高中生物 4课题1 果胶酶在果汁生产中的作用教案 新人教版选修1

课题1果胶酶在果汁生产中的作用

［学习目标］1.了解果胶酶的作用及获取方法。2.学会检测果胶酶的活性。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。

知识点一果胶酶的作用、影响酶活性的因素与酶的用量

^<0知识梳理

1.果胶与果胶酶

(1)果胶

①成分：由01半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物。

②特点：不溶于02永。

③作用：是植物03细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一。

④对果汁加工的影响：果胶不仅会影响水果的03出汁率,还会使果汁变四浑浊。

(2)果胶酶：分解果胶的一类酶的总称。

①包括：03多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、01果胶酯酶等。

②作用：a.瓦解植物的细胞壁及胞间层，使榨取果汁变得更容易；

b.把果胶分解为可溶性的03半乳糖醛酸,使浑浊的果汁变得澄清。

③来源：C9植物、ED霉菌、口酵母菌和1细菌均能产生果胶酶。由丁霉菌发酵生产的果

胶酶是食品加工业中使用量最大的酶制剂之一，被广泛地应用于果汁加工业。

2.酶的活性与影响酶活性的因素

(1)酶的活性

①概念：酶催化一定QJ化学反应的能力。

②酶活性的高低的表示方法：在一定条件下，酶所催化的某一化学反应的02反应速度。

③酶反应速度的表示方法：单位时间内、单位体积中03反应物的减少量或03产物的增加

量。

(2)影响酶活性的因素：四温度、pH和05酶的抑制剂等。

3.果胶酶的用量

生产果汁时，为了使果胶酶得到充分的利用，节约成本，需要控制好酶的用量。

?问题思考］

1.果胶酶的合成场所在哪里?

提示：果胶酶的化学本质是蛋白质，其合成场所为核糖体。

2.微生物体内产生的果胶酶的作用是什么？

提示：微生物体内产生的果胶酶能够分解植物细胞壁和胞间层，从而获得自身需要的营

养物质。

②

典题分析

题型一正确理解果胶酶和纤维素酶的异同点

［例1］下列关于果胶酶的叙述正确的是()

①纤维素酶和果胶酶也可以分解细菌细胞壁②果胶酶能将果胶分解成半乳糖醛酸③

植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶④果胶酶和纤维素酶分别指分解果胶和纤维素

的一种酶⑤纤维素酶和果胶酶可用于去除植物细胞壁⑥组成果胶酶的基本单位是氨基酸

和核甘酸

A.①②⑤B.②③⑥

C.③④⑥D.②③⑤

解题分析细菌细胞壁的成分是肽聚糖，不能被纤维素酶和果胶酶分解，①错误；果胶

酶水解果胶的产物是半乳糖醛酸，②正确；植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶，③

正确；果胶酶特指分解果胶的一类酶，纤维素酶是分解纤维素的一种复合酶，④错误；植物

细胞壁的成分主要为纤维素和果胶，根据酶的专一性，可用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞

壁，⑤正确；果胶酶的本质是蛋白质，其基本单位是氨基酸，⑥错误。

答案D

题后归纳

(1)纤维素酶是一种复合酶，而果胶酶是一类酶。一类酶与复合酶不同，一类酶中每一种

酶都能独立发挥作用，复合酶则需要各种成分共同协作完成催化作用。

(2)由于植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，因此可以用纤维素酶和果胶酶去除植物

细胞的细胞壁。由于原核生物的细胞壁的主要成分是肽聚糖，真菌细胞壁的主要成分是几丁

质，因此这两类生物的细胞壁不能用纤维素酶和果胶酶去除。

知识点二探究温度和pH对果胶酶活性的影响和果胶酶的用量

知识梳理

1.探究温度和pH对果胶酶活性的影响

（1）实验原理

①果胶酶的活性受温度（或pH）影响，处于他最适温度（或pH）时,酶的活性最高。

②果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成C2正比。

（2）实验过程

搅拌器搅拌制成苹果泥果胶前水溶液

均分装人|等量装人

9支试管9支试管

\/

各取一支分9组分别放入30℃、35℃,40℃、45℃、

50℃,55℃,60℃,65℃,70℃恒温水箱中恒温加

热（或各取一支分9组分别调整pH为5.0、5.5、

6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0）

待试管内温度（或pH）稳定后，将果胶

酶加入幽幽温度（或pH）的苹果泥内

保持1。min

（3）操作提示

①各实验组中苹果泥的用量和果胶酶的用量要严格控制，比例05适当且用量相等。

②苹果泥和果胶酶混合前要进行恒温(或恒pH)处理，时间不宜太长。

③要严格控制各实验组的四辿、♦温度、操作的程序等。

④在探究不同03血对果胶酶活性的影响时，可以用质量分数为0.1%的NaOH溶液和盐酸

进行调节。原因有二：一是0.1%的NaOH碱性较小，可对pH进行细微调整；二是Na+并不参

与酶的催化。

⑤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，应用四玻璃棒不时地搅

拌反应混合物，但不宜国剧烈。

(4)结果分析

根据实验数据绘制出温度和pH对果胶酶活性影响的曲线图，最终得到果胶酶的最适温度

和pH„

①

°最适温度温度

图1

a.最适温度时，酶的活性最高。

b.低于最适温度时，随着温度的升高，酶的活性逐渐口增强。

c.高于最适温度后，随着温度升高，酶的活性迅速因下降,直至国完全丧失。果胶酶的

最适温度为45〜50℃。

②

图2

a.在最适pH时，酶的活性最高。

b.低于最适pH时，随着pH的降低，酶的活性逐渐口隆低，过酸会使酶已变性失活。

c.高于最适pH时，随着pH的升高，酶活性逐渐EB降低,直到活性口全部丧失。果胶酶

的最适pH范围为3.0~6.0。

2.探究果胶酶的用量

(1)实验原理：在一定条件下，随着酶浓度的增加，过滤到的果汁的体积仅增加；当酶浓

度达到某一数值后，再增加酶的用量，过滤到的果汁的体积不再改变，这个值就是酶的02最

适用量。

(2)实验过程

分别称取纯果胶酶1mg、

2mg、3mg',…9mg酉已成制取苹果泥

网等体积的酶溶液

取回等量分取等量分

别装入别装入

9支试管9支试管

\/

将上述试管放入50箫恒温水浴锅中平衡内外温度

一段时间后将不同浓度的果胶酶分别与对应试

管的苹果泥混合后，再放入50曾恒温水浴锅中

1

反应约20min

I

过滤果汁，并用量筒测量体积，填入表格

盛有苹果泥试管123456789

盛有果胶酶试管123456789

果汁量(mL)

(3)操作提示

①在探究酶的用量实验中，除了酶的用量以外，影响果汁产量的因素还有：回但、03遍

度、03酶催化反应的时间、G3苹果泥的用量等,这些因素应03相同且田适宜。

②实验中所用的果胶酶应尽量使用纯酶制剂，以免影响对酶用量的估算。

(4)结果分析

根据实验数据绘制出不同果胶酶用量与果汁体积关系的曲线图(如下图所示)。

体积

(mL)

0酶的用量

a.如果随着酶的用量增加，过滤到的果汁的体积也增加，说明口酶的用量不足;当酶的

用量增加到某个值后，再增加酶的用量，过滤到的果汁的体积不再改变，说明酶的用量已经因

足够,那么，这个值就是酶的外最适用量。

b.如果设定的果胶酶的用量梯度无法满足实验要求，即出现过高或过低现象，应及时M

调整梯度范围。

JJ刁L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（或恒pH）处理？

提示：目的是保证底物和酶在混合时的温度（或pH）相同，避免苹果泥与果胶酶混合时影

响混合物的温度（或pH）,从而影响果胶酶的活性。

2.在探究温度或pH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？

提示：需要设置对照实验。不同的温度梯度之间或不同的pH梯度之间就可以作为对照，

这种对照称为相互对照。因为只有对照才能说明酶的最适温度或pHo

3.当探究温度对果胶酶活性的影响时，哪些因素是自变量，哪些因素应该保持相同？

提示：温度是自变量，应控制苹果泥量、果胶酶的浓度和用量、反应时间和混合物的pH

等所有其他条件相同，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。

4.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，因此苹果汁体积的

大小反映了果胶酶催化分解果胶的能力。在不同的温度或pH下，果胶酶的活性越大，过滤到

的苹果汁的体积就越大。

②

、一*'典题分析

题型二果胶酶相关的探究实验中有关变量的考查

［例2］探究温度对果胶酶活性的影响、pH对果胶酶活性的影响、果胶酶的用量三个实

验中，自变量依次是（）

A.温度、酶活性、果胶酶用量

B.苹果泥用量、pH、果胶酶用量

C.反应时间、酶活性、果胶酶用量

D.温度、pH、果胶酶用量

答案D

［例3］下列有关果胶酶及与果胶酶有关的实验探究的叙述，正确的是（）

A.探究果胶酶的最适用量时，pH、温度不影响实验结果

B.探究温度对果胶酶活性的影响时，pH属于无关变量，各实验组只要保持一致即可

C.探究不同pH对果胶酶活性的影响时，可以用浓盐酸进行调节

D.可以用相同时间内过滤到的果汁体积来确定果胶酶的最适用量

解题分析探究果胶酶的最适用量时，pH、温度会影响实验结果，实验中要保持pH、温

度相同且适宜，A错误；探究温度对果胶酶活性的影响时，pH为无关变量，各实验组要保持

一致且应为最适pH,B错误;探究不同pH对果胶酶活性的影响时，可以用质量分数为0.1%

的NaOH溶液和盐酸进行调节，C错误；可用相同时间内过滤得到的果汁体积来确定果胶酶的

最适用量，D正确。

答案D

题后归纳

实验探究中的变量控制

实验名称

自变量因变量注意事项

（目的）

①底物和晦在混合时

的温度是相同的

②温度梯度越小，实

探究温度对

果汁量验结果越精确

果胶酶活温度

（澄清度）③苹果泥和果胶酶用

性的影响

量在各个试管应相同

且比例适当

④pH应为最适pH

①温度应为最适温度

②pH梯度可用质量

探究pH对

果汁量分数为0.1%的NaOH

果胶酶活pH

（澄清度）和盐酸调节

性的影响

③用玻璃棒搅拌使反

应充分进行

实验名称

自变量因变量注意事项

（目的）

①制备革果匀浆后迅

速加热，使苹果匀浆

探究果胶果胶酶果汁量

中果胶酶变性

酶的用量的用量（澄清度）

②温度、pH应为最适

且保持不变

题型三影响酶活性因素的分析

［例4］如图分别表示温度、pH与酶活性的关系，下列叙述不正确的是（）

A.曲线①上的b点对应的温度表示该酶的最适温度

B.人体内胃蛋白酶的活性变化与曲线②相似

C.曲线②③说明不同的酶有不同的最适pH

D.酶活性随温度的升高而增强

解题分析分析题图可知，曲线①上的b点，反应速率最大，说明该点酶活性最高，此

时对应的温度是该酶的最适温度，A正确；胃蛋白酶的最适pH是1.5,其活性变化可用曲线

②表示，B正确；曲线②③说明不同的酶有不同的最适pH,C正确；低于最适温度时，随温度

的升高，酶的活性增强，超过最适温度后，随温度的升高酶活性减弱，直至完全丧失，D错误。

答案D

题后归纳

温度和pH都能影响酶的活性，但结果并不完全相同。低温使酶的活性受到抑制，但酶的

结构不变，随着温度升高，酶的活性会恢复；而高温、强酸、强碱会破坏酶的空间结构，使

酶不可逆地失活。

课堂小结

「果胶:植物回细胞壁以及物胞间层的主要组

胶

果成成分之一

果

-和［-包括:网多聚半乳糖醛酸酶、网果胶

胶

酶—果胶_分解酶、蚓果胶酯酶等

酶］作用:分解随］果胶,瓦解植物的细

果胶

酶在胞壁和胞间层

果汁-表示方法:单位时间内、单位体积中反应物

生产酶活—的应］减少量或产物的网增加量

桂

中的

1-影响因素:温度、pH、酶的抑制剂等

作用

「探究画遍度对酶活性的影响

匚设计--探究画］对对酶活性的影响

-探究囿果胶酶的用量

当堂检测一一查漏补缺巩固提升

1.下列关于果胶酶作用的叙述错误的是（）

A.分解果胶，从而瓦解水果细胞的细胞壁和胞间层

B.可将果胶分解成半乳糖醛酸，使水果汁变澄清

C.分解水果细胞壁中的纤维素和果胶以及细胞间质

D.果胶酶是一种催化剂，可以改变化学反应的速度

答案C

解析果胶酶能够分解果胶，将果胶分解成半乳糖醛酸，瓦解植物细胞的细胞壁及胞间

层，使榨取果汁更容易，使果汁变澄清，A、B正确；果胶酶不能分解纤维素，C错误；果胶

酶是一种催化剂，可以改变化学反应的速度，D正确。

2.在“探究pH对酶活性的影响”的实验中，不正确的是（）

A.自变量是pH

B.控制不变的量有温度、底物浓度、酶浓度、反应时间等

C.可以通过测定滤出的果汁的体积来判断果胶酶的最适pH

D.pH过低时，果胶酶活性变小，但是不会失活

答案D

解析在探究pH对酶活性的影响的实验中，自变量是pH,A正确；设计实验要遵循单一

变量原则，严格控制无关变量，此实验中的无关变量有温度、底物浓度、酶浓度、反应时间

等，无关变量应相同且适宜，B正确；可以根据相同时间内滤出果汁的体积来判断果胶酶的最

适pH,C正确；如果pH过低，可引起蛋白质结构改变，从而使果胶酶丧失活性，D错误。

3.关于探究果胶酶最适用量的实验，下列有关叙述不正确的是（）

A.各组需加入等量不同浓度的果胶酶溶液

B.要保证各组适宜并相同的pH和温度等条件

C.需要检测不同反应时间条件下的生成物量

D.几组实验之间可形成相互对照，不需单设空白对照

答案C

解析根据题干可知，本实验的自变量是不同浓度的果胶酶溶液，所以需要设计多个实

验组形成相互对照，不需单设空白对照，D正确；每组加入等量的不同浓度的果胶酶溶液，其

他无关变量（温度、pH等）都保持相同且适宜，A、B正确；反应时间是无关变量，各组保持适

宜且一致，C错误。

4.下图表示酶活性与温度的关系。下列叙述正确的是（）

酶

活

性

A.当反应温度由为调到最适温度时，酶活性下降

B.当反应温度由心调到最适温度时，酶活性上升

C.酶活性在G时比。高，故友时更适合酶的保存

D.酶活性在心时比友低，表明心时酶的空间结构破坏更严重

答案B

解析酶的作用条件比较温和，在最适温度时，酶的活性最高，温度偏低或偏高，酶的

活性都会明显降低。当反应温度由△调到最适温度时，酶活性升高，B正确；友时，酶的空间

结构可能遭到破坏，调至最适温度时，酶活性上升或不变，A错误；低温更适合酶的保存，低

温心相比于友更适合酶的保存，C错误；酶在最适温度以下，活性低，但空间结构并没有被

破坏，在适宜的温度下活性可以恢复，D错误。

5.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，为探究温度对果胶

酶活性的影响，某学生设计了如下实验：

①将果胶酶与苹果泥分装于不同试管，在10℃水浴中恒温处理10min（如图A）o

②将步骤①处理后的果胶酶和苹果泥混合，再