20162017版高中生物第1部分微生物的利用实验4果汁中的果胶和果胶酶教案浙科版选修

实验4 果汁中的果胶和果胶酶课标解读重点难点1.探究制作果汁的最佳条件。2.检测果胶酶的活性，观察果胶酶对果汁形成的作用。1.设计实验探究温度或pH对果胶酶活性的影响。2.设计实验探究果胶酶的最适用量。一、果胶1果胶是植物细胞壁的主要成分。2果胶的组成：它由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成。3在山楂的果实中果胶含量最多。4果胶的作用：能将植物细胞粘合在一起，去掉果胶，就会使植物组织变得松散。由于果胶的作用，煮沸的山楂泥可以制成山楂糕。5果胶的特性：不溶于乙醇，这是鉴别果胶的一种简易方法。二、果胶酶1果胶酶的化学本质是：蛋白质。2作用：果胶酶和果胶甲酯酶可水解果胶。3可用于生产果胶酶的微生物有：黑曲霉、苹果青霉等。在不杀死细胞的情况下，如何使植物细胞分离和去除细胞壁？【提示】植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，胞间层的主要成分也是果胶，因此，可用果胶酶使细胞分离，用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。三、检测果胶酶活性的实验1实验设备匀浆机、小刀、100 mL的烧杯、沸水浴或酒精灯、试管、移液管、量筒。2实验材料山楂或苹果，每组10 g。黑曲霉提取液或果胶酶溶液、95%的乙醇。3实验目的(1)探究利用苹果或山楂匀浆制作果汁的最佳条件，也是检测果胶酶的活性。(2)了解果胶酶对果汁形成的作用和收集果胶酶的应用材料。4实验步骤(1)用小刀除去苹果或山楂果实中带种子的部分，切成块后，放入匀浆机中，再加入少量水制成匀浆。(2)取两个100 mL的烧杯，编号为A、B，各加入5 g匀浆液，再向A号烧杯中加入10 mL黑曲霉提取液或果胶酶溶液，B号烧杯中加入10 mL水，间歇搅拌2030 min。(3)取4支试管，编号14，将A烧杯中的混合物放入1号和2号试管中，每管放入4 mL，将B烧杯中的混合物放入3号和4号试管中，每管放入4 mL，将1、3号试管放在沸水浴中或酒精灯上加热，观察。2,4号试管不加热。(4)向上述4支试管中各加入95%的乙醇4 mL，观察。5实验结果烧杯号试管号处理加酒精前现象加酒精后现象A1加热果汁混浊有沉淀2不加热果汁澄清无沉淀B3加热果汁浑浊有沉淀4不加热果汁浑浊有沉淀6.实验结论果胶酶能水解果胶，提高果汁的澄清度，高温能破坏果胶酶的活性，不利于制作果汁。上面的四支试管哪一个是实验组？哪些试管之间存在对照？【提示】2号试管为实验组。2和1,2和 4之间存在对照。果胶与果胶酶1.果胶果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成物质之一，由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成。新鲜水果、植物的根、叶和茎中果胶特别丰富。果胶不溶于乙醇这是鉴别果胶的一种简易方法，果胶本身不溶于水，但由于含有亲水基团，果胶与水有强大结合力，是有力的凝胶化剂，在食品、制药和化妆品工业中有广泛用途。2果胶酶(1)果胶酶及其来源果胶酶是指水解果胶的多种酶的总称，此外水解果胶还需果胶甲酯酶。植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶由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)果胶酶的作用果胶酶能够分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层，使榨取果汁变得更容易，而果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸也使得浑浊的果汁变得澄清。(3)果胶酶在果汁生产上的应用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。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。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。在葡萄酒酿造中加入果胶酶能起到澄清作用，还可促使葡萄汁中的酒石酸发生沉淀。果胶酶可用于橘子脱囊衣，制造果粉和低糖果冻。果胶酶并非特指某一种酶，而是分解果胶的一类酶的总称。包括半乳糖醛酸酶、果胶分解酶及果胶酯酶等。下列与果胶酶相关的叙述不正确的是()A果胶酶不仅存在于植物细胞中，也存在于许多微生物细胞中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果胶酶由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成【思路点拨】果胶酶的化学本质为蛋白质，果胶是由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成的；果胶酶广泛存在于植物细胞及霉菌、酵母菌和细菌等微生物细胞中。果胶酶能够分解果胶、瓦解植物细胞壁及胞间层。在果汁中加入果胶酶，可使果胶水解为可溶性半乳糖醛酸，从而使果汁变得澄清。【答案】D1下列与果胶及果胶酶相关的叙述不正确的是()A果胶和纤维素是植物细胞壁的主要成分，故用纤维素酶和果胶酶可将植物细胞壁水解B煮沸的山楂泥可制成山楂糕，就是由于果胶的作用C果胶酶不溶于乙醇，这是鉴别果胶酶的一种简易方法D许多微生物也可用于生产果胶酶【解析】果胶酶属蛋白质，在乙醇中有较高的溶解度，果胶不溶于乙醇，这是鉴别果胶的一种简易方法。【答案】C果胶酶活性制约因素的相关实验1.探究温度对果胶酶活性的影响(1)实验原理果胶酶活性受温度影响。处于最适温度时，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)操作步骤实验温度30 35 40 45 50 55 60 65 70 果汁量(mL)(3)注意事项在混合苹果泥和果胶酶之前进行恒温处理的目的是保证底物和酶在混合时的温度是相同的，避免混合后的温度变化，确保实验结果的准确性。通过测定滤出的苹果汁的体积大小来判断果胶酶的活性的原理是：果胶酶将果胶分解为小分子物质，可通过滤纸，因此苹果汁的体积大小反映了果胶酶催化分解果胶能力的大小。本实验的实验对象是酶的活性，温度作为自变量，属于探究性的定量实验。自变量温度可设置梯度来确定最适值。温度梯度越小，实验结果越精确。本实验仍是对照实验(相互对照)，每支试管中苹果泥和果胶酶的用量要严格控制相等。严格控制各实验组的pH、操作的程序等。2探究pH对果胶酶活性的影响(1)实验原理果胶酶的活性受环境pH的影响。在一定pH下，酶反应具有最大速度，高于或低于此值，反应速度下降，称此pH为酶活性的最适pH。(2)实验流程及注意问题用搅拌器搅拌制苹果泥，苹果泥来源要相同(最好是同一种苹果)。将分别装有苹果泥和果胶酶的试管在恒温水浴中保温。将苹果泥和果胶酶分别加入9组实验用的试管中(pH梯度可设置为5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0)，并快速混合调节pH。混合后放进恒温水浴中反应一段时间。将试管中混合物过滤，并用量筒量取果汁体积，比较果汁多少，确定最适pH。记录实验结果。pH5.05.56.06.57.07.58.08.59.0果汁量(mL)某实验小组为探究果胶酶的最适温度，设计了以下实验：用搅拌器搅拌制取一定量果泥备用，配制质量分数为2%的果胶酶溶液备用，按以下操作步骤进行：试管号操作123456加入果泥(mL)8ABCDE水浴恒温()102030405060加入果胶酶(mL)2FGHIJ反应时间 min303030303030比较果汁澄清度过滤比较出汁量(1)该实验的自变量是_，因变量是_。(2)请填写表格中字母所代表的数值，并解释原因。_。(3)为使效果更明显，本实验还要考虑其他因素对酶的影响，请列举三点：_、_、_。(4)本实验检测因变量的方法有两种，分别是_、_。【思路点拨】(1)本实验的6支试管水浴温度设置不同，因此实验的自变量是温度，因变量是酶的活性，通过果汁的澄清度和出汁量来检测。(2)实验研究的自变量是温度，因此果泥的量和果胶酶的量为无关变量，无关变量要相同。(3)影响各试管反应的因素还有pH、水果的粉碎程度、果泥与果胶酶的混合程度、反应时间等。(4)果胶酶的活性高，果胶分解彻底，果汁的澄清度高，果汁出汁量大；果胶酶的活性低，果胶分解不彻底，果汁的澄清度低，果汁出汁量小。【答案】(1)温度果胶酶的活性(2)A、B、C、D、E均为8，F、G、H、I、J均为2。这样可保证除自变量不同以外，其他无关变量都相同(3)本实验应将反应混合物调到果胶酶的最适pH为了使果胶酶与果泥能充分接触，应尽量将果泥与酶液混匀在反应中适当搅拌(其余合理也给分)(4)测果汁澄清度比较出汁量2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，为研究温度对果胶酶活性的影响某同学设计了如下实验：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)。将果胶酶与苹果泥混合，再次在10 水浴中恒温处理10分钟(如图B)。将步骤处理后的混合物过滤，收集滤液，测量果汁(如图C)。在不同温度条件下重复以上实验步骤，并记录果汁量如下：温度/1020304050607080果汁量/mL813152515121110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_。(4)为什么该实验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？_。【答案】(1)果胶(2)40 最高酶活性降低(3)使酶和苹果泥处于同一温度条件下(4)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果胶是植物组织的组成成分之一，它主要存在于植物组织的哪一部分？()A细胞核B细胞质C细胞间隙D细胞壁及胞间层【解析】果胶是植物细胞壁及胞间层的主要成分。【答案】D2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】首先要明确自变量、反应变量等基本概念，在此基础上，针对三个探究实验进行分析。【答案】D3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，应采取的措施是()A加大苹果泥用量B加大果胶酶用量C进一步提高温度D用玻璃棒不时地搅拌反应混合物【解析】用果胶酶处理果泥，可用玻璃棒不时地搅拌反应混合物以加大酶与底物的接触面积，使果胶酶能够更充分地催化反应。【答案】D4下列关于果胶酶的叙述，正确的是()具有分泌功能的细胞产生的凡是活细胞都能产生果胶酶果胶酶能将果胶分解成半乳糖醛酸植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶果胶酶特指分解果胶的一种酶纤维素酶和果胶酶可用于去除植物细胞壁组成果胶酶的基本单位是氨基酸或核苷酸ABCD【解析】酶是活细胞产生的一类具有催化能力的有机物；酶具有专一性和高效性；绝大多数酶的化学本质是蛋白质；果胶酶是一类酶的统称。【答案】C5现有磨浆机、烧杯、滴管、量筒、玻璃棒、漏斗、纱布、苹果、试管、质量分数为2%的果胶酶溶液、蒸馏水、一定浓度的盐酸和氢氧化钠溶液，下表是某小组利用上述材料进行的有关实验：(“/”表示不加)操作顺序项目烧杯甲乙丙丁1在烧杯中加入苹果泥20 mL20 mL20 mL20 mL2加入不同的液体2 mL蒸馏水4 mL蒸馏水2 mL盐酸2 mL氢氧化钠32 mL/2 mL2 mL4水浴恒温，玻璃棒搅拌15分钟15分钟15分钟15分钟请回答下列问题：(1)磨浆机的作用是_。(2)若要验证果胶酶的作用，应把_两个烧杯同时取出并_，观察并比较_。预期的实验现象与结果是：_。(3)比较烧杯甲、丙、丁可知：_能影响酶的活性。(4)表中处的内容是_。(5)请你设计一张表格，用来记录利用上述材料“探究果胶酶最适用量”的实验结果。【解析】通过表格可看出实验研究的是果胶酶的作用和pH(酸碱度)对果胶酶活性的影响。果胶酶的活性可通过果汁的澄清度和出汁量来检测。探究果胶酶最适用量的实验，自变量是果胶酶的量，应设置一系列试管，加不相同量的果泥，分别加入不同量的果胶酶，过滤果汁相同的时间，比较果汁的澄清度和出汁量。【答案】(1)制取苹果泥(2)甲与乙过滤相同时间果汁的体积与澄清度甲果汁的体积多于乙且比乙澄清(3)pH值(酸碱度)(4)质量分数为2%的果胶酶溶液(5)如下表：组号12345678910加入苹果泥的量(mL)质量分数为2%的果胶酶溶液量(mL)所得果汁的体积(mL)组号、加入苹果泥的量(mL)、质量分数为2%的果胶酶溶液量(mL)、所得果汁的体积(mL)四栏目必须有。(单位可以不用mL，如用滴等，组数也不定。)学业达标测评(二)果汁中的果胶和果胶酶1.在果汁加工中，果胶不仅会影响出汁率，还会使果汁浑浊，因此应加入果胶酶去除果胶，这表现出酶的()A多样性B高效性C专一性D受温度影响【解析】果胶酶可专一性地水解果胶，这体现出了酶催化作用的专一性特点。【答案】C2在探究温度对果胶酶活性的影响、pH对果胶酶活性的影响两实验中，实验变量依次为_，两实验的反应变量为_()A温度、反应时间，果汁量BpH、温度，苹果泥用量C温度、pH，果汁量D温度、pH，反应时间C【答案】C3下面是果胶与果胶酶关系的内容，其中正确的是()A果胶酶是一种能水解果胶的酶B果胶酶能水解果胶，因此，它与制取果汁有关C由于果胶酶能水解果胶，使植物组织变松散，因此在植物的细胞中不存在果胶酶D在山楂的果实中由于果胶酶含量最高，因此，课本实验的材料之一是山楂【解析】A项错在果胶酶不是一种能水解果胶的酶，而是一类酶的总称。C项阐述是错误的，因为虽然果胶酶能水解果胶，使植物组织松散，但是在植物细胞中还是存在果胶酶的，只是在不同生长时期，其含量不同，如成熟果实就比幼嫩果实的果胶酶含量高，这也是成熟果实比较柔软的原因。D项错在课本实验选用山楂为实验材料之一，并非因为果胶酶，而是因为其果胶含量高。【答案】B4pH对果胶酶活性影响的实验中，不正确的是()A自变量是不同的pH梯度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最适pHDpH过低时，果胶酶活性变小，但不失活【解析】强酸、强碱、高温都会导致酶变性失活，只有低温抵制酶的活性，但不使其变性失活。【答案】D5下列关于果胶的叙述正确的是()A果胶是细胞壁组成成分中含量最多的物质B煮沸的山楂泥可制成山楂糕，是由于果胶酶的作用C果胶只能被果胶酶水解D若去掉果胶，就会使植物组织变得松散【解析】细胞壁成分中含量最多的是纤维素；煮沸的山楂泥可制成山楂糕，是由于果胶的作用，不是果胶酶的作用；果胶酶和果胶甲酯酶都可水解果胶。【答案】D6果胶酶能使浑浊的果汁重新变得澄清；果酒、啤酒等放久后易产生蛋白质沉淀而变浑浊，加入少量的菠萝蛋白酶就可使沉淀消失，防止浑浊，加入其他种类的酶则无济于事，这些可作为验证什么的实例()A酶的催化作用受环境的影响B酶的化学成分主要是蛋白质C酶的催化作用具有高效性D酶的催化作用具有专一性【解析】果汁浑浊是由于不溶性果胶的存在，果胶酶可催化果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸，使浑浊的果汁重新变得澄清。果酒、啤酒浑浊是由于产生了蛋白质沉淀，蛋白酶能催化蛋白质水解成可溶性的氨基酸或小分子的肽。这些实例都验证了酶的催化作用具有专一性。【答案】D7下列关于果胶酶的作用叙述错误的是()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【解析】酶是催化剂，可以改变化学反应速度；细胞壁和胞间层中含有果胶，在生产果汁时，加入果胶酶能提高出汁率，也能使果汁变得澄清；果胶酶能够将果胶分解为可溶性的半乳糖醛酸，从而达到使果汁变澄清的目的；酶具有专一性，果胶酶只能把果胶催化分解为半乳糖醛酸，而不能催化分解乳糖醛酸。【答案】D8我国水果生产发展迅速，由于收获的季节性强，易造成积压，腐烂变质，为了解决上述问题且满足不同人群的需求，可以将水果加工制作成果汁、果酒、果醋等。在果汁生产中要用到果胶酶，某生物研究小组为了探究果胶酶的某些特性，进行了如下实验：图1(1)实验方法：请将图1中所示的操作进行排序_。(2)实验结果：对照组与实验组进行了相同时间的实验，结果如图2所示：图2图中自变量是温度，除此之外还可用_表示。A酶的浓度 B苹果泥的量C水的加入量DpH图中的纵坐标还可用_来表示。实验小组改变了实验条件后重复做实验，得到曲线乙，苹果汁的澄清度最高点对应的横坐标是同一位置的原因是_。步骤c中在果胶酶和苹果泥混合前，将两者分装在不同试管中恒温的目的是_。【解析】(1)实验顺序是：准备水果泥和配置果胶酶、水果泥和果胶酶分别水浴保温、水果泥和果胶酶混合保温、过滤果汁后用量桶计量。(2)果胶酶的活性受温度、pH等条件的影响，而与底物的量、酶的浓度和水的加入量没有关系，所以每一种酶的最适pH和最适温度是一定的。衡量实验结果的指标中有两种，一是果汁的量，另一个是果汁的澄清度。为使实验中达到相应的设计温度，必须使酶与底物分别保温达到要求后才能混合。在相同温度条件下，pH、酶的浓度和底物浓度也会改变反应速率。【答案】(1)acdb(2)D苹果汁的体积同一种酶的最适温度是一定的，不会因酶的浓度、底物的量的不同而改变保证底物和酶在混合时的温度是相同的，避免底物和果胶酶混合时改变混合物的温度，从而影响果胶酶活性9酶解法制备原生质体的原理是利用酶溶液对细胞壁成分的降解作用。蜗牛酶液从蜗牛(以植物为食)消化腺中提取；果胶酶、纤维素酶从微生物中提取。为了研究不同酶液的酶解效果，某实验小组取无菌烟草幼叶，切成相同大小的小片，等量放入6支试管中，试剂用量和实验结果见下表。请回答有关问题。试管编号项目蒸馏水(mL)201111缓冲液(mL)0210.50.50.5果胶酶液(mL)0000.500蜗牛酶液(mL)00000.50纤维素酶液(mL)000000.5实验结果(绿色深浅程度)(注：“”越多表示绿色越深，“”表示颜色无显著变化)(1)实验过程中，需要轻摇试管，其目的是_，使原生质体从叶小片中游离出来，以便观察悬浮液绿色的深浅。(2)从绿色的深浅可推测：蜗牛酶液酶解效果最好，原因是蜗牛酶液含有_等多种酶。该实验中_是空白对照组，其设置意义是_。(3)用网筛过滤原生质体到离心管内，离心后收集沉淀物，并用_洗涤。(4)原生质体是否符合要求还需进行检验，其检验的方法是_。解析：(1)实验过程中，需要轻摇试管，可以使细胞与酶充分接触，可以提高酶解效果。(2)蜗牛以植物为食，所以其消化腺中含有果胶酶和纤维素酶，、没有添加酶溶液，为空白对照组。其目的是排除无关变量的干扰。(3)离心后收集沉淀物，并用等渗溶液清洗，目的是保持细胞的正常形态。(4)要用低渗涨破法来检验原生质体是否符合要求，若没有细胞壁则可以涨破，有则不能涨破。【答案】(1)为了使细胞与酶充分接触，提高酶解效果(2)果胶酶和纤维素酶、排除无关变量的干扰(3)等渗溶液(4)低渗涨破法12