汁制作的影响 3 果胶酶 是分解果胶的一类酶的总称 包括半乳糖醛酸酶 果胶分解酶 果胶酯酶等 4 果胶酶的来源 P43 影响果汁的出汁率 还会使果汁浑浊 三 酶的活性与影响酶活性的因素 1 酶的活性 2 酶催化能力的标准 指酶催化一定化学反应的能力 在一定的条件下 酶所催化的某一化学反应的反应速度 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 3 影响酶活性的因素 温度 果胶酶的最适温度为45 500C 在较低温度时 随着温度的升高 酶的活性也逐渐提高 达到最适温度时 酶的催化能力最高 但高于最适温度后 酶的催化能力迅速下降 最后完全失去催化能力 A 温度对酶的影响 B 果胶酶的最适温度 C 讨论 高温使酶的活性丧失后 酶的活性可否恢复 为什么 不能恢复 因高温破坏了酶的分子结构 高温对酶造成不可逆的破坏 但低温使酶的活性丧失后 缓慢恢复其温度活性仍可恢复 分别用00C和1000C的温度处理某种酶后 酶都没有活性 但 A A 经过00C处理的酶活性能够恢复B 经过1000C处理的酶活性能够恢复C 经过00C处理的酶的空间结构遭破坏D 经过1000C处理的酶被水解成了氨基酸 pH 果胶酶的最适pH范围为3 0 6 0 酶的催化能力的发挥有一个最适pH 在低于最适pH时 随着pH的升高 酶的催化能力也相应升高 高于最适pH时 随着pH的升高 酶的活性逐渐下降 pH过高或过低会使蛋白质变性 当蛋白质变性后 酶也就完全丧失了活性 A pH对酶的影响 B 果胶酶的最适pH 酶的抑制剂 Fe3 Ca2 Zn2 等金属离子对果胶酶有抑制作用 四 果胶酶的用量 课题1果胶酶在果汁生产中的应用 二实验设计 实验设计的两个基本原则 1 对照原则 2 单因子变量原则 果胶酶的活性受温度影响 处于最适温度时 活性最高 高于或低于此值时活性均下降 果肉的出汁率 果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正比 一 探究温度对果胶酶活性的影响 1 实验原理 提示 必修1中已研究过温度对唾液淀粉酶活性的影响 掌握了在一恒定的PH下通过设置温度梯度来确定酶催化反应的最适温度的方法 如何通过实验获知最适温度 你将如何设置温度梯度呢 你能设计出具体的实验操作步骤吗 2 实验操作流程 步骤 搅拌器搅拌制成苹果泥 均分装入 9支试管 果胶酶水溶液 等量 9支试管 将分别装有苹果泥和果胶酶的试管9组分别放入300C 350C 400C 450C 500C 550C 600C 650C和700C的恒温水箱中保温 试管内温度稳定后 将果胶酶加入相同温度的苹果泥内恒温保持10分钟 过滤果汁 用量筒测量果汁的量 填入表格 设计记录数据的表格 结果分析与评价 A 根据表中数据画曲线图 P45B 据曲线说明温度是如何影响酶的活性的 如果你绘制的曲线图中无法判断出最适温度 你将如何改进实验方法 例1 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果汁率 为研究温度对果胶酶活性的影响 某学生设计了如下实验 10分 将果胶酶与苹果泥分装于不同试管 在10 水浴中恒温处理10分钟 如图A 将步骤 处理后的混合物过滤 收集滤液 测量果汁量 如图C 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 将步骤 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 根据上述实验 请分析回答下列问题 1 果胶酶能破除细胞壁 是因为果胶酶可以促进细胞壁中 的水解 2 实验结果表明 当温度为 时果汁量最多 此时果胶酶的活性 当温度再升高时 果汁量降低 说明 3 实验步骤 的目的是 果胶 40 最高 温度升高 降低了酶的活性 使得酶与果泥处于同一温度条件下 二 探究pH对果胶酶活性的影响 果胶酶的活性受pH影响 处于最适pH 酶的活性最高 高于或低于此值活性均下降 果肉的出汁率 果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正比 1 实验原理 2 实验操作步骤 试一试 将分别装有苹果泥和果胶酶的试管在同一恒温水箱中恒温加热 过滤果汁 用量筒测量果汁的量 填入表格 确定最适pH并画曲线图 将5组试管的苹果泥和果胶酶的PH分别调到5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 再把pH相等的果胶酶溶液和苹果泥相混合 保持恒温一段时间 搅拌器搅拌制成苹果泥 均分装入 5支试管 果胶酶水溶液 等量 5支试管 结果分析与评价 三 探究果胶酶的用量 实验原理 在一定的条件下 随着酶浓度的增加 果汁的体积增加 当酶浓度达到某一数值后 在增加酶的用量 果汁的体积不再改变 此值即是酶的最适用量 探究果胶酶的用量是建立在探究最适温度和pH对果胶酶活性影响的基础之上的 此时 研究的变量是 其他因素都应 果胶酶的用量 保持不变 实验提示 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 作业 实验设计 探究果胶酶的用量 2 实验操作 1 配制不同浓度的果胶酶溶液和制备水果泥 配制不同浓度的果胶酶溶液准确称取纯的果胶酶1mg 2mg 3mg 4mg 5mg 6mg 7mg 8mg 9mg 配制成相等体积的水溶液 取等量放入9支试管中 并编号1 9 制备水果泥搅拌器搅拌制成苹果泥并称45g 等量装入9支试管中 并编号1 9 2 将上述试管放入恒温水浴加热一段时间 3 将不同浓度的果胶酶分别迅速与各试管的苹果泥混合 然后再放入恒温水箱中 4 恒温水浴约20分钟 5 过滤后测量果汁的体积并填写表格 一般为50mg l左右 因为用此浓度处理果汁2 4小时后果汁率增加10 后不再增加 在最适温度和pH条件下制作1升苹果汁 使用多少果胶酶最合适 6 结果分析与评价 在实际的操作过程中 还需要注意下列事项 1 与其他工业用酶基本相同 果胶酶的适宜温度范围也比较宽泛 因此 可以选用10 作为温度梯度 设置的具体温度为10 20 30 40 50 和60 等 也可以尝试以5 作为温度梯度 2 苹果 橙子和葡萄等水果都可以作为反应物 水果不用去皮 如用苹果为原材料 一般可按每个中等大小的苹果加水100 200mL的比例进行搅拌 获得稀的苹果泥 3 果泥的用量可以采用5mL左右 果胶酶的用量可采用质量浓度为2 的果胶酶溶液2mL 4 水浴时间可以为20 30min 5 过滤果汁时 漏斗中应放置滤纸 6 探究pH对果胶酶活性的影响 只须将温度梯度改成pH梯度 并选定一个适宜的温度进行水浴加热 反应液中的pH可以通过体积分数为0 1 的氢氧化钠或盐酸溶液进行调节 练习 1 有两次瞬间高温灭菌 2 酶处理的时间相对较长 3 有离心分离步骤和浓缩步骤 1 关于酶的说法正确的是 A 果胶酶可以分解细胞壁的主要成分纤维素B 果胶酶是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物C 果胶酶不特指某种酶 而是分解果胶的一类酶的总称D 果胶酶的化学本质是蛋白质或RNA C 2 下列不是果胶酶成分的是 A 纤维素酶B 果胶分解酶C 多聚半乳糖醛酸酶D 果胶酯酶 A 3 下列叙述中对果胶酶的作用叙述错误的是 A 果胶酶是一种催化剂 可改变反应速度B 果胶酶能够分解果胶 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 D 4 下列与酶的活性有关的说法不准确的是 A 酶的活性是由蛋白质结构决定的 不受外界条件的影响B 酶的活性是指酶催化一定的化学反应的能力C 酶的活性受温度 PH等因素的影响D 酶活性高低与反应物浓度无关 A 5 下图纵轴为酶反应速度 横轴为底物浓度 其中能正确表示酶量增加1倍时 底物浓度和反应速度关系的是 B 6 下图中 横轴表示酶的反应条件 纵轴表示酶的反应速度 能正确反映温度 pH 时间和底物浓度与酶反应速度关系的是 A 甲 乙 丙 丁B 甲 甲 丙 丁C 甲 丁 乙 丙D 甲 甲 乙 丁 D 讨论 为什么在混合苹果泥和果胶酶之前 要将果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理 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 在探究温度的影响时 是否需要设置对照 如果需要 又应该如何设置 为什么 需要设置对照实验 不同的温度梯度之间就可以作为对照 这种对照称为相互对照 该实验中 哪个因素作为自变量 控制哪些因素不变 为什么要作这样的处理 温度作为变量 控制不变的量有 苹果泥的用量 果胶酶的用量和浓度 水浴的时间 反应的时间 混合物的PH和过滤的时间等 只有保证一个自变量 结果才能说明问题 想一想 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 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的催化分解果胶的能力 在不同的温度下 果胶酶的活性越大 苹果汁的体积就越大 能够确保酶的反应环境从一开