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果胶酶在果汁生产中的作用主讲：黄冈中学优秀生物教师王小敏一、课题目标1、简述果胶酶的作用；2、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；4、搜集有关果胶酶应用的资料。二、课题重点与难点重点：温度和pH对果胶酶活性的影响。难点：果胶酶的最适用量。一、基础知识（一）果胶和果胶酶1、果胶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。在果汁加工中，果胶的存在易导致果汁出汁率低，果汁浑浊。2、果胶酶：是分解果胶的一类酶的总称。（1）包括：多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。（2）作用：①果胶酶能够分解果胶，瓦解植物细胞的细胞壁及胞间层，使榨取果汁更容易。②把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。（二）酶的活性与影响酶活性的因素1、酶的活性：酶催化一定化学反应的能力。酶的活性高低可用一定条件下的酶促反应速度来表示，即单位时间、单位体积内反应物消耗量或产物生成量来表示。2、影响酶活性的因素有：温度、pH、激活剂和抑制剂等。（三）果胶酶的用量二、实验设计（一）探究温度和pH对酶的活性的影响1、实验分析（1）实验目的：定量测定温度或pH对果胶酶活性的影响。（2）实验原理：果胶酶瓦解细胞壁和胞间层增大果汁产量；果胶酶催化分解果胶增大果汁澄清度。温度或pH会影响果胶酶的催化活性，从而会影响果汁产量或澄清度。（3）变量设计与控制：①实验的自变量是温度（或pH），控制自变量的方法是利用恒温水浴锅（或滴加酸碱等）。②你确定的温度梯度（或pH梯度）是：10℃或5℃（或0.5、1.0）。③实验的因变量是酶的活性，检测的方法是测定果汁的产出量或澄清度。2、探究温度对酶活性的影响实验流程：制备水果泥→配置果胶酶→水果泥和果胶酶分别水浴保温5min→将水果泥和果胶酶混合保温20min→过滤出果汁→记录果汁量→改变不同的温度后重复上面的实验（也可以同时进行不同温度的实验）。思考：①果汁与果胶酶在混合之前，分装在不同试管中用同一恒温处理的目的是什么？可以保证底物和酶在混合时的温度是相同的，避免因混合导致温度变化而影响果胶酶活性。②该实验中是否设置了对照？若设置，那么它是如何设置的？若没有，则如何进行设置？已经设置了对照。不同的温度梯度之间可以作为对照，这种对照称为相互对照。③怎样排除pH和其他因素对实验结果的干扰？目的是什么？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等所有其他条件相同。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？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。也可通过比较果汁的澄清度来判断果胶酶活性的高低。果汁越澄清，表明果胶酶活性越高。（二）探究果胶酶的最适用量探究果胶酶的最适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，研究的变量是果胶酶的用量，其他因素都应保持不变，否则将影响实验结果的准确性。实验时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。需注意的是，反应液的pH必须相同，否则将影响实验结果的准确性。三、操作提示1、与其他工业用酶基本相同，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，也可以尝试以5℃作为温度梯度。2、苹果、橙子和葡萄等水果都可以作为反应物，水果不用去皮。如用苹果为原材料，一般可按每个中等大小的苹果加水100～200mL的比例进行搅拌，获得稀的苹果泥。3、在探究不同pH对果胶酶活性的影响时，可以用0.1%的NaOH溶液和盐酸调节pH。4、在果胶酶处理果泥时，为了使果胶酶能充分地催化反应，应用玻璃棒不时地搅拌。5、过滤果汁时，漏斗中应放置滤纸。四、结果分析与评价1、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；2、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）；3、最终得到果胶酶最适温度、pH以及果胶酶的最适用量。课堂小结：-返回-同步测试一、选择题1、关于果胶酶的说法正确的是（）A．果胶酶可以分解细胞壁的主要纤维素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．果胶酶不特指某酶，而是分解果胶的一类酶的总称D．果胶酶的化学本质是蛋白质或RNA2、下列不是果胶酶成分的是（）A．纤维素酶B．果胶分解酶C．多聚半乳糖醛酸酶D．果胶酯酶3、下列关于果胶酶作用的叙述错误的是（）A．果胶酶是催化剂可改变反应速度B．果胶酶能分解果胶，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4、下列与酶的活性有关的说法不准确的是（）A．酶的活性是由蛋白质结构决定的，不受外界条件的影响B．酶的活性是酶催化一定化学反应的能力C．酶的活性常驻温度PH等因素的影响D．酶活性高低与反应物浓度无关5、下列表示酶活性高低的是（）A．单位时间单位体积内反应的总量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．单位时间单位体积中反应物的减少量或产物的增加量6、下列各图中，横轴均表示酶的反应条件，纵轴为酶促反应速度。能分别正确反映温度和pH与酶促反应速度关系的是（）甲乙丙丁A．甲和乙B．乙和乙C．丙和丁D．甲和丁7、多酶片中含有蛋白质、淀粉酶和脂肪酶，具有辅助消化的作用。其片剂是糖衣片，这样制作的目的是（）A．补充体内糖类物质的供应B．防止胃液的消化作用C．经唾液消化后即可迅速起作用D．使其中各种酶缓慢地释放8、能正确说明酶特性的是（）A．酶都是蛋白质B．酶是活细胞产生的，只能在生物体内发挥催化作用C．酶的活性随着温度升高而不断提高D．每一种酶只能催化一种或一类物质的化学反应9、在37℃，pH=6.8时，用过氧化氢酶催化过氧化氢分解，比用等量的FeCl3作催化剂所释放O2的量及说明的问题分别是（）A．少酶具有专一性B．多酶具有高效性C．少酶具有高效性D．多酶需要适宜的条件10、下列可表示酶反应速度的是（）A．单位时间内反应物的减少量B．单位体积内产物的增加量C．单位时间内产物的增加量D．单位时间、单位体积内反应物的减少量11、下列不能产生果胶酶的是（）A．植物B．霉菌C．酵母菌D．放线菌12、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37度的水浴锅内。过一段时间后，容器内剩余的物质为（）A．淀粉、胃蛋白酶、多肽和水B．唾液淀粉酶、淀粉、胃蛋白酶、水C．唾液淀粉酶、多肽、胃蛋白酶、水D．唾液淀粉酶、麦芽糖、淀粉、胃蛋白酶、水CADADBBDDDDA二、非选择题13、如图所示，表示温度对酶的催化效率的影响。请据图回答下列问题：（1）曲线中的AB段表示__________。（2）曲线中的B点表示__________。（3）曲线中的BC段表示__________。显示答案13、（1）在一定温度范围内，随温度升高，酶的催化效率提高（2）B点所对应的温度是该酶的最适温度，此温度下酶的催化效率提高（3）超过一定的温度范围，随温度升高，酶的催化效率降低14、设计实验证明温度会影响酶的催化活性。材料用具：3支试管、淀粉、碘液、水浴锅、冰箱。（1）实验步骤和结果：步骤1：制备6mL淀粉溶液并在常温下冷却。步骤2：取唾液若干。步骤3：取3支试管各加入2mL可溶性淀粉。步骤4：____________________步骤5：____________________步骤6：____________________（2）步骤4与步骤5能否调换顺序？请说明理由。显示答案14、（1）步骤4：将1号、2号、3号试管分别放入37℃温水、沸水、冰块环境中。步骤5：向3支试管中加等量的稀释的唾液，摇匀后放置5分钟。步骤6：向3支试管中各滴加1滴碘液，结果1号不变蓝，2、3号均变蓝。（2）不能。因为如果调换顺序，在常温下，2号和3号试管内的淀粉酶能将其中的淀粉分解一部分。-END-课外拓展果胶酶能提高果蔬汁的出汁率果胶酶是应用于果蔬饮料生产中最主要的酶类，它能较大幅度地提高果蔬饮料的出汁率，改善其过滤速度和保证产品贮存稳定性等。若添加果胶酶制剂，则可降低葡萄汁液的黏稠度，提高出汁率，减轻强度，缩短加工时间，获得色泽清亮、汁液清澈的葡萄汁。例如，在苹果浓缩汁生产中，为了避免液化技术的缺点，很多厂商采用两阶段液化技术，或者称为果渣液化技术：首先在果浆中添加果胶酶，浸渍后压榨，或者不加果胶酶直接压榨；接着将压榨后的果渣加水，之后加入果胶酶和纤维素酶进行酶解，然后压榨，从而大大提高苹果的出汁率。果胶酶能使果蔬饮料澄清果胶酶作用于果蔬汁时，除降低粘度外，还可产生絮凝作用，使果蔬汁澄清。澄清机理的实质包括果胶的酶促水解和非酶的静电絮凝两部分。果汁中有很多物质如纤维素、蛋白质、淀粉、果胶物质等影响澄清，且果胶物质是造成果汁混浊的主要因素。在樱桃汁的加工过程中，添加果胶酶使果胶水解，从而使樱桃汁黏度降低，过滤阻力减小，过滤速度加快；同时，由于樱桃汁中的悬浮果粒失去高分子果胶的保护，很容易发生沉降而使上层汁液清亮，在以后的澄清过程中，明胶澄清剂的加入量便可大大减少，甚至免加澄清剂。果胶酶还可以用于苹果汁、甘蔗汁、蟠桃汁、桃杏李果汁等的澄清。添加果胶酶时，应使酶与果浆混合均匀，根据原料品种控制酶制剂的用量，并控制作用的温度和时间。若果胶酶与明胶结合使用，效果更佳。有时采用复合酶法澄清，如在澄清枣汁时，使用果胶酶和α-淀粉酶。果胶酶能提高超滤时的膜通量利用超滤技术生产清汁及浓缩清汁在果蔬汁加工业中越来越流行。超滤比传统的过滤速度快、效果好，但它的主要缺点是由于果蔬汁中大量糖的存在，在超滤过程中会使超滤系统产生次生覆膜，降低了超滤通量。加入分解多糖物质的商品果胶酶，可减少次生覆膜的产生，提高超滤通量，增加了产量。因此，脱胶对于获得较高的膜通量和浓缩比非常关键。除了可以提高膜通量，果胶酶还可用于超滤膜的清洗。与化学方法相比，利用果胶酶清洗超滤膜能100%地进行生物降解，而且可以在最佳pH、温度下作用，从而可以缩短清洗时间、增加超滤膜的通透量和使用寿命、增加产量、节省能源。因此，将超滤技术与酶技术联用对发挥超滤作用至关重要。-END-高考解析例1、研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的。如将从大肠杆菌得到的磷酸二酯酶固定到尼龙膜上制成制剂，可用于降解残留在土壤中的有机磷农药，与用微生物降解相比，其作用不需要适宜的（）A．温度B．pHC．水分D．营养解析：固定化酶技术是利用物理或化学方法将酶固定在一定空间内的技术，利用了酶的高效性和专一性。酶与微生物比较来说，它的活性发挥不需要营养。答案：D例2、从土壤的嗜碱性短小芽孢杆菌中首先分离选育到一株产低温型碱性蛋白酶的高产菌株。该菌株具有嗜碱性强，不易染菌，生产性状稳定等特点。该菌产碱性蛋白酶能力强，每mL发酵活力达9000单位（28℃测定），5000单位（20℃测定）和18000单位（40℃测定），在全国五种碱性蛋白酶的性能比较中，该蛋白酶在28℃下所占有酶活力比例高于国内同类产品，表明具有低温型酶的特性。该产品用于加酶洗衣粉，可提高去污力1—2倍，特别在常温下对血，奶等蛋白质污垢有专一性的去污效果。根据以上材料回答以下问题：(1)从土壤中分离嗜碱性短小芽孢杆菌应用_____________（功能）培养基，从物理形态上应选用_____________培养基。(2)为什么该菌株产的碱性蛋白酶活力在不同温度下发酵活力不同？(3)试分析在常温下对血、奶等蛋白质污垢有专一性的去污效果的原因？(4)从细胞结构上看此菌株为________生物。如果此高产菌株为某种变异类型，则可能引起变异的来源为_____________，该菌株在生态系统成分中属_______