课题1 果胶酶在果汁生产中的作用

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1、专题4酶的研究与应用酶是细胞合成的生物催化剂，几乎所有的生命活动都离不开酶。随着生物科学技术的发展，酶已经走出实验室，走进人们的生产和生活。成吨的葡萄糖靠酶来生产；加酶洗衣粉、加酶牙膏在商店货架上比比皆是；药店里有助消化的多酶片；医院里有用于诊断检测的酶传感器……然而，酶的商品化生产和应用并非易事。在本专题中，我们将重点研究酶在生产生活中的实际应用，包括制作果汁、洗涤衣物以及通过细胞的固定化技术应用酶。课题1果胶酶在果汁生产中的作用课题背景我国水果生产发展迅速，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

2、，腐烂变质。水果的加工技术，不仅可以缓解产销矛盾，而且能够提高产品的附加值，满足人们不同层次的需求。水果的加工包括制作果汁、果干、果粉和果酒等。在本课题中，我们将探究果胶酶在果汁生产中的应用。制作果汁要解决两个主要问题：一是果肉的出汁率低，耗时长；二是榨取的果汁浑浊、黏度高，容易发生沉淀。在生产上，人们使用果胶酶、纤维素酶等来解决上述问题。在本课题中，我们将探究利用果胶酶制作苹果汁的适宜条件，自己动手制作苹果汁。基础知识(一)果胶酶的作用果胶酶有什么作用？观察图4-1，不难找到答案。果胶酶为什么能够提高水果的出汁率并使果汁变得澄清

3、呢？回答这个问题，需要了解植物细胞壁和胞间层的组成成分——果胶。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。在果汁加工中，果胶不仅会影响出汁率，还会使果汁浑浊。果胶酶(图4-2)能够分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层，使榨取果汁变得更容易，而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。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、果胶分解酶和果胶酯酶等。v植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶。由霉菌发酵生产的果胶酶是食品加工业中使用量

4、最大的酶制剂之一，被厂泛地应用于果汁加工业。(二)酶的活性与影响酶活性的因素酶的活性是指酶催化一定化学反应的能力。酶活性的高低可以用在一定条件下，酶所催化的某一化学反应的反应速度来表示。在科学研究与工业生产中，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。温度、pH和酶的抑制剂等条件会影响酶的活性，果胶酶也是这样。在本课题中，我们首先要探究温度、pH对果胶酶活性的影响。(三)果胶酶的用量生产果汁时，为了使果胶酶得到充分的利用，节约成本，需要控制好酶的用量。在本课题中，我们在探究了果胶酶催化反应的最适pH和最

5、适温度的基础上，还要进一步探究对于一定量的苹果泥，使用多少果胶酶最合适。实验设计请你根据下面提供的两个资料进行实验设计，写出详细的实验方案。[资料一]探究温度和pH对酶活性的影响你已经研究过温度和pH对唾液淀粉酶活性的影响，掌握了在一恒定温度下通过设置pH梯度来确定酶催化反应的最适pH，在一恒定的pH下通过设置温度梯度来确定酶催化反应的最适温度的方法。在本课题的研究中，你将如何设置温度梯度和pH梯度呢？在此基础上，你能设计出具体的实验操作方法吗？下面提供了一位同学设计的实验方案及实验流程示意图(图4-3)，请你结合有关问题评价他的

6、实验方案，然后确定自己的方案。选取的温度系列为：30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃和70℃。选取的pH系列为：5、6、7、8、9。v虽然实验的变量发生了变化，但通过设置梯度来确定最适值的思想方法是不变的。（1)搅拌器搅拌制苹果泥；(2)将分别装有苹果泥和果胶酶的试管在恒温水浴中保存(探究最适温度时，准备一组烧杯，分别盛有不同温度的水；探究最适PH时，准备一组试管，将每个试管中的反应混合物调节至不同的pH)；(3)加入果胶酶反应一段时间；(4)过滤果汁。在研究温度和pH对唾液淀粉酶活性的影响时，通过用碘液

7、检测反应后的溶液是否变蓝来判断酶是否具有活性。本课题的要求更进一步，需要定量测定果胶酶的活性。下面是两位同学设计的测定果胶酶活性的实验，你认为他们的方法是否正确、可行。你打算如何测定果胶酶的活性呢？A同学的操作方法是：在不同温度或pH下，将一定量的果胶酶加入一定量的苹果泥中，反应同样长时间，再将反应液过滤同样长时间，用量筒测量滤出的苹果汁的体积，比较获得的苹果汁的体积。获得的苹果汁越多，说明果胶酶的活性越高。B同学认为可以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，表明果胶酶的活性越高。为什么在混合苹果泥和果胶酶之前，

8、要将果泥和果胶酿分装在不同的试管中恒温处理？在探究温度或pH对酶活性的影响时，是否需要设置对照？如果需要，又应该如何设置？为什么？A同学将哪个因素作为自变量，控制哪些因素不变？为什么要作这样的处理？B同学呢？当探究温度对果胶酶活性的影响时，哪个因素