4.1果胶酶在果汁生产中的作用

课题背景我国每年上市的新鲜水果品种多、数量大。但由于收获的季节性强，易造成积压滞销，腐烂变质。水果的加工技术，（制作果汁、果干、果粉和国酒）可以缓解产销矛盾。本课题将探究：果胶酶在果汁生产中的应用一.果肉的出汁率低,耗时长．二．榨取的果汁浑浊，黏度高，易发生沉淀．制作果汁要解决两个问题怎样解决？使用果胶酶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；蛋白质（大多数）或RNA；基本组成单位：氨基酸或核糖核苷酸酶能降低化学反应的活化能，从而使反应能够迅速的进行。在各种化学反应中起催化作用2、酶的本质3、酶的功能4、酶的特性（1）高效性（2）专一性（3）需要适宜的条件基础知识思考：你还能画出温度和PH值对酶影响的曲线吗？关于酶的三个特性你能举例说明吗？你认为影响酶促反应的因素有哪些？阅读课本P42的内容，回答以下问题：（1）细胞壁的组成成分？（2）果胶的单体是什么？（3）果胶酶的作用？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。思考：要破坏植物的细胞壁，你有什么方法？结果一样吗？基础知识（一）果胶酶的作用植物细胞壁的结构示意图基础知识（一）果胶酶的作用2、果胶对果汁制作的影响：果胶酶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、果胶酯酶等。果胶酶果胶半乳糖醛酸影响果汁的出汁率，还会使果汁浑浊。基础知识（一）果胶酶的作用3、果胶酶：4、果胶酶在果汁制作中的作用①分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层；提高水果的出汁率②使果胶水解为半乳糖醛酸，并使果汁变得澄清。1、果胶1、酶的活性2、酶催化能力高低的衡量标准指酶催化一定化学反应的能力。在一定的条件下，酶所催化的某一化学反应的反应速度来表示。酶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。基础知识（二）酶的活性与影响酶活性的因素3、影响酶活性的因素：①温度②pH：③酶的抑制剂：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（二）酶的活性与影响酶活性的因素3、影响酶活性的因素：①温度②pH③酶的抑制剂B、果胶酶的最适温度果胶酶的最适温度为45～500C。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。但低温使酶的活性被抑制后，缓慢恢复其温度活性仍可恢复。1、分别用00C和1000C的温度处理某种酶后，酶都没有活性，但（）A、经过00C处理的酶活性能够恢复B、经过1000C处理的酶活性能够恢复C、经过00C处理的酶的空间结构遭破坏D、经过1000C处理的酶被水解成了氨基酸AA、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（二）酶的活性与影响酶活性的因素3、影响酶活性的因素：①温度②pH③酶的抑制剂B、果胶酶的最适pH果胶酶的最适pH范围为3.0～6.0。2、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，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pH＝6.8，其化学本质是蛋白质基础知识（二）酶的活性与影响酶活性的因素③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（二）酶的活性与影响酶活性的因素3、影响酶活性的因素：①温度②pH③酶的抑制剂你知道这些离子为什么能抑制酶的活性？1、酶的生产①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）。②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（三）果胶酶的用量③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。实验设计的2个基本原则：1、对照原则2、单一变量原则实验设计（1-1）探究温度对果胶酶活性的影响果胶酶的活性受温度影响。处于最适温度时，活性最高。高于或低于此值时活性均下降。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、实验原理实验设计（1-1）探究温度对果胶酶活性的影响2、实验操作流程你能设计吗？实验设计（1-1）探究温度对果胶酶活性的影响思考：1、你打算设置多少个温度值？2、你如何得到苹果泥？3、你怎样保证在任一温度装置中苹果泥和果胶酶及混合后温度的一至？4、你依据什么来判定果胶酶的活性大小的大小？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支试管将分别装有苹果泥和果胶酶的试管9组分别放入300C、350C、400C、450C、500C、550C、600C、650C和700C的恒温水箱中保温试管内温度稳定后，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①②③④⑤⑥设计记录数据的表格⑦结果分析与评价：A、根据表中数据画曲线图；P45B、据曲线说明温度是如何影响酶的活性的？温度oC303540455055606570果汁量/ml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（1-1）探究温度对果胶酶活性的影响工业生产果汁时，常常利用果胶酶破除果肉细胞壁以提高出果汁率，为研究温度对果胶酶活性的影响．某学生设计了如下实验：温度/℃1020304050607080出汁量/ml813152515121110①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）②将步骤①处理后的果胶酶和苹果泥混合，再次在10℃水浴中恒温处理10分钟（如图B）③将步骤②处理后的混合物过滤，收集滤液，测量果汁量(如图C.④不同温度条件下重复以上实验步骤，并记录果汁量，结果如下表实验设计（1-1）探究温度对果胶酶活性的影响根据上述实验，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①的目的是：_________________________________。（4）为什么说果汁体积越大，酶的活性越高？果胶40℃最高温度升高，降低了酶的活性使得酶与果泥处于同一温度条件下。实验设计（1-1）探究温度对果胶酶活性的影响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、实验原理2、实验操作流程请你设计。实验设计（1-2）探究pH对果胶酶活性的影响探究pH对果胶酶活性的影响，只须将温度梯度改成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NaOH或HCl溶液进行调节。将分别装有苹果泥和果胶酶的试管在恒温水箱中恒温加热保持恒温一段时间过滤果汁，用量筒测量果汁的量，填入表格，确定最适pH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支试管将苹果泥和果胶酶分别加入9组试管中（选取的pH梯度：5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0）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？提示：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。间3．A同学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？提示：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实验设计（1-2）探究pH对果胶酶活性的影响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？提示：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。间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（1-2）探究pH对果胶酶活性的影响果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要成分之一。果胶酶能够分解果胶，从而分解植物的细胞壁及胞间层。在果汁生产中应用果胶酶可以提高果汁的澄清度。下面是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”的课题过程中遇到的问题。（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、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、6……10。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、6……10，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（1-2）探究pH对果胶酶活性的影响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）充分地接触以减少实验误差实验设计（1-2）探究pH对果胶酶活性的影响（3）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，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（1-2）探究pH对果胶酶活性的影响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”点的位置如右图所示，m点标在曲线上的不给分）实验设计（1-2）探究pH对果胶酶活性的影响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实验设计(1-3)探究果胶酶的用量2、实验操作请你设计。（1）配制不同浓度的果胶酶溶液和制备水果泥；①配制不同浓度的果胶酶溶液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，取等量放入9支试管中，并编号1～9。②制备水果泥搅拌器搅拌制成苹果泥并称45g，等量装入9支试管中，并编号1～9（2）将上述试管放入恒温水浴加热一段时间。（3）将不同浓度的果胶酶分别迅速与