2019-2020年高中生物 第2章 酶技术 第5课时 果胶酶的制作方法及作用同步备课教学案 北师大版选修1.doc

2019-2020年高中生物 第2章 酶技术 第5课时 果胶酶的制作方法及作用同步备课教学案 北师大版选修1学习导航1.阅读教材P2829内容，认识果胶、果胶酶，掌握果胶酶的制作。2.结合教材P3031内容，观察果胶酶对苹果匀浆的作用。重难点击1.概述果胶酶和果胶的概念。2.尝试果胶酶的制作。3.观察果胶酶对苹果匀浆的作用。一、果胶、果胶酶及其应用在生产中，制作果汁时往往出汁率低、耗时长，而且果汁浑浊、易沉淀，人们常使用果胶酶来解决这些问题。1.果胶果胶广泛存在于高等植物特别是水果和蔬菜的组织中，是植物细胞胞间层和初生壁的重要成分，在植物的细胞组织中起着黏合的作用，它的分解会引起细胞的离散。2.果胶酶(1)概念：是能够分解果胶的多种酶的总称，除了含有果胶分解酶外，还含有少量的纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶和蛋白酶等。工业上生产的果胶酶全部是复合酶。国产的果胶酶多是利用黑曲霉菌种，经深层液体培养发酵后制得，含有酯酶、水解酶和裂解酶3个组分。(2)分布：广泛存在于植物果实和微生物中。(3)应用：在果蔬汁生产中，使用果胶酶的主要目的是提高果汁产量，降低果汁的黏度，有利于果汁的浓缩，同时还可改进果汁的透明度、可过滤性和稳定性。3.酶技术(1)酶技术中的重要内容包括酶的分离提纯及大批量生产。酶的提取及分离纯化的基本任务是把酶从生物体中提取出来，并使之达到与使用目的相适应的纯度。(2)由于使用的目的、环境不同，对酶的纯度要求差异很大。工业上用的酶制剂，用量大，要求纯度不高，如纺织业上的织物退浆、皮革业中的动物皮脱毛等使用粗酶制剂即可。食品工业对酶制剂纯度有一定的特殊要求。在一些特定情况下，如鉴定酶、研究用酶和静脉注射用酶等，需要用纯化的酶。1.果胶、果胶酶(1)从果胶是植物细胞胞间层和初生壁的重要成分方面思考，果胶对果汁生产有哪些不利影响？答案果胶会影响出汁率；果胶还会使果汁浑浊。(2)果胶酶是否特指分解果胶的一种酶？该酶的化学本质是什么？答案否，果胶酶是分解果胶的多种酶的总称；果胶酶的化学本质是蛋白质。(3)分析下图，回答果胶酶的作用原理。答案果胶酶能分解果胶，瓦解植物细胞胞间层和初生壁，使得浑浊的果汁变得澄清，而果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸。2.产生果胶酶的生物(1)能够产生果胶酶的生物有哪些？答案能够产生果胶酶的生物包括植物、霉菌、酵母菌和细菌等。(2)食品工业生产中需要的果胶酶主要来自什么生物？答案食品工业生产中需要的果胶酶主要来自霉菌发酵。可生成果胶酶的霉菌有黑曲霉、米曲霉和文氏曲霉等。归纳总结(1)纤维素与果胶的比较相同点不同点纤维素都是高分子化合物都不溶于水都参与细胞壁的组成组成的基本单位：葡萄糖分解所需的酶：纤维素酶，将纤维素分解为葡萄糖果胶组成的基本单位：半乳糖醛酸分解所需的酶：果胶酶，将果胶分解为可溶性半乳糖醛酸(2)果胶与果胶酶的比较项目基本单位组成果胶半乳糖醛酸半乳糖醛酸聚合而成的高分子化合物果胶酶氨基酸果胶分解酶、纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶和蛋白酶等1.果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，它不包括()A.纤维素酶 B.果胶分解酶C.乳糖分解酶 D.淀粉酶答案C解析果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，包括纤维素酶、半纤维素酶、果胶分解酶、淀粉酶，不含有乳糖分解酶。2.蒸熟的苹果具有很好的止泻作用，这是因为苹果中果胶的“立场”不太坚定，未经加热的生果胶可软化大便，与膳食纤维共同起着通便的作用，而煮过的果胶则摇身一变，不仅具有吸收细菌和毒素的作用，而且还有收敛、止泻的功效。下列有关果胶的叙述，不正确的是()A.果胶是植物细胞壁的主要成分之一B.酵母菌可产生果胶酶，是因为酵母菌的细胞壁中也含有果胶C.果胶酶能够分解果胶D.果胶影响出汁率答案B解析果胶是植物细胞壁的组成成分。细菌、真菌等虽然有细胞壁，但其细胞壁中不含果胶成分。一题多变(1)两位同学用足量的果肉制作果汁，甲同学使用了果胶酶而乙同学没有使用，过了相同的时间后，二位同学制作的果汁有何区别？答案在果汁量和果汁澄清度两个方面均有区别，甲同学由于使用了果胶酶，所以果汁量较多且澄清度也较高。(2)果胶酶可以催化果胶的水解，而纤维素酶不能催化果胶的水解，这体现了酶的何种特性？答案酶的专一性。二、果胶酶的制作及对苹果匀浆的作用果胶酶有着重要的工业用途，我们可以通过下面的实验来提取果胶酶并验证它在果汁生产中的作用。1.实验原理(1)在低温下用水或低盐缓冲液从破碎组织匀浆中抽提酶，即让酶溶解在低盐缓冲液中，这样得到的酶液叫做酶的粗提液。果胶酶可被NaCl溶液抽提并激活。由于酶是有活性的蛋白质，其活性受许多因素的影响，所以酶的提取要在低温、合适的pH下进行。为了提高酶的活性有时还要加入酶的激活剂。(2)果胶溶于水形成黏稠状液体，新鲜苹果汁由于含果胶而混浊，在果胶酶的作用下，苹果汁中的果胶会被分解而使果汁变得澄清。2.果胶酶制作的基本步骤步骤操作操作提示制匀浆取材洗净剪碎研磨，边研磨边加入质量分数为10%的NaCl溶液不要一次加够，如果一次全部加入，材料易漂浮，不易研磨碎，抽提效果不好过滤用滤纸或5层纱布过滤，取滤液此操作的目的是为了除去不溶物离心将滤液倒入离心管中，4 000 rpm下离心15 min离心前要将盛有样品的离心管等重对称放置。此操作的目的也是为了除去不溶物保存取上清液，用0.1 mol/L的冰乙酸调节pH为34，04保存备用果胶酶的最适pH在34的范围之间，调pH为34的目的是保证酶的最大活性。低温可以抑制酶的活性，便于酶的保存3.观察果胶酶对苹果匀浆的作用(1)制作苹果滤液：制匀浆90 保温冷却过滤滤液。制作的苹果匀浆要在90 水浴条件下保温4 min，目的是把苹果匀浆本身的果胶酶灭活。(2)分组编号：取两支试管，编号为试管1和试管2，各加入40 mL滤液。(3)自变量处理：试管1加入适量的酶液，试管2加入煮沸的等量酶液，振荡摇匀。(4)观察结果：一段时间后，观察并记录苹果匀浆的澄清度。1.观察果胶酶对苹果匀浆的作用实验中，如果提取的酶浓度较低，而对样品的澄清效果用肉眼观察不明显或澄清时间过长，应如何处理？答案可用721分光光度计测波长为660 nm时的透光率，透光率越大，表明澄清度越高。2.观察果胶酶对苹果匀浆作用时，为什么要设置对照管？对照管与样品管有何区别？答案在观察果胶酶对苹果匀浆的作用时，反应体系中除了酶以外，还有许多其他的成分，为了检测苹果匀浆澄清的原因只是由于酶的存在而不是由于其他成分的作用引起的，必须设置对照实验，样品管和对照管除了酶的成分(对照管中的酶是灭活的)以外，其他成分是一样的。归纳总结果胶酶的制作的实验操作要点(1)选材：选用不含色素或含色素少的新鲜水果蔬菜为材料，因为色素含量多会影响肉眼对经果胶酶处理后的样品透明度的观察。(2)抽提：取适量的新鲜水果、蔬菜，量的多少关系着酶浓度大小，用剪刀剪碎后，边研磨，边逐次加入抽提液，使酶液溶到抽提液中。(3)过滤和离心：这两个过程的操作都是为了除去不溶物。(4)制作的苹果匀浆要在90 水浴条件下保温的目的是把苹果匀浆本身的果胶酶灭活，防止对实验结果的干扰。3.果胶酶的作用底物是果胶，下列有关叙述正确的是()A.果胶是植物细胞胞间层和初生壁的主要组成成分之一B.果胶酶可催化果胶分解成可溶性的半乳糖，使得混浊的果汁变澄清C.果胶是由半乳糖聚合而成的一种高分子化合物D.果胶酶就是果胶分解酶的简称答案A解析果胶是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物；果胶被果胶酶分解后的产物是半乳糖醛酸；果胶酶是一类酶的总称，是一种复合酶制剂，包括果胶分解酶、纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶和蛋白酶等。4.观察果胶酶对苹果匀浆的作用时，关于对照组的设计不正确的是()A.必须设置对照实验B.对照组和实验组除了酶的成分以外，其他成分是一样的C.对照管中的灭活的酶也可以用蒸馏水代替D.对照管中的灭活的酶不能用蒸馏水代替答案D解析为了检测苹果匀浆澄清的原因只是由于酶的存在而不是由于其他成分的作用引起的，必须设置对照实验，样品管和对照管除了酶的成分(对照管中的酶是灭活的)以外，其他成分都是一样的，对照管中的灭活的酶也可以用蒸馏水代替。技巧提炼对照实验中的变量(1)变量：实验过程中可以变化的因素称为变量。(2)自变量：人为改变的变量称做自变量。(3)因变量：随着自变量的变化而变化的变量称做因变量。(4)无关变量：除自变量外，实验过程中可能还会存在一些可变因素，对实验结果造成影响，这些变量称为无关变量。果胶酶的制作方法及作用1.在不损伤高等植物细胞内部结构的情况下，下列哪种物质适于除去细胞壁()A.蛋白酶 B.盐酸C.果胶酶 D.淀粉酶答案C解析细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，根据酶的专一性，用果胶酶和纤维素酶可达到目的。2.酶的水解产物是()A.氨基酸B.葡萄糖C.核糖核苷酸D.氨基酸或核糖核苷酸答案D解析从酶的化学本质来分析，绝大多数酶是蛋白质，蛋白质的基本组成单位是氨基酸。少数酶的化学本质是RNA，RNA的基本组成单位是核糖核苷酸。3.科学家发现一种RNasep酶，由20%的蛋白质和80%的RNA组成。如果将这种酶中的蛋白质除去，他们发现留下来的RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，这一结果表明()A.酶是由RNA和蛋白质组成的B.某些RNA具有催化作用C.酶的化学本质是蛋白质D.绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA答案B解析由题干可知，某些RNA具有催化作用。4.在果汁生产中应用果胶酶可以提高出汁率和澄清度。请你设计实验验证果胶酶在果汁生产中的作用。实验材料和用具：苹果、质量分数为2%的果胶酶溶液、蒸馏水，其他用具自选。实验方法及步骤：(1)将苹果洗净去皮，用磨浆机制成苹果泥，加入适量蒸馏水备用。(2)取两个100 mL洁净的烧杯。编为1、2号，按相应程序进行操作，请把表中未填写的内容填上。操作顺序项目烧杯12在烧杯中加入苹果泥20 mL20 mL2 mL注入蒸馏水在恒温水浴中保温，并用玻璃棒不断搅拌10 min10 min(3)取两个烧杯，同时进行过滤。观察或比较_，并记录结果。如果是_，则说明果胶酶可以提高出汁率和澄清度。答案(2)注入果胶酶溶液2 mL(3)相同时间内滤出的果汁体积和果汁的澄清度相同时间内1号烧杯滤出的果汁体积比2号烧杯滤出的果汁体积多，澄清度高解析解答这类试题时，首先要明确实验的目的，找出实验的自变量和因变量，并能根据变量做出正确的实验分组。本题的实验目的是验证果胶酶在果汁生产中的作用，自变量是果胶酶的有无；因变量是果汁的体积和澄清度；根据自变量可知，实验应该设置两组。实验设计时还要注意对照、单一变量和等量原则。课时作业基础过关1.国产果胶酶不包括()A.酯酶 B.水解酶 C.裂解酶 D.蛋白酶答案D解析国产果胶酶大多是利用黑曲霉菌种，经深层液体培养发酵后制得，含有酯酶、水解酶和裂解酶3个组分。2.下列关于果胶酶的说法，正确的是()A.果胶酶中含有大量的淀粉酶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，而是一种复合酶制剂D.果胶酶的化学本质是RNA答案C解析果胶酶中含有少量的淀粉酶，因此A错误；半乳糖醛酸是果胶的组成单位，而不是果胶酶的组成单位，因此B错误；果胶酶是一种复合酶制剂，其化学本质是蛋白质，基本组成单位是氨基酸，因此C正确、D错误。3.啤酒等放久后易产生蛋白质沉淀而使其浑浊，加入少量菠萝蛋白酶可以分解蛋白质，防止混浊，加入其他种类的酶则无济于事，这个事实说明()A.酶的催化作用受环境的影响B.酶的化学本质主要是蛋白质C.酶的催化作用具有高效性D.酶的催化作用具有专一性答案D解析对蛋白质起水解作用的酶是蛋白酶，这是由酶的专一性决定的。4.由于使用的目的、环境不同，对酶的纯度要求差异很大。下列说法错误的是()A.一般工业中用的酶制剂，用量大，要求纯度不高B.皮革业中的动物皮脱毛需要使用纯酶制剂C.食品业对酶制剂纯度有一定的特殊要求D.鉴定酶、研究用酶和静脉注射用酶等，需要用纯化的酶答案B解析皮革业中的动物皮脱毛使用粗酶制剂即可。5.制备果胶酶时，将pH调节到34的目的是()A.让酶处于失活状态B.保证酶的最大活性C.使酶的空间结构受到破坏D.让果胶酶远离最适pH答案B解析任何酶在对底物进行作用时都要在一定的条件下进行，其中pH是影响其发挥作用的主要因素之一，一般来说植物果胶酶的最适pH为34，调pH为34的目的是保证酶的最大活性。6.在观察果胶酶对苹果匀浆的作用的实验中，将苹果匀浆液放在90 恒温水中保温4 min，其目的是()A.杀灭苹果匀浆中的微生物B.使果胶分解，从而提高出汁率C.使原有果胶酶变性失活，以排除对实验的干扰D.果胶酶的最适温度为90 ，此时酶的活性最高答案C解析本实验属于对照实验，其实验的目的是证明果胶酶能将果胶分解。因此，首先对苹果匀浆液进行加热处理，使苹果匀浆液中的果胶酶变性失活，然后再分别加入果胶酶和等量煮沸过的果胶酶，观察实验现象，加入果胶酶的苹果匀浆澄清度高且澄清所用时间短，证明果胶酶能将果胶分解。7.观察果胶酶的作用时，对新鲜水果蔬菜颜色的要求是()A.没有要求B.颜色越鲜艳越好C.为了便于观察，应该选择红色D.选用不含色素或含色素少的新鲜水果蔬菜答案D解析以新鲜水果、蔬菜作为实验材料时，如果色素含量过多会影响肉眼对果胶酶处理后的样品透明度的观察。8.在用果胶酶处理苹果泥时，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答案D解析在用果胶酶处理苹果泥时，若让果胶酶充分地催化反应，则需扩大果胶酶和苹果泥的接触面积，尽量使果胶酶和苹果泥充分接触，因此可用玻璃棒不时地搅拌反应混合物。对苹果泥用量、酶用量及反应所需的温度和pH的调整，在一定范围内只能增大反应速度，而不能使果胶酶充分地催化反应。能力提升9.加工橘子罐头，采用酸碱处理脱去中果皮(橘络)会产生严重污染。目前，使用酶解法去除橘络，可减少污染。下列生长在特定环境中的四类微生物，不能产生所用酶的是()A.生长在麦麸上的黑曲霉B.生长在酸奶中的乳酸菌C.生长在棉籽壳上的平菇D.生长在木屑上的木霉答案B解析橘络、麦麸、棉籽壳和木屑的主要成分都是纤维素，因为黑曲霉、平菇、木霉能产生纤维素酶，所以这些物质可以被利用。由于乳酸菌不能产生纤维素酶，因而不能去除橘络。10.下列关于果胶酶作用的叙述，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答案D解析果胶酶是催化剂，可以改变反应速度；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。11.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A. B.C. D.答案C12.果胶是植物细胞胞间层和初生壁的主要成分之一。果胶酶能够分解果胶，瓦解植物细胞的胞间层及初生壁。请你完成以下有关果胶酶和果汁生产的内容。(1)在果汁生产中应用果胶酶可以提高_和_。(2)某实验小组进行了“探索果胶酶催化果胶水解的最适pH”的课题研究。本课题的实验步骤中，在完成“烧杯中分别加入苹果泥、试管中分别注入果胶酶溶液、编号、编组”之后，将试管中的果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥的pH分别调至4、5、610，再把pH相等的果胶酶溶液和苹果泥相混合。实验操作中要用玻璃棒不时搅拌，其目的是_，以减少实验误差。如果用曲线图的方式记录实验结果，在现有的条件下，当横坐标表示pH，纵坐标表示_时，实验操作和记录是比较切实可行的。根据你对酶特性的了解，在下图中选择一个最可能是实验结果的曲线图：_。若实验所获得的最适pHm，请你在所选的曲线图中标出“m”点的位置。答案(1)出汁率澄清度(2)使酶和反应物(果胶)充分地接触果汁体积甲“m”点即抛物线的最高点解析果胶酶能分解细胞间质的成分，使果汁的榨取更容易，其可将果胶分解成半乳糖醛酸，使果汁澄清，为保证酶在实验设定条件下进行，酶与底物在混合前都应分别调至所需的条件，以免混合后条件发生改变对酶的活性造成影响。果胶生产的实验中，一定时间内果汁的体积可以反映酶活性的强弱，在最适pH条件下，果汁产量最大。13.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列于下表。请回答有关问题：试管编号项目V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_，从而使原生质体从小叶片中游离出来，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_。答案(1)使细胞壁与酶充分接触，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)低渗涨破法解析(1)实验过程中，需要轻摇试管，可以使细胞壁与酶充分接触，提高酶解效果。(2)蜗牛以植物为食，所以消化酶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。