2020-2021学年高二生物人教版选修1学案：专题4　课题1　果胶酶在果汁生产中的作用 Word版含解析

2020-2021学年高二生物人教版选修1学案：专题4　课题1　果胶酶在果汁生产中的作用 Word版含解析

www.ks5u.com 专题4　课题1　果胶酶在果汁生产中的作用 知识点一　　果胶酶的作用 ‎1．果胶 ‎(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)果胶对果汁生产的影响：影响果汁的出汁率，还会使果汁浑浊。‎ ‎2．果胶酶 ‎(1)果胶酶的组成：果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶等。‎ ‎(2)果胶酶的作用 ‎3.酶的活性与影响酶活性的因素 ‎(1)酶的活性：指酶催化一定化学反应的能力。‎ ‎(2)酶活性的高低的衡量标准：酶活性的高低可以用在一定条件下，酶所催化的某一化学反应的反应速率来表示；酶反应速率可以用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或生成物的增加量来表示。‎ ‎(3)影响酶活性的因素：温度、pH和酶的抑制剂等条件会影响酶的活性。‎ ‎1．果胶酶的应用范围 ‎(1)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。‎ ‎(2)进行果汁沉降和离心，可破坏果汁中悬浮物的稳定性，使其凝聚沉淀，使果汁澄清。‎ ‎(3)经果胶酶处理的果汁比较稳定，不再产生混浊，在制备浓缩果汁时，果胶酶的作用显得尤为重要。‎ ‎(4)果胶酶与纤维素酶、半纤维素酶等配合，可分解植物细胞壁中的果胶和纤维，促使淀粉、脂质、维生素和蛋白质等释放出来，提高饲料的营养价值。‎ ‎2．影响酶活性的因素 ‎(1)温度对酶活性的影响(如下图所示)：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，随温度的升高，酶的催化能力迅速下降，最后完全失去催化能力。果胶酶的最适温度范围为45～50 ℃。‎ ‎(2)pH对酶活性的影响(如上图所示)：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，酶的催化能力逐渐下降，pH过高或过低均会使蛋白质变性。当蛋白质变性后，酶也就完全丧失了活性。果胶酶的最适pH范围为3.0～6.0。‎ ‎(3)酶的抑制剂：使酶活性下降，但不引起酶变性的物质称为酶的抑制剂。酶的抑制剂与酶分子上的某些必需基团反应，引起酶活性下降甚至丧失，但并不使酶变性。Fe3＋、Ca2＋、Zn2＋等金属离子对果胶酶有抑制作用。‎ ‎【典题精练1】　下列关于果胶酶作用的叙述，错误的是(　　)‎ A．分解水果细胞壁中的果胶，从而瓦解细胞壁 B．可将果胶分解成半乳糖醛酸，使果汁变得澄清 C．分解水果细胞壁中的纤维素和果胶 D．可使果汁榨取变得容易，提高出汁率 ‎【答案】　C ‎【解析】　果胶酶可将果胶分解为半乳糖醛酸，从而使果汁榨取时比较容易，并使果汁变得澄清。要分解纤维素，需要利用纤维素酶。‎ ‎【典题精练2】　下图中曲线表示的是温度和果胶酶活性之间的关系，此曲线不能说明的是(　　)‎ A．在B点之前，果胶酶的活性和温度接近成正比；之后，接近成反比 B．当温度到达B′点时，果胶酶的活性最高，催化能力最强 C．A点时，果胶酶的活性很低，但随着温度升高，果胶酶的活性可以上升 D．C点时，果胶酶的活性很低，当温度降低时，酶的活性可以上升 ‎【答案】　D ‎【解析】　从图中可以看出：在温度较低时，随着温度的不断升高，果胶酶的活性不断上升，到B点时，酶的活性达到最高；之后，随着温度的继续上升，酶的活性迅速下降。A点和C点相比，虽然酶的活性都很低，但是A点对应的是低温条件，对酶的分子结构无影响，所以，随着温度的上升，其活性也会不断上升，而C点对应的是高温条件，已破坏酶的分子结构，使酶的活性发生不可逆的变化，即使再降低温度，酶的活性也不会上升。‎ 知识点二　　探究影响酶活性的因素 ‎1．探究温度对酶活性的影响 ‎(1)实验原理 果胶酶的活性受温度影响，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呈正相关。‎ ‎(2)探究过程 ‎2．探究pH对果胶酶活性的影响 ‎(1)实验原理：大部分酶的活性受环境pH的影响。在一定的pH下，酶反应具有最大速率，高于或低于此值，反应速率均下降，通常称此pH为酶反应的最适pH。‎ ‎(2)实验结果：在不同pH下，酶活性会发生变化。‎ ‎(3)实验过程：探究pH对果胶酶活性的影响，只需将温度梯度改成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。‎ 说明：探究温度或pH对果胶酶活性的影响时，需要设置对照实验，不同梯度的温度之间或不同梯度的pH之间就可以作为对照，这种对照称为相互对照。‎ ‎1．探究温度对果胶酶活性的影响实验的注意事项 ‎(1)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进行恒温处理，目的是保证底物和酶在混合时的温度相同，避免苹果泥与果胶酶混合时因二者温度不同而影响混合物的温度，进而影响果胶酶的活性。‎ ‎(2)本实验的实验对象是酶的活性，自变量是温度，属于探究性的定量实验。这类实验的自变量通常是通过设置梯度来确定最适值。第一轮实验通常设置的梯度差较大，缩小范围后，在第二轮实验中可设置较小的梯度差。‎ ‎(3)严格控制无关变量 ‎①各实验组中苹果泥和果胶酶的用量要严格控制相等。‎ ‎②苹果泥和果胶酶混合前要进行恒温处理，处理时间不宜太长。‎ ‎③严格控制各实验组的pH、操作的程序等。‎ ‎2．如何选取变量来判断果胶酶的活性 ‎(1)当探究温度对果胶酶活性的影响时，温度是变量，应控制果泥量、果胶酶的浓度和用量、水浴时间和混合物的pH等所有其他条件不变。只有这样才能保证只有温度这一个变量对果胶酶的活性产生影响。同理，当探究pH对果胶酶活性的影响时，pH是变量，应控制所有其他条件不变，只需将温度梯度改成pH梯度，并选定一个适宜的温度进行水浴加热。‎ ‎(2)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映了果胶酶催化分解果胶的能力。在不同的温度和pH下，果胶酶的活性越大，苹果汁的体积就越大。‎ ‎(3)通过比较果汁的澄清度来判断果胶酶活性的高低。‎ ‎【典题精练3】　下列不能表示酶活性高低的是(　　)‎ A．一定条件下所催化的某一化学反应的反应速度 B．单位时间内、单位体积中反应物的减少量 C．单位时间内、单位体积中酶的变化量 D．单位时间内、单位体积中产物的增加量 ‎【答案】　C ‎【解析】　‎ 酶活性的高低可以用在一定条件下，酶所催化某一化学反应的反应速度来表示，而酶促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。单位时间内、单位体积中酶的变化量可以影响反应速度，却不能表示酶活性的高低。‎ 解题归纳 酶的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。在一定条件下，酶的活性最高，即产物的生成量或反应物的减少量最大，该条件便是酶催化的最适条件，如最适温度、最适pH等。‎ ‎【典题精练4】　某同学为探究温度对果胶酶活性的影响，在不同温度下，将等量的果胶酶加入到等量的苹果泥中，在反应同样时间后，再将反应液过滤同样时间，用量筒测定滤出苹果汁的体积。下图所示曲线图能正确反映实验结果的是(　　)‎ ‎【答案】　B ‎【解析】　果胶酶在0 ℃时活性较低，但也能催化苹果泥形成果汁，果汁量不为0。随着温度升高，果胶酶的活性升高，果汁量增加。当超过最适温度时，果胶酶活性降低，果汁量减少，正确的曲线应如B图所示。‎ 知识点三　　探究果胶酶的用量 ‎1．实验原理 ‎(1)检查酶的含量，不能直接用它的重量或体积来表示，常用它催化某一特定反应的能力来表示，即用酶活力来表示。‎ ‎(2)酶活力的大小可以用在一定条件下，它所催化的某一化学反应的反应速率来表示。酶反应速率可用单位时间内、单位体积中底物的减少量或产物的增加量来表示。‎ ‎2．实验方案 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。注意，反应液的pH必须相同，否则将影响实验结果的准确性。‎ ‎3．实验流程 ‎(1)准确称取纯的果胶酶1 mg、2 mg、3 mg、4 mg、5 mg、6 mg、7 mg、8 mg、9 mg，配制成相等体积的酶溶液，取等量酶溶液放入9支试管中，依次编号为1～9号。制取苹果泥并称45 g苹果泥，分装入9支试管中，每支试管中分装5 g，依次编号为1～9号。‎ ‎(2)将上述试管放入37 ℃的恒温水浴锅中平衡内外温度。‎ ‎(3)一段时间后将不同浓度的果胶酶溶液分别迅速与对应试管的苹果泥混合，然后再放入恒温水浴锅中。‎ ‎(4)记录反应时间，约20 min。‎ ‎(5)过滤后测量果汁体积，并绘制出不同果胶酶用量对出汁量影响的曲线图。‎ 盛有苹果泥的试管 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ ‎9‎ 盛有果胶酶的试管 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ ‎9‎ 果汁量(mL)‎ 对实验结果的分析说明 ‎1．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。‎ ‎2．如果随着酶浓度的增加，过滤到的果汁的体积也增加，说明酶的用量不足；当酶浓度增加到某个值后，再增加酶的用量，过滤到的果汁的体积不再改变，说明酶的用量已经足够，那么，这个值就是酶的最适用量。‎ ‎3．由于本实验是一个探究性实验，实验结果也会因各种无关变量的影响而发生改变。各种实验参数应根据具体情况调整，以期达到最佳实验效果。 ‎ ‎4．如果设定的酶的浓度梯度无法满足实验要求，即出现过高或过低现象，应及时调整。探究果胶酶的最适用量是建立在探究温度和pH对果胶酶活性影响的基础之上的。此时，研究的变量是果胶酶的用量，其他因素都应保持不变。‎ ‎【典题精练5】　在探究果胶酶的用量实验中，下列叙述不恰当的是(　　)‎ A．本实验应控制在适宜的温度、pH下 B．各反应液的温度、pH必须相同 C．可配制不同浓度的果胶酶溶液，应使各种浓度果胶酶溶液加入量保持一致 D．反应物浓度一定时，酶用量越大，滤出的果汁越多 ‎【答案】　D ‎【解析】　在探究酶用量的实验中，基本思路就是在一定浓度、体积的反应物中，加入一定量的不同浓度的酶溶液，最后看在哪一浓度的酶催化下产生的果汁多，据此来判定酶的用量。在实验过程中，要保证除酶浓度外其他变量都相同，即控制单一变量。经实验可知，在反应物浓度一定时，一段时间内，果汁体积随酶浓度的增加而增加，但当达到一定酶浓度时，果汁体积不再增加。‎ 解题归纳 除温度、pH、反应物浓度外，酶浓度本身也影响催化反应速度。酶浓度、温度、pH分别为自变量时，测定其最适值所遵循的设计思路是保证其他条件不变，设置一系列梯度变量，来测定其最适条件，可进行重复实验，进一步验证。‎ ‎【典题精练6】　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：‎ ‎(1)实验方法：按如下图所示的顺序进行操作。‎ ‎(2)实验结果：对照组与实验组进行了相同时间的实验，结果如下图所示：‎ ‎①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 D．pH ‎②图中的纵坐标还可用________来表示。‎ ‎③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________________________________。‎ ‎④步骤b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_________________________________________。‎ ‎【答案】　(2)①D　②苹果汁的体积　③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　④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影响混合物的温度，从而影响果胶酶活性 ‎【解析】　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。‎ 一、选择题 ‎1．下列能表示酶活性高低的是(　D　)‎ A．单位时间、单位体积内反应物的总量 B．一段时间后生成物的总量 C．一段时间后，一定体积中消耗的反应物的量 D．单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量 解析：酶活性高低可用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示。‎ ‎2．下表是某同学探究温度对果胶酶活性影响的实验结果。该结果不能说明(　C　)‎ 温度(℃)‎ ‎10‎ ‎20‎ ‎30‎ ‎40‎ ‎50‎ ‎60‎ 果汁量(mL)‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎5‎ A.温度影响果胶酶的活性 B．40 ℃和60 ℃时酶的活性相等 C．50 ℃是该酶的最适温度 D．若温度从10 ℃升高到40 ℃，酶的活性将逐渐增强 解析：温度会影响酶的活性，且都有一个最适温度，表中数据只能说明在50 ℃时酶的活性比其他温度时更高，但不能断定50 ℃就一定是该酶的最适温度。‎ ‎3．如图表示酶活性与温度的关系。下列叙述正确的是(　B　)‎ A．当反应温度由t2调到最适温度时，酶活性下降 B．当反应温度由t1调到最适温度时，酶活性上升 C．酶活性在t2时比t1高，故t2时更适合酶的保存 D．酶活性在t1时比t2低，表明t1时酶的空间结构破坏更严重 解析：在最适宜的温度下，酶的活性最高。温度偏高或偏低，酶活性都会明显降低。当反应温度由t2调到最适温度时，酶活性上升。温度过高，还会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活，0 ℃左右的低温虽然使酶的活性明显降低，但能使酶的空间结构保持稳定，在适宜的温度下酶的活性可以恢复，酶适于在低温下保存，故C、D错误。‎ ‎4．果汁生产过程中使用果胶酶，下列关于果胶与果胶酶的描述不正确的是(　C　)‎ A．果胶是存在于植物细胞壁和胞间层中的一种高分子化合物 B．果胶酶分解果胶使榨取的果汁变得澄清且量多 C．果胶酶的本质是一种受温度、pH的影响较大的蛋白质 D．果胶酶发生催化作用的实质是降低了化学反应的活化能 解析：‎ 果胶是植物细胞壁及胞间层的主要组成成分之一，它是由半乳糖醛酸聚合形成的高分子化合物，A正确；果胶酶分解果胶，形成可溶性半乳糖醛酸，使混浊的果汁变得澄清，且能提高出汁率，B正确；果胶酶是一类酶，不是一种酶，包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶，C错误；酶的作用机理是降低化学反应活化能，D正确。‎ ‎5．下列关于果胶酶在果汁生产中的作用的实验操作错误的是(　A　)‎ A．用橙子做本课题实验时，必须去掉橙皮 B．用质量分数为0.1%的NaOH溶液和盐酸调节pH C．为了使果胶酶能够充分地催化反应，应用玻璃棒不时地搅拌反应混合物 D．制取苹果泥时，可先将苹果切成小块放入榨汁机中，加入适量的水后再进行搅拌 解析：用橙子做本课题实验时，不必去掉橙皮，A错误。在探究不同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，B正确；为了使果胶酶能够充分地催化反应，应用玻璃棒不时地搅拌反应混合物，但搅拌不宜太剧烈，C正确；制取苹果泥时，可先将苹果切成小块放入榨汁机中，加入适量的水后再进行搅拌，D正确。‎ ‎6．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(　D　)‎ A．探究果胶酶的最适用量时，pH、温度不影响实验结果 B．果胶酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和葡萄糖异构酶等 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表示果胶酶的活性 解析：探究果胶酶的最适用量时，pH、温度会影响实验结果，故实验中要保持pH、温度相同且适宜，A错误；果胶酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等，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。‎ 二、非选择题 ‎7．某同学通过实验来探究pH对酶活性的影响。他准备了5支含有等量果胶酶溶液的试管，用质量分数为0.1%的盐酸和氢氧化钠溶液调节至不同的pH，每支试管加5块0.1 cm3的正方体苹果块，试管均置于25 ℃室温条件下。‎ ‎(1)请你帮助他选取pH梯度：5、6、7、8、9。‎ ‎(2)请以两种方法改进实验，使实验在更短时间内完成：方法一：将温度由25_℃提高到大约50_℃；方法二：将正方体苹果块处理成苹果泥。‎ ‎(3)产生果汁的量与酶活性高低的关系是酶活性越高，果胶分解越快，单位时间内产生的果汁越多。可根据单位时间内产生果汁量的多少来判断最适pH。‎ ‎(4)为确认澄清果汁的大量产生是由于果胶酶的作用，还应对实验进行怎样的设计？‎ 另增加一支试管，放入与果胶酶溶液等量的清水和与实验组等量的苹果泥，但不加酶溶液，作为对照。‎ 解析：(1)设置pH梯度来确定最适值时，第一轮实验通常设置的梯度差较大，缩小范围后，在第二轮实验中可设置较小的梯度差。(2)结合题干中的内容，要想缩短实验时间，既可以提高温度，也可以将苹果块处理成苹果泥，以增大与酶的接触面积。(3)酶活性的高低一般是通过一定条件下果汁的滤出量来表示的。(4)可以增设对照实验：另取一支试管，放入与果胶酶溶液等量的清水和与实验组等量的苹果泥，作为对照。‎ ‎【旁栏思考题】点拨(教材P44)‎ ‎1．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。‎ ‎2．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。‎ ‎3．A同学将温度或pH作为变量，控制不变的量有苹果泥的用量、果胶酶的用量、反应的时间和过滤的时间等。只有在实验中保证一个自变量，实验结果才能说明问题。B同学对于变量的处理应该与A同学相同，只是观察因变量的角度不同。‎ ‎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的催化分解果胶的能力。在不同的温度和pH下，果胶酶的活性越大，苹果汁的体积就越大。‎ ‎5．温度是变量，应控制果泥量、果胶酶的浓度和用量、水浴时间和混合物的pH等所有其他条件不变。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。‎ 答：大规模生产与实验室制备的主要不同点是：‎ ‎(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。‎