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1、,专题4 酶的研究与应用,果胶酶在果汁生产中的应用,课题1,本节课知识要点: 1.果胶酶的作用； 2.酶的活性的定义； 3.影响酶活性的因素； 4.果胶酶的用量。,基础知识,果肉的出汁率低,耗时长 榨取的果汁浑浊，黏度高，易发生沉淀,1、果汁生产中存在什么问题？,阅读课本P42课题背景思考,2、你知道为什么果汁生产中会出现以上问题？,基础知识,回忆：细胞壁的结构及作用,作用是什么？ 特点？ 结构组成？,保护植物细胞；支撑植物细胞,弹性小；全透性,纤维素、果胶,基础知识,果胶不仅会影响出汁率，还会使果汁浑浊。,（一）果胶酶的作用,基础知识,植物细胞壁、胞间层的主要组成成分 半乳糖醛酸聚合而成的高
2、分子化合物，不溶于水,植物细胞模式图,果胶,阅读P42 果胶酶的作用,3、如何能够提高水果的出汁率并使果汁变得澄清？,在生产上，人们使用果胶酶等来解决上述问题,4、什么叫果胶酶？,果胶酶并不特指某一种酶，而是分解果胶的一类酶的总称，包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶脂酶等。,基础知识,5、果胶酶在果汁制作中的作用, 分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层；使果胶水解为半乳糖醛酸。 提高水果的出汁率，并使果汁变得澄清。,练习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?（ ） 细胞核 细胞质 细胞间隙 细胞壁及胞间层 练习果胶酶能将植物组织内的果胶分解成（ ） 透明果汁 半
3、乳糖醛酸 丙酮酸 酶制剂 练习.果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，它不包括 A.多聚半乳糖醛酸酶 B.果胶分解酶 C.乳糖分解酶 D.果胶酯酶,D,B,C,基础知识,基础知识,酶的基础知识,回忆-回答： （1）酶的概念 （2）酶的化学本质，基本组成单位 （3）酶的功能及原因 （4）酶的特性,1、酶的概念,基础知识,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；,大多数为蛋白质，少数为RNA； 基本组成单位：氨基酸或核糖核苷酸,在各种化学反应中起催化作用。酶能降低化学反应的活化能，从而使反应能够迅速的进行。,2、酶的本质,3、酶的功能,基础知识,4、酶的特性,（1）高效性,（2）专一性,（
4、3）作用条件较温和（有最适温度和PH）,思考： 关于酶的三个特性你能举例说明吗？ 你还能画出温度和PH值对酶影响的曲线吗？ 你认为影响酶促反应的因素有哪些？,（二）酶的活性与影响酶活性的因素,指酶催化一定化学反应的能力。,1.酶的活性,单位时间内、单位体积中， 反应物的减少量或产物的增加量。,2.酶活性的高低,一定条件下，酶催化的某一化学反应的反应速度来表示。,基础知识,3.果胶酶的活性如何表示：,果汁体积或澄清度,A、温度对酶的影响 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。,基础知识,4
5、、影响酶活性的因素：温度 pH 酶的抑制剂,在最适温度下，酶的活性最高。 温度过高或过低，酶的活性会明显降低。过低抑制活性，过高丧失活性。,基础知识,4、影响酶活性的因素：温度 pH 酶的抑制剂,B、果胶酶的最适温度 果胶酶的最适温度为45500C。,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。,A、 pH对酶的影响 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
6、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。,基础知识,4、影响酶活性的因素：温度 pH 酶的抑制剂,B、果胶酶的最适pH 果胶酶的最适pH范围为3.06.0。,酶活性受pH值影响的示意图,在最适pH条件下，酶的活性最高。 pH偏高或偏低，酶的活性会明显降低，甚至失活。,酶的抑制剂： Fe3、Ca2、Zn2等金属离子对果胶酶有抑制作用。,基础知识,4、影响酶活性的因素：温度 pH 酶的抑制剂,你知道这些离子为什么能抑制酶的活性？,使蛋白质变性,练习1.将乳清蛋白、淀粉、胃蛋白酶、唾液淀粉酶和适量的水混合装入一个容器内，调整pH至2.0，保存于370C的水浴锅内。过一段时间后，
7、容器内剩余的物质是（ ） A、淀粉、胃蛋白酶、多肽、水 B、唾液淀粉酶、淀粉、胃蛋白酶、水 C、唾液淀粉酶、胃蛋白酶、多肽、水 D、唾液淀粉酶、麦芽糖、胃蛋白酶、多肽、水,A,提示： 唾液淀粉酶最适pH6.8，其化学本质是蛋白质,基础知识,练习2. 如图表示酶活性与温度的关系。下列叙述正确的是（ ） 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,B,“汉水丑生的生物同行”超级群大型公益活动：历年高考题PPT版制作。本课件为公益作品，版权所有
8、，不得以任何形式用于商业目的。2012年1月15日，汉水丑生标记。,基础知识,练习3 甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处 理，酶活性与处理时间的关系如右图 所示。下列分析错误的是（ ） A甲酶能够抗该种蛋白酶降解 B. 甲酶是不可能具有催化功能的RNA C乙酶的化学本质为蛋白质 D乙酶活性的改变是因为其分子结构的改变,B,【解析】本题以坐标图为信息载体，主要考查酶的本质、特点及功能的相关知识。观察曲线图看出，甲酶的活性始终保持不变，说明甲酶能抗该种蛋白酶的降解；从酶的化学成分上来看，绝大多数是蛋白质，极少数是RNA，甲酶也可能是具有生物催化作用的RNA；乙酶的活性不断降低，说明能被该种蛋白酶降解，其
9、本质为蛋白质；乙酶被降解的过程中其分子结构会发生改变。,基础知识,1、酶的生产,提取法：采用各种技术，直接从动物或微生物的细胞或组织中将酶提取出来（在原料充分的地区得以应用）。,发酵法：通过微生物发酵来获得人们所需的酶（20世纪50年代以来生产酶的主要方法），如用曲霉、青霉等微生物发酵生产果胶酶。,基础知识,化学合成法：成本比较高，只能合成已知结构的酶。,2、控制酶的用量,为了果胶酶得到充分的利用，节约成本，需要控制好酶的用量。,（三）果胶酶的用量,1、果胶酶的作用,果胶：半乳糖醛酸聚合成的高分子化合物，不溶于水,果胶酶：分解果胶的一类酶的总称,基础知识,果胶酶的作用,2、酶的活性与影响酶活性
10、的因素,酶的活性：催化能力。活性高低可用反应速度表示,小结,影响酶活性的因素：温度、PH、酶抑制剂,3、果胶酶的用量,适宜,温度、pH值、果胶酶的用量、,水果种类、水果泥的用量、酶作用反应的时间、过滤的方法、时间等。,实验设计,影响果汁出汁率的主要因素有哪些？,思考：,温度、PH主要影响酶的活性。阅读课本资料，学习有关探究实验的内容。,讨论：完成“温度对果胶酶活性的影响”的实验设计,（1）实验的题目： （2）实验的目的： （3）实验原理： （4）实验材料与用具： （5）实验方法、步骤： （6）预测实验结果： （7）结论：,实验设计,二、实验设计,（一）探究温度对果胶酶活性的影响,1. 讨论：该
11、实验中，哪个因素作为自变量？ 哪个因素为因变量？应控制哪些因素不变？,自变量: 温度,因变量：果汁的体积或澄清度。,无关变量：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、过滤的时间等。,实验设计,2、设计原则：,3、探究方法：,对照原则和等量原则。,通过设置温度梯度的手段进行探究。,实验设计,4、设计实验方案，确定实验程序,设计实验方案时，必须考虑的具体问题,确定温度梯度,果胶酶的适宜温度为45-50,确定温度梯度为5C0或 10C0,实验设计,确定控制温度的方法和措施,确定水果种类,恒温水浴锅或如右图这样用冰水或热水勾兑保温,效果较好的实验材料：苹果、橙子、梨,实验设计,确定制
12、备水果泥的方法,苹果、橙子等水果，不用去皮，但要去籽。,特别提示：用苹果、橙子为原材料，如果只加少量的水进行搅拌，获得稠的果泥； 还可按水果：水=1:3的质量比进行搅拌，获得稀的果泥； 如用西瓜或番茄为原料，应按水果：水=1:1的质量比进行搅拌，获得稀的果泥,实验设计,苹果 梨 西红柿 橙子 按水果：水=1:3的质量比进行搅拌，获得稀的果泥,实验设计,确定水果泥的用量,可以采用5g(约为5 mL)左右,实验设计,测定果胶酶活性的方法,确定果胶酶的用量,用量： 质量百分比浓度为 12%的果胶酶溶液2 mL。,过滤水果泥，通过测定滤出的果汁的体积大小来判断果胶酶活性的高低,果汁过滤,（1）可用滤纸
13、，但过滤所需时间长，滤液较少； （2）也可用一层纱布，但果汁澄清度较差。,特别提示：此时提醒学生充分过滤，并防止果汁洒出。,实验设计,记录实验数据,用量筒测量滤出的果汁，精确到0.1mL，记录到表格中。,实验设计,探究温度对果胶酶活性的影响 1.实验原理 （1）果胶酶活性受温度的影响，在最适温度下，其活性最高。 （2）果肉出汁率、澄清度与果胶酶活性成正比。,实验设计,2.实验仪器和设备：,特别提示：如果用恒温水浴箱，则可以不使用酒精灯、石棉网,烧杯、量筒、试管、漏斗、温度计、玻璃棒、滤纸、滴管、三角架、酒精灯、石棉网,榨汁机、,电子天平、,恒温水浴箱,3、实验操作步骤： 制备水果泥 配制果胶酶
14、 水果泥与果胶酶分别水浴保温 将水果泥和果胶酶混合保温 过滤出果汁 记录果汁量,实验设计,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,各取一支分9组分别放入 300C、350C、400C、450C、500C、550C、600C、650C和700C的恒温水箱中恒温加热,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,实验设计,、用榨汁机榨取适量的苹果汁（苹果泥），并配制 一定浓度的果胶酶备用。,、取大烧杯 只，并注明温度：300C、 350C、 400C、 450C、 500C、 550C 、600C 、
15、650C 、700C 。,9,、取试管 支， 支倒入10mL果汁（A管）， 支倒入2mL 溶液（B管）。,18,9,9,果胶酶,、将不同温度的水倒入相应的烧杯中，每只烧杯中 放入 试管各一支，并插入一支温度计。在 恒温水浴中保温。,A管,B管,、保持水温恒定。一段时间后,将果胶酶和苹果泥混合,、利用 处理后的果汁， 用量筒测量果汁的体积并设计表格记录。,长颈漏斗过滤,设计记录数据的表格,得出结论与分析 画曲线图；最适温度,（1）获取苹果泥； （2）保温苹果泥和果胶酶分别进行；（多个温度） （3）混合后保温； （4）过滤。,实验设计,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
16、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，课题中以5 作为温度梯度。,2水浴时间一般为2030 min。,实验设计,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。,问1：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？,实验设计,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
17、理,2、实验操作流程 请你设计,实验设计,如何设计实验“探究对酶活性的影响”,（二）探究对酶活性的影响,搅拌器拌制成苹果泥均分装入,果胶酶水 溶液等量,各取一支分组分别放入40度的恒温水箱中恒温加热,待试管内温度稳定后，将果胶 酶加入相同温度的苹果泥中（梯度为）,恒温保持,过滤果汁，用量筒测量果汁的量，填入表格,实验流程,3、设计记录数据的表格,4、得出结论与分析： 画曲线图；最适PH,实验设计,某研究性学习小组同学在“探究果胶酶催化果胶水解的适宜pH”的课题过程中遇到下列问题。 （1）本课题实验步骤中，在完成“烧杯中分别加入苹果泥（假定pH的改变对苹果泥成分无影响），试管中分别注入果胶酶溶液
18、、编号、编组”之后，有下面两种操作： 方法一：将试管中的果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥相混合，再把混合液的pH分别调至4、5、610。 方法二：将试管中果胶酶溶液和烧杯中苹果泥的pH分别调到4、5、610，再把pH相等的果胶酶溶液和苹果泥相混合。 请问哪一种方法更为科学，并说明理由？,实验设计,请问哪一种方法更为科学，并说明理由？,方法二的操作能够确保酶的反应环境从一开始达到实验预设的pH（或“方法一的操作会在达到预定pH之前就发生了酶的催化反应”）。,（2）实验步骤中有玻璃棒搅拌的操作，其目的是使什么？,酶和反应物（果胶）充分地接触,催化反应，以减少实验误差,实验设计,（3）如果用曲线图的方式记
19、录实验结果，在现有的条件下，当横坐标表示pH，纵坐标表示 ，该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宜pH=m，请你在所选的曲线图中标出“m”点的位置。,果胶分解速率,甲,实验设计,若实验所获得的最适宜pH=m，请你在所选的曲线图中标出“m”点的位置。,（“m”点的位置如图所示，m点不能标在曲线上）,实验设计,问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？,需要设置对照实验，但不用另外设置，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。,问3A同学
20、将哪个因素作为变量，控制哪些因素不变？为什么要作这样的处理？B同学呢？,实验设计,A同学：变量：温度（或pH） 不变：苹果泥、果胶酶用量，反应、过滤时间等。 只有保证一个变量，实验结果才能说明问题。 B同学：对于变量的控制应该与A相同 但观察因变量的角度不同。,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。在不同的温度和pH下，果胶酶的活性越大，苹果汁的体积就越大。,4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？,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
21、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。,问5当探究温度对果胶酶活性的影响时，哪个因素是变量，哪些因素应该保持不变？,实验设计,（三）探究果胶酶的用量,1、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。,自变量：果胶酶的量,因变量：果汁的体积,实验设计,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,思考：该实验中，如何设置酶用量的梯度？,方案：不同浓度相同体积的果胶酶溶液,方案：同一浓度不同体积的
22、果胶酶溶液,实验设计,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。,设置酶用量梯度,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，放入9支试管中，并编号19。,b. 制备水果泥,另取9支试管各加入5g（即5ml）水果泥。,2、实验步骤：,实验设计,实验结果记录表格如下：,c. 将上述试管放入40恒温水浴保温5分钟，,d. 将不同浓度的果胶酶溶液分别迅速与各试管的水 果泥混合，然后再放入40水浴保温20分钟。,e. 过滤出果汁，用量筒测量果汁的体积。,实验设计,实验设计,榨出的果汁与果胶酶用量的关系曲线图,实验设计,3、结论与分析：,最适用量,注意：不同条件，最适用量不相同,结果分析与评价,根据实验数据绘制出的温度和pH对果胶酶活性影响的曲线图； 不同果胶酶用量对出汁量影响的曲线图（在浓度和体积相同的条件下）； 果胶酶最适温度、pH以及果胶酶的最适用量。,结果分析与评价,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。,课后练习,