高中生物 第1部分 微生物的利用 實驗4 果汁中的果膠和果膠酶教案 浙科版選修1

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實驗4 果汁中的果膠和果膠酶課標解讀重點難點1.探究制作果汁的最佳條件。2.檢測果膠酶的活性，觀察果膠酶對果汁形成的作用。1.設(shè)計實驗探究溫度或pH對果膠酶活性的影響。2.設(shè)計實驗探究果膠酶的最適用量。一、果膠1果膠是植物細胞壁的主要成分。2果膠的組成：它由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯組成。3在山楂的果實中果膠含量最多。4果膠的作用：能將植物細胞粘合在一起，去掉果膠，就會使植物組織變得松散。由于果膠的作用，煮沸的山楂泥可以制成山楂糕。5果膠的特性：不溶于乙醇，這是鑒別果膠的一種簡易方法。二、果膠酶1果膠酶的化學(xué)本質(zhì)是：蛋白質(zhì)。2作用：果膠酶和果膠甲酯酶可水解果膠。3可用于生產(chǎn)果膠酶的微生物有：黑曲霉、蘋果青霉等。在不殺死細胞的情況下，如何使植物細胞分離和去除細胞壁？【提示】植物細胞壁的主要成分是纖維素和果膠，胞間層的主要成分也是果膠，因此，可用果膠酶使細胞分離，用纖維素酶和果膠酶去除細胞壁。三、檢測果膠酶活性的實驗1實驗設(shè)備勻漿機、小刀、100 mL的燒杯、沸水浴或酒精燈、試管、移液管、量筒。2實驗材料山楂或蘋果，每組10 g。黑曲霉提取液或果膠酶溶液、95%的乙醇。3實驗?zāi)康?1)探究利用蘋果或山楂勻漿制作果汁的最佳條件，也是檢測果膠酶的活性。(2)了解果膠酶對果汁形成的作用和收集果膠酶的應(yīng)用材料。4實驗步驟(1)用小刀除去蘋果或山楂果實中帶種子的部分，切成塊后，放入勻漿機中，再加入少量水制成勻漿。(2)取兩個100 mL的燒杯，編號為A、B，各加入5 g勻漿液，再向A號燒杯中加入10 mL黑曲霉提取液或果膠酶溶液，B號燒杯中加入10 mL水，間歇攪拌2030 min。(3)取4支試管，編號14，將A燒杯中的混合物放入1號和2號試管中，每管放入4 mL，將B燒杯中的混合物放入3號和4號試管中，每管放入4 mL，將1、3號試管放在沸水浴中或酒精燈上加熱，觀察。2,4號試管不加熱。(4)向上述4支試管中各加入95%的乙醇4 mL，觀察。5實驗結(jié)果燒杯號試管號處理加酒精前現(xiàn)象加酒精后現(xiàn)象A1加熱果汁混濁有沉淀2不加熱果汁澄清無沉淀B3加熱果汁渾濁有沉淀4不加熱果汁渾濁有沉淀6.實驗結(jié)論果膠酶能水解果膠，提高果汁的澄清度，高溫能破壞果膠酶的活性，不利于制作果汁。上面的四支試管哪一個是實驗組？哪些試管之間存在對照？【提示】2號試管為實驗組。2和1,2和 4之間存在對照。果膠與果膠酶1.果膠果膠是植物細胞壁以及胞間層的主要組成物質(zhì)之一，由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯組成。新鮮水果、植物的根、葉和莖中果膠特別豐富。果膠不溶于乙醇這是鑒別果膠的一種簡易方法，果膠本身不溶于水，但由于含有親水基團，果膠與水有強大結(jié)合力，是有力的凝膠化劑，在食品、制藥和化妝品工業(yè)中有廣泛用途。2果膠酶(1)果膠酶及其來源果膠酶是指水解果膠的多種酶的總稱，此外水解果膠還需果膠甲酯酶。植物、霉菌、酵母菌和細菌均能產(chǎn)生果膠酶由霉菌發(fā)酵生產(chǎn)的果膠酶是食品加工業(yè)中使用量最大的酶制劑之一，被廣泛地應(yīng)用于果汁加工業(yè)。(2)果膠酶的作用果膠酶能夠分解果膠，瓦解植物的細胞壁及胞間層，使榨取果汁變得更容易，而果膠分解成可溶性的半乳糖醛酸也使得渾濁的果汁變得澄清。(3)果膠酶在果汁生產(chǎn)上的應(yīng)用水果中的果膠經(jīng)果膠酶水解后，可降低果汁的黏度，有助于壓榨并提高出汁率。在進行果汁沉降和離心時，能破壞果汁中懸浮物的穩(wěn)定性，使其凝聚沉淀，果汁得到澄清。經(jīng)果膠酶處理的果汁比較穩(wěn)定，不再發(fā)生渾濁，在制備濃縮果汁時，果膠酶的作用顯得尤為重要。在葡萄酒釀造中加入果膠酶能起到澄清作用，還可促使葡萄汁中的酒石酸發(fā)生沉淀。果膠酶可用于橘子脫囊衣，制造果粉和低糖果凍。果膠酶并非特指某一種酶，而是分解果膠的一類酶的總稱。包括半乳糖醛酸酶、果膠分解酶及果膠酯酶等。下列與果膠酶相關(guān)的敘述不正確的是()A果膠酶不僅存在于植物細胞中，也存在于許多微生物細胞中B果膠酶能夠分解果膠，瓦解植物的細胞壁及胞間層C在果汁中加入果膠酶后可使果汁變得澄清D果膠酶由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯組成【思路點撥】果膠酶的化學(xué)本質(zhì)為蛋白質(zhì)，果膠是由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯組成的；果膠酶廣泛存在于植物細胞及霉菌、酵母菌和細菌等微生物細胞中。果膠酶能夠分解果膠、瓦解植物細胞壁及胞間層。在果汁中加入果膠酶，可使果膠水解為可溶性半乳糖醛酸，從而使果汁變得澄清。【答案】D1下列與果膠及果膠酶相關(guān)的敘述不正確的是()A果膠和纖維素是植物細胞壁的主要成分，故用纖維素酶和果膠酶可將植物細胞壁水解B煮沸的山楂泥可制成山楂糕，就是由于果膠的作用C果膠酶不溶于乙醇，這是鑒別果膠酶的一種簡易方法D許多微生物也可用于生產(chǎn)果膠酶【解析】果膠酶屬蛋白質(zhì)，在乙醇中有較高的溶解度，果膠不溶于乙醇，這是鑒別果膠的一種簡易方法?！敬鸢浮緾果膠酶活性制約因素的相關(guān)實驗1.探究溫度對果膠酶活性的影響(1)實驗原理果膠酶活性受溫度影響。處于最適溫度時，活性最高。果肉的出汁率、果汁的澄清度與果膠酶的活性大小成正比。(2)操作步驟實驗溫度30 35 40 45 50 55 60 65 70 果汁量(mL)(3)注意事項在混合蘋果泥和果膠酶之前進行恒溫處理的目的是保證底物和酶在混合時的溫度是相同的，避免混合后的溫度變化，確保實驗結(jié)果的準確性。通過測定濾出的蘋果汁的體積大小來判斷果膠酶的活性的原理是：果膠酶將果膠分解為小分子物質(zhì)，可通過濾紙，因此蘋果汁的體積大小反映了果膠酶催化分解果膠能力的大小。本實驗的實驗對象是酶的活性，溫度作為自變量，屬于探究性的定量實驗。自變量溫度可設(shè)置梯度來確定最適值。溫度梯度越小，實驗結(jié)果越精確。本實驗仍是對照實驗(相互對照)，每支試管中蘋果泥和果膠酶的用量要嚴格控制相等。嚴格控制各實驗組的pH、操作的程序等。2探究pH對果膠酶活性的影響(1)實驗原理果膠酶的活性受環(huán)境pH的影響。在一定pH下，酶反應(yīng)具有最大速度，高于或低于此值，反應(yīng)速度下降，稱此pH為酶活性的最適pH。(2)實驗流程及注意問題用攪拌器攪拌制蘋果泥，蘋果泥來源要相同(最好是同一種蘋果)。將分別裝有蘋果泥和果膠酶的試管在恒溫水浴中保溫。將蘋果泥和果膠酶分別加入9組實驗用的試管中(pH梯度可設(shè)置為5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0)，并快速混合調(diào)節(jié)pH。混合后放進恒溫水浴中反應(yīng)一段時間。將試管中混合物過濾，并用量筒量取果汁體積，比較果汁多少，確定最適pH。記錄實驗結(jié)果。pH5.05.56.06.57.07.58.08.59.0果汁量(mL)某實驗小組為探究果膠酶的最適溫度，設(shè)計了以下實驗：用攪拌器攪拌制取一定量果泥備用，配制質(zhì)量分數(shù)為2%的果膠酶溶液備用，按以下操作步驟進行：試管號操作123456加入果泥(mL)8ABCDE水浴恒溫()102030405060加入果膠酶(mL)2FGHIJ反應(yīng)時間 min303030303030比較果汁澄清度過濾比較出汁量(1)該實驗的自變量是_，因變量是_。(2)請?zhí)顚懕砀裰凶帜杆淼臄?shù)值，并解釋原因。_。(3)為使效果更明顯，本實驗還要考慮其他因素對酶的影響，請列舉三點：_、_、_。(4)本實驗檢測因變量的方法有兩種，分別是_、_?！舅悸伏c撥】(1)本實驗的6支試管水浴溫度設(shè)置不同，因此實驗的自變量是溫度，因變量是酶的活性，通過果汁的澄清度和出汁量來檢測。(2)實驗研究的自變量是溫度，因此果泥的量和果膠酶的量為無關(guān)變量，無關(guān)變量要相同。(3)影響各試管反應(yīng)的因素還有pH、水果的粉碎程度、果泥與果膠酶的混合程度、反應(yīng)時間等。(4)果膠酶的活性高，果膠分解徹底，果汁的澄清度高，果汁出汁量大；果膠酶的活性低，果膠分解不徹底，果汁的澄清度低，果汁出汁量小。【答案】(1)溫度果膠酶的活性(2)A、B、C、D、E均為8，F(xiàn)、G、H、I、J均為2。這樣可保證除自變量不同以外，其他無關(guān)變量都相同(3)本實驗應(yīng)將反應(yīng)混合物調(diào)到果膠酶的最適pH為了使果膠酶與果泥能充分接觸，應(yīng)盡量將果泥與酶液混勻在反應(yīng)中適當(dāng)攪拌(其余合理也給分)(4)測果汁澄清度比較出汁量2工業(yè)生產(chǎn)果汁時，常常利用果膠酶破除果肉細胞壁以提高出汁率，為研究溫度對果膠酶活性的影響某同學(xué)設(shè)計了如下實驗：將果膠酶與蘋果泥分裝于不同試管，在10 水浴中恒溫處理10分鐘(如圖A)。將果膠酶與蘋果泥混合，再次在10 水浴中恒溫處理10分鐘(如圖B)。將步驟處理后的混合物過濾，收集濾液，測量果汁(如圖C)。在不同溫度條件下重復(fù)以上實驗步驟，并記錄果汁量如下：溫度/1020304050607080果汁量/mL813152515121110根據(jù)上述實驗，請分析回答下列問題：(1)果膠酶能破除細胞壁，是因為果膠酶可以促進細胞壁中_的水解。(2)實驗結(jié)果表明，當(dāng)溫度為_時果汁量最多，此時果膠酶的活性_。當(dāng)溫度再升高時，果汁量降低，說明_。(3)實驗步驟的目的是_。(4)為什么該實驗?zāi)軌蛲ㄟ^測定濾出的蘋果汁的體積大小來判斷果膠酶活性的高低？_?！敬鸢浮?1)果膠(2)40 最高酶活性降低(3)使酶和蘋果泥處于同一溫度條件下(4)果膠酶將果膠分解為小分子物質(zhì)，小分子物質(zhì)可以通過濾紙，因此蘋果汁的體積大小反映了果膠酶催化分解果膠的能力1果膠是植物組織的組成成分之一，它主要存在于植物組織的哪一部分？()A細胞核B細胞質(zhì)C細胞間隙D細胞壁及胞間層【解析】果膠是植物細胞壁及胞間層的主要成分?！敬鸢浮緿2探究溫度對果膠酶活性的影響、pH對果膠酶活性的影響、果膠酶的用量三個實驗中，自變量依次為()A溫度、酶活性、酶用量B蘋果泥用量、pH、果汁量C反應(yīng)時間、酶活性、酶用量D溫度、pH、果膠酶用量【解析】首先要明確自變量、反應(yīng)變量等基本概念，在此基礎(chǔ)上，針對三個探究實驗進行分析?！敬鸢浮緿3在用果膠酶處理果泥時，為了使果膠酶能夠充分地催化反應(yīng)，應(yīng)采取的措施是()A加大蘋果泥用量B加大果膠酶用量C進一步提高溫度D用玻璃棒不時地攪拌反應(yīng)混合物【解析】用果膠酶處理果泥，可用玻璃棒不時地攪拌反應(yīng)混合物以加大酶與底物的接觸面積，使果膠酶能夠更充分地催化反應(yīng)。【答案】D4下列關(guān)于果膠酶的敘述，正確的是()具有分泌功能的細胞產(chǎn)生的凡是活細胞都能產(chǎn)生果膠酶果膠酶能將果膠分解成半乳糖醛酸植物、霉菌、酵母菌和細菌均能產(chǎn)生果膠酶果膠酶特指分解果膠的一種酶纖維素酶和果膠酶可用于去除植物細胞壁組成果膠酶的基本單位是氨基酸或核苷酸ABCD【解析】酶是活細胞產(chǎn)生的一類具有催化能力的有機物；酶具有專一性和高效性；絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)；果膠酶是一類酶的統(tǒng)稱。【答案】C5現(xiàn)有磨漿機、燒杯、滴管、量筒、玻璃棒、漏斗、紗布、蘋果、試管、質(zhì)量分數(shù)為2%的果膠酶溶液、蒸餾水、一定濃度的鹽酸和氫氧化鈉溶液，下表是某小組利用上述材料進行的有關(guān)實驗：(“/”表示不加)操作順序項目燒杯甲乙丙丁1在燒杯中加入蘋果泥20 mL20 mL20 mL20 mL2加入不同的液體2 mL蒸餾水4 mL蒸餾水2 mL鹽酸2 mL氫氧化鈉32 mL/2 mL2 mL4水浴恒溫，玻璃棒攪拌15分鐘15分鐘15分鐘15分鐘請回答下列問題：(1)磨漿機的作用是_。(2)若要驗證果膠酶的作用，應(yīng)把_兩個燒杯同時取出并_，觀察并比較_。預(yù)期的實驗現(xiàn)象與結(jié)果是：_。(3)比較燒杯甲、丙、丁可知：_能影響酶的活性。(4)表中處的內(nèi)容是_。(5)請你設(shè)計一張表格，用來記錄利用上述材料“探究果膠酶最適用量”的實驗結(jié)果?！窘馕觥客ㄟ^表格可看出實驗研究的是果膠酶的作用和pH(酸堿度)對果膠酶活性的影響。果膠酶的活性可通過果汁的澄清度和出汁量來檢測。探究果膠酶最適用量的實驗，自變量是果膠酶的量，應(yīng)設(shè)置一系列試管，加不相同量的果泥，分別加入不同量的果膠酶，過濾果汁相同的時間，比較果汁的澄清度和出汁量?！敬鸢浮?1)制取蘋果泥(2)甲與乙過濾相同時間果汁的體積與澄清度甲果汁的體積多于乙且比乙澄清(3)pH值(酸堿度)(4)質(zhì)量分數(shù)為2%的果膠酶溶液(5)如下表：組號12345678910加入蘋果泥的量(mL)質(zhì)量分數(shù)為2%的果膠酶溶液量(mL)所得果汁的體積(mL)組號、加入蘋果泥的量(mL)、質(zhì)量分數(shù)為2%的果膠酶溶液量(mL)、所得果汁的體積(mL)四欄目必須有。(單位可以不用mL，如用滴等，組數(shù)也不定。)學(xué)業(yè)達標測評(二)果汁中的果膠和果膠酶1.在果汁加工中，果膠不僅會影響出汁率，還會使果汁渾濁，因此應(yīng)加入果膠酶去除果膠，這表現(xiàn)出酶的()A多樣性B高效性C專一性D受溫度影響【解析】果膠酶可專一性地水解果膠，這體現(xiàn)出了酶催化作用的專一性特點?！敬鸢浮緾2在探究溫度對果膠酶活性的影響、pH對果膠酶活性的影響兩實驗中，實驗變量依次為_，兩實驗的反應(yīng)變量為_()A溫度、反應(yīng)時間，果汁量BpH、溫度，蘋果泥用量C溫度、pH，果汁量D溫度、pH，反應(yīng)時間C【答案】C3下面是果膠與果膠酶關(guān)系的內(nèi)容，其中正確的是()A果膠酶是一種能水解果膠的酶B果膠酶能水解果膠，因此，它與制取果汁有關(guān)C由于果膠酶能水解果膠，使植物組織變松散，因此在植物的細胞中不存在果膠酶D在山楂的果實中由于果膠酶含量最高，因此，課本實驗的材料之一是山楂【解析】A項錯在果膠酶不是一種能水解果膠的酶，而是一類酶的總稱。C項闡述是錯誤的，因為雖然果膠酶能水解果膠，使植物組織松散，但是在植物細胞中還是存在果膠酶的，只是在不同生長時期，其含量不同，如成熟果實就比幼嫩果實的果膠酶含量高，這也是成熟果實比較柔軟的原因。D項錯在課本實驗選用山楂為實驗材料之一，并非因為果膠酶，而是因為其果膠含量高?！敬鸢浮緽4pH對果膠酶活性影響的實驗中，不正確的是()A自變量是不同的pH梯度B控制不變的量有溫度、底物濃度、酶濃度、反應(yīng)時間等C可通過測定濾出的果汁體積判斷果膠酶最適pHDpH過低時，果膠酶活性變小，但不失活【解析】強酸、強堿、高溫都會導(dǎo)致酶變性失活，只有低溫抵制酶的活性，但不使其變性失活?！敬鸢浮緿5下列關(guān)于果膠的敘述正確的是()A果膠是細胞壁組成成分中含量最多的物質(zhì)B煮沸的山楂泥可制成山楂糕，是由于果膠酶的作用C果膠只能被果膠酶水解D若去掉果膠，就會使植物組織變得松散【解析】細胞壁成分中含量最多的是纖維素；煮沸的山楂泥可制成山楂糕，是由于果膠的作用，不是果膠酶的作用；果膠酶和果膠甲酯酶都可水解果膠。【答案】D6果膠酶能使渾濁的果汁重新變得澄清；果酒、啤酒等放久后易產(chǎn)生蛋白質(zhì)沉淀而變渾濁，加入少量的菠蘿蛋白酶就可使沉淀消失，防止渾濁，加入其他種類的酶則無濟于事，這些可作為驗證什么的實例()A酶的催化作用受環(huán)境的影響B(tài)酶的化學(xué)成分主要是蛋白質(zhì)C酶的催化作用具有高效性D酶的催化作用具有專一性【解析】果汁渾濁是由于不溶性果膠的存在，果膠酶可催化果膠分解成可溶性的半乳糖醛酸，使渾濁的果汁重新變得澄清。果酒、啤酒渾濁是由于產(chǎn)生了蛋白質(zhì)沉淀，蛋白酶能催化蛋白質(zhì)水解成可溶性的氨基酸或小分子的肽。這些實例都驗證了酶的催化作用具有專一性?！敬鸢浮緿7下列關(guān)于果膠酶的作用敘述錯誤的是()A果膠酶是一種催化劑，可以改變反應(yīng)速度B果膠酶能夠分解果膠，瓦解植物的細胞壁及胞間層C在果汁中加入果膠酶后可使果汁變得澄清D果膠酶能將乳糖醛酸分解成半乳糖醛酸【解析】酶是催化劑，可以改變化學(xué)反應(yīng)速度；細胞壁和胞間層中含有果膠，在生產(chǎn)果汁時，加入果膠酶能提高出汁率，也能使果汁變得澄清；果膠酶能夠?qū)⒐z分解為可溶性的半乳糖醛酸，從而達到使果汁變澄清的目的；酶具有專一性，果膠酶只能把果膠催化分解為半乳糖醛酸，而不能催化分解乳糖醛酸?！敬鸢浮緿8我國水果生產(chǎn)發(fā)展迅速，由于收獲的季節(jié)性強，易造成積壓，腐爛變質(zhì)，為了解決上述問題且滿足不同人群的需求，可以將水果加工制作成果汁、果酒、果醋等。在果汁生產(chǎn)中要用到果膠酶，某生物研究小組為了探究果膠酶的某些特性，進行了如下實驗：圖1(1)實驗方法：請將圖1中所示的操作進行排序_。(2)實驗結(jié)果：對照組與實驗組進行了相同時間的實驗，結(jié)果如圖2所示：圖2圖中自變量是溫度，除此之外還可用_表示。A酶的濃度 B蘋果泥的量C水的加入量DpH圖中的縱坐標還可用_來表示。實驗小組改變了實驗條件后重復(fù)做實驗，得到曲線乙，蘋果汁的澄清度最高點對應(yīng)的橫坐標是同一位置的原因是_。步驟c中在果膠酶和蘋果泥混合前，將兩者分裝在不同試管中恒溫的目的是_。【解析】(1)實驗順序是：準備水果泥和配置果膠酶、水果泥和果膠酶分別水浴保溫、水果泥和果膠酶混合保溫、過濾果汁后用量桶計量。(2)果膠酶的活性受溫度、pH等條件的影響，而與底物的量、酶的濃度和水的加入量沒有關(guān)系，所以每一種酶的最適pH和最適溫度是一定的。衡量實驗結(jié)果的指標中有兩種，一是果汁的量，另一個是果汁的澄清度。為使實驗中達到相應(yīng)的設(shè)計溫度，必須使酶與底物分別保溫達到要求后才能混合。在相同溫度條件下，pH、酶的濃度和底物濃度也會改變反應(yīng)速率?！敬鸢浮?1)acdb(2)D蘋果汁的體積同一種酶的最適溫度是一定的，不會因酶的濃度、底物的量的不同而改變保證底物和酶在混合時的溫度是相同的，避免底物和果膠酶混合時改變混合物的溫度，從而影響果膠酶活性9酶解法制備原生質(zhì)體的原理是利用酶溶液對細胞壁成分的降解作用。蝸牛酶液從蝸牛(以植物為食)消化腺中提??；果膠酶、纖維素酶從微生物中提取。為了研究不同酶液的酶解效果，某實驗小組取無菌煙草幼葉，切成相同大小的小片，等量放入6支試管中，試劑用量和實驗結(jié)果見下表。請回答有關(guān)問題。試管編號項目蒸餾水(mL)201111緩沖液(mL)0210.50.50.5果膠酶液(mL)0000.500蝸牛酶液(mL)00000.50纖維素酶液(mL)000000.5實驗結(jié)果(綠色深淺程度)(注：“”越多表示綠色越深，“”表示顏色無顯著變化)(1)實驗過程中，需要輕搖試管，其目的是_，使原生質(zhì)體從葉小片中游離出來，以便觀察懸浮液綠色的深淺。(2)從綠色的深淺可推測：蝸牛酶液酶解效果最好，原因是蝸牛酶液含有_等多種酶。該實驗中_是空白對照組，其設(shè)置意義是_。(3)用網(wǎng)篩過濾原生質(zhì)體到離心管內(nèi)，離心后收集沉淀物，并用_洗滌。(4)原生質(zhì)體是否符合要求還需進行檢驗，其檢驗的方法是_。解析：(1)實驗過程中，需要輕搖試管，可以使細胞與酶充分接觸，可以提高酶解效果。(2)蝸牛以植物為食，所以其消化腺中含有果膠酶和纖維素酶，、沒有添加酶溶液，為空白對照組。其目的是排除無關(guān)變量的干擾。(3)離心后收集沉淀物，并用等滲溶液清洗，目的是保持細胞的正常形態(tài)。(4)要用低滲漲破法來檢驗原生質(zhì)體是否符合要求，若沒有細胞壁則可以漲破，有則不能漲破?！敬鸢浮?1)為了使細胞與酶充分接觸，提高酶解效果(2)果膠酶和纖維素酶、排除無關(guān)變量的干擾(3)等滲溶液(4)低滲漲破法