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专题２６酶的应用真题多维细目表真题涉分考点酶的应用题型难度设题情境试题结构素养要素２０１９浙江４月选考ꎬ３２(一)７果胶和果胶酶非选择难果胶和果胶酶并列探究生命观念ꎻ科学探究２０１８浙江４月选考ꎬ３２(一)７酶的应用非选择难果胶、淀粉等提取和利用并列探究生命观念ꎻ科学探究２０１６浙江４月选考ꎬ３２(一)７果汁中的果胶和果胶酶非选择中果汁中的果胶和果胶酶逐级探究生命观念ꎻ科学探究五年均分４.２考频常见考法命题规律与趋势０１考查内容本专题主要考查果汁中的果胶和果胶酶、α－淀粉酶的固定化和淀粉水解作用的检测及其应用ꎮ０２考频赋分本专题为中频考点ꎬ选考分值为７分ꎮ０３题型难度题型以非选择题形式出现ꎬ试题难度多为中等偏难ꎮ０４命题特点设题情境多结合生产生活实际ꎬ考查考生的科学探究、知识迁移等能力ꎮ０５核心素养多考查生命观念和科学探究ꎮ０６命题趋势预计２０２０年高考中果汁中的果胶和果胶酶、酶的固定化技术在生产中的应用将是考查的重点ꎬ科学思维的比重可能会增加ꎮ典例分析解读１２８ ５年高考３年模拟Ｂ版(教师用书)对应学生用书起始页码Ｐ２５９考点酶的应用 一、果汁中的果胶和果胶酶概述１.果胶(１)果胶的成分与存在:果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一ꎬ它由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成ꎮ(２)果胶与果汁加工:果胶不仅影响出汁率ꎬ还会使果汁浑浊ꎮ ２.果胶酶(１)来源:黑曲霉、苹果青霉等ꎮ(２)组成:果胶酶并不是特指某一种酶ꎬ而是分解果胶的一类酶的总称ꎬ主要包括果胶酶和果胶甲酯酶ꎮ(３)作用:将果胶分解成可溶性的分子使出汁率提高ꎬ也使浑浊的果汁变得澄清ꎮ３.果胶酶的应用(１)水果加工业:水果中的果胶经果胶酶水解后ꎬ可降低果汁的粘度ꎬ有助于压榨ꎻ在葡萄酒酿造中加入果胶酶能起到澄清作用ꎬ还可促使葡萄汁中的酒石酸发生沉淀ꎻ果胶酶可用于桔子脱囊衣ꎬ制造果粉和低糖果冻ꎮ(２)饲料工业:果胶酶与纤维素酶、半纤维素酶等配合ꎬ可降解植物细胞壁中的果胶和纤维素ꎬ促使淀粉、脂类、维生素和蛋白质等释放出来ꎬ从而提高饲料的营养价值ꎻ果胶酶可降低饲料的粘度ꎬ促进饲料在动物消化道内的消化吸收ꎮ 二、果汁中的果胶和果胶酶实验分析１.探究利用苹果或山楂匀浆制作果汁的最佳条件的实验(１)实验原理①果胶果胶酶、果胶甲酯酶→半乳糖醛酸＋半乳糖醛酸甲酯ꎮ②果胶酶的活性受温度(或ｐＨ)的影响ꎬ处于最适温度(或ｐＨ)时活性最高ꎮ果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶的活性大小呈正相关ꎮ③果胶不溶于乙醇ꎮ(２)实验流程第一步制匀浆第二步烧杯Ａ烧杯Ｂ５ｇ匀浆５ｇ匀浆１０ｍＬ黑曲霉提取液１０ｍＬ水间歇搅拌２０~３０ｍｉｎ第三步试管１试管２试管３试管４Ａ烧杯混合物４ｍＬＡ烧杯混合物４ｍＬＢ烧杯混合物４ｍＬＢ烧杯混合物４ｍＬ沸水浴不加热沸水浴不加热第四步加入９５％酒精４ｍＬ ２.影响果汁产量的物质及处理方法(１)影响果汁产量的物质:纤维素和果胶是组成水果的重要物质ꎬ这两种物质的存在使制作果汁时存在两个问题:一是果肉的出汁率低ꎬ制作耗时长ꎻ二是榨取的果汁浑浊、粘度高、容易发生沉淀ꎮ(２)处理方法———酶解法组成本质作用果胶酶和果胶甲酯酶蛋白质催化果胶水解为半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯 在苹果泥和果胶酶混合之前ꎬ一定要保证底物和酶达到所要求的温度或ｐＨ条件ꎬ以避免混合后条件的变化ꎬ确保实验结果的可靠性ꎮ 三、α－淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测１.固定化酶(１)形成:将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上ꎬ使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂ꎮ(２)特性:与游离酶相比较ꎬ稳定性好ꎬ与底物和产物容易分离ꎬ易于控制ꎬ能反复多次使用ꎻ便于运输和贮存ꎬ有利于自动化生产ꎮ２.固定化酶的制作方法:由酶的性质和载体特性所决定ꎬ主要包括吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等ꎮ３.α－淀粉酶水解作用的检测 四、酶的固定化１.固定化酶含义:将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上ꎬ使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂ꎮ 制备固定化酶的主要方法:名称原理图示包埋法将酶或微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中化学结合法利用共价键、离子键使酶分子或细胞相互结合ꎬ或将其结合到载体上物理吸附法通过物理吸附作用ꎬ把酶或细胞固定在纤维素、琼脂糖、多孔玻璃或离子交换树脂等载体上 ２.常见固定化方法及其优缺点方法优点缺点物理吸附法适用的酶范围广ꎬ酶活性高酶与载体的结合力较弱ꎬ酶容易脱落化学结合法结合稳定ꎬ适用范围广制备条件不够温和ꎬ酶活性较低包埋法酶活性高ꎬ稳定性也较高适用范围窄专题２６ 酶的应用１２９ 直接使用酶和固定化酶的比较直接使用酶固定化酶制作方法化学结合法、物理吸附法、包埋法等是否需要营养物质否否催化反应单一或多种单一反应底物各种物质(大分子、小分子)各种物质(大分子、小分子)续表直接使用酶固定化酶缺点①对环境条件非常敏感ꎬ易失活②难回收ꎬ成本高ꎬ影响产品质量不利于催化一系列酶促反应优点催化效率高、耗能低、低污染①既能与反应物接触ꎬ又能与产物分离②可以重复利用对应学生用书起始页码Ｐ２６０探究酶活性最适条件和用量的实验分析(科学探究)１.探究影响果胶酶活性因素实验的分析(１)实验原则:遵循单一变量原则、对照原则ꎬ严格控制变量ꎬ尽量减少无关变量的影响ꎮ(２)实验原理:果胶酶活性受温度、ｐＨ或酶抑制剂的影响ꎬ在最适温度或ｐＨ时ꎬ其活性最高ꎬ果肉的出汁率、果汁的澄清度都与果胶酶的活性大小呈正相关ꎮ２.三个实验的变量分析实验名称(目的)自变量因变量注意事项探究温度对果胶酶活性的影响温度果汁量(澄清度)①底物和酶在混合时的温度是相同的②温度梯度越小ꎬ实验结果越精确③苹果泥和果胶酶用量在各个试管应相同④ｐＨ应为最适ｐＨ探究ｐＨ对果胶酶活性的影响ｐＨ果汁量(澄清度)①温度应为最适温度②ｐＨ梯度可用ＮａＯＨ和盐酸调节③用玻璃棒搅拌使反应充分进行④先对底物和酶分别进行ｐＨ调节ꎬ将底物和酶混合探究果胶酶的用量果胶酶的用量果汁量(澄清度)①制备苹果匀浆后迅速加热ꎬ使苹果匀浆中果胶酶变性②温度、ｐＨ应为最适且保持不变果胶是植物细胞细胞壁及胞间层的主要组成成分之一ꎮ果胶酶能够水解果胶ꎬ瓦解植物细胞的细胞壁及胞间层ꎮ在果汁生产中应用果胶酶可以提高出汁率和澄清度ꎮ请你帮助完成以下有关果胶酶和果汁生产的实验课题ꎮ实验用具和材料:磨浆机、烧杯、试管、量筒、刀片、玻璃棒、漏斗、纱布等ꎻ苹果、质量分数为２％的果胶酶溶液、蒸馏水等ꎮⅠ.验证果胶酶在果汁生产中的作用实验方法及步骤:(１)将苹果洗净去皮ꎬ用磨浆机制成苹果泥ꎬ加入适量蒸馏水备用ꎮ(２)取两个１００ｍＬ洁净的烧杯ꎬ编号为１、２ꎬ按相应程序进行操作ꎬ请把表中未填写的内容填上ꎮ操作顺序项目烧杯１２ａ在烧杯中加入苹果泥２０ｍＬ２０ｍＬｂ ２ｍＬｃ注入蒸馏水２ｍＬｄ在恒温水浴中保温ꎬ并用玻璃棒不时搅拌１０ｍｉｎ１０ｍｉｎ (３)取出两个烧杯ꎬ同时进行过滤ꎮ一定时间后ꎬ观察(或比较) 和 ꎬ并记录结果ꎮ(４)最可能得到的实验结果及结论: ꎮⅡ.探究果胶酶催化果胶水解的最适ｐＨ本课题实验步骤中ꎬ在进行果胶酶溶液和苹果泥的混合并调整ｐＨ时有下面两种操作:方法一:将试管中的果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥相混合ꎬ再把混合液的ｐＨ分别调至４、５、６１０ꎮ方法二: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、６１０ꎬ再把ｐＨ相等的果胶酶溶液和苹果泥相混合ꎮ(１)请问上述哪一种操作更科学: ꎮ说明理由: ꎮ(２)如果用曲线图的方式记录实验结果ꎬ在现有的条件下ꎬ当横坐标表示ｐＨꎬ纵坐标表示 时ꎬ实验的操作和记录是比较切实可行的ꎮ根据你对酶特性的了解ꎬ在图中选择一个最可能是实验结果的曲线图: ꎮ解析 Ⅰ.该实验的目的是验证果胶酶的催化作用ꎮ实验设计遵循对照原则和等量原则ꎮ实验组添加果胶酶溶液ꎬ对照１３０ ５年高考３年模拟Ｂ版(教师用书)组添加等量蒸馏水ꎮ实验因变量为滤出的果汁的体积和澄清度ꎮⅡ.该实验是探究在一定温度条件下果胶酶催化果胶水解的最适ｐＨꎮ比较方法一和方法二可发现ꎬ方法二避免了在达到预设ｐＨ之前就发生酶的催化反应ꎮ实验的因变量是果汁的体积和澄清度ꎮ实验结果若用坐标图表示ꎬ可设置纵坐标为果汁体积ꎮ在一定范围内ꎬ随ｐＨ增加ꎬ果汁体积增大ꎬ当ｐＨ超过最适值后ꎬ随ｐＨ增加ꎬ酶活性降低ꎬ果汁体积减小ꎮ答案 Ⅰ.(２)ｂ注入果胶酶溶液(３)滤出的果汁体积 果汁澄清度(４)相同时间内ꎬ１号烧杯中滤出果汁体积比２号烧杯多ꎬ且澄清度高ꎬ说明果胶酶对果胶的水解有催化作用Ⅱ.(１)方法二 方法二的操作能确保酶的反应环境从一开始便达到实验的预设ｐＨ(２)果汁体积 甲１－１ 下列是有关酶的应用的问题ꎬ请分析回答ꎮ工业生产果汁时ꎬ常常利用果胶酶破除果肉细胞壁来提高出汁率ꎬ为研究温度对果胶酶活性的影响ꎬ某学生设计了如下实验:①将果胶酶与苹果泥分装于不同试管ꎬ在１０℃水浴中恒温处理１０ｍｉｎ(如图Ａ)ꎮ②将步骤①处理后的果胶酶和苹果泥混合ꎬ再次在１０℃水浴中恒温处理１０ｍｉｎ(如图Ｂ)ꎮ③将步骤②处理后的混合物过滤ꎬ收集滤液ꎬ测量果汁量(如图Ｃ)ꎮ④在不同温度条件下重复以上实验步骤ꎬ并记录果汁量ꎬ结果如表:温度/℃１０２０３０４０５０６０７０８０果汁量/ｍＬ８１３１５２５１５１２１１１０ 根据上述实验ꎬ请分析回答下列问题:(１)果胶酶能破除细胞壁ꎬ是因为果胶酶可以促进细胞壁中果胶的水解ꎬ产物是 ꎮ(２)实验结果表明ꎬ当温度为 左右时ꎬ果汁量最多ꎬ此时果胶酶的活性 ꎮ(３)为什么该实验能够通过测定过滤出的苹果汁的体积的多少来判断果胶酶活性的高低? ꎮ(４)果胶酶作用于一定量的某种物质(底物)ꎬ保持温度、ｐＨ在最适值ꎬ生成物量与反应时间的关系如图所示ꎬ在３５ｍｉｎ后曲线变成水平是因为 ꎮ若增加果胶酶浓度ꎬ其他条件不变ꎬ请在图中画出生成物量变化的示意曲线ꎮ１－１答案 (１)半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯(２)４０℃ 最高(３)果胶酶将果胶水解为半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯ꎬ降低了果汁的粘度ꎬ提高了果肉的出汁率ꎬ因此苹果汁的体积的多少可以反映果胶酶活性的高低(４)底物消耗完毕解析 (１)果胶酶可催化果胶水解为半乳糖醛和半乳糖醛酸甲酯ꎮ(２)从实验数据分析:在温度为４０℃左右时ꎬ果汁量最多ꎬ说明此时的果胶酶催化活性最高ꎮ(３)果胶酶将果胶水解为半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯ꎬ降低了果汁的粘度ꎬ提高了果肉的出汁率ꎬ因此可用过滤出的苹果汁的体积的多少判断果胶酶活性的高低ꎮ(４)因为底物的量是一定的ꎬ所以底物消耗完时ꎬ生成物的量达到最大值ꎬ其后不再发生变化ꎻ增加酶的浓度可以使反应更快地达到平衡点ꎬ但生成物的总量不会发生变化ꎮ