高中生物选修一精品学案：4.1 果胶酶在果汁生产中的作用

第10课时果胶酶在果汁生产中的作用学习目标 1.掌握影响酶活性的因素和果胶酶的作用及用量。

2.探究温度和pH对酶活性的影响，理解并掌握对照实验的设计原则和实验流程。

3.探究果胶酶的用量，掌握影响果汁产量的因素及果汁生产中需注意的问题。

一、果胶和果胶酶以及影响酶活性的因素1．果胶(1)成分：由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物。

(2)特点：不溶于水。

(3)作用：是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一。

(4)对果汁加工的影响：果胶不仅会影响出汁率，还会使果汁浑浊。

2．果胶酶(1)种类：多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶等。

(2)作用①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。

②把果胶分解为可溶性的半乳糖醛酸，使浑浊的果汁变得澄清。

3．酶的活性与影响酶活性的因素(1)酶的活性①概念：酶催化一定化学反应的能力。

②表示方法：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。

③酶反应速度的表示方法：单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量。

(2)影响酶活性的因素：温度、pH和酶的抑制剂等。

4．酶的用量酶用量过多，会导致酶的浪费；酶用量过少，会限制酶促反应的速度。

因此要得到适宜的酶用量，需通过设计实验进行探究。

1．果胶酶是一种酶吗？它与纤维素酶有何不同？提示 不是。

果胶酶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。

纤维素酶是一种复合酶，它至少包括三种组分，即C 1酶、C X 酶和葡萄糖苷酶。

果胶酶中的各种酶都可单独分解果胶，而纤维素酶必须三种组分同时发挥作用才能分解纤维素。

2．影响酶促反应速度的外界因素有哪些？它们是否都影响酶的活性？请举例说明。

提示 (1)影响酶促反应速度的外界因素有温度、pH 、酶抑制剂、酶的用量、底物浓度等。

(2)不一定。

例如，温度、pH 和酶抑制剂能通过改变酶的结构而影响酶的活性，但酶的用量和底物浓度只影响反应速度，并不影响酶的活性。

关键点拨 (1)果胶酶的应用范围①水果中的果胶经果胶酶水解后，可降低果汁的黏度，有助于压榨并提高出汁率。

②在进行果汁沉降和离心时，能破坏果汁中悬浮物的稳定性，使其凝聚沉淀，果汁变得澄清。

③经果胶酶处理的果汁比较稳定，不再发生浑浊，在制备浓缩果汁时，果胶酶的作用显得尤为重要。

④在葡萄酒酿造中加入果胶酶能起澄清作用，还可促进葡萄汁中的酒石酸发生沉淀。

⑤果胶酶可用于橘子脱囊衣，制造果粉和低糖果冻。

⑥果胶酶与纤维素酶、半纤维素酶等配合，可降解植物细胞壁中的果胶和纤维素，促使淀粉、脂质、维生素和蛋白质等释放出来，从而提高了饲料的营养价值。

⑦果胶酶可降低饲料的黏度，促进饲料在动物消化道内的消化吸收。

(2)影响酶促反应速度的因素及其作用实质⎭⎪⎬⎪⎫ ⎭⎪⎬⎪⎫温度、pH 、酶的抑制剂或激活剂――→影响酶活性⎭⎪⎬⎪⎫酶浓度底物浓度――→影响酶与底物的接触面积――→影响酶促反应速度1．(2019·江苏南通校级月考)下列关于果胶酶的叙述正确的是( )①凡具有分泌功能的细胞都能产生果胶酶 ②凡是活细胞都能产生果胶酶 ③果胶酶能将果胶分解成半乳糖醛酸 ④植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶 ⑤果胶酶特指分解果胶的一种酶⑥纤维素酶和果胶酶可用于去除植物细胞壁⑦组成果胶酶的基本单位是氨基酸或核苷酸A．①②⑤B．②③⑦C．③④⑥D．③④⑤[答案] C[解析]所有活细胞都能产生酶，但不同细胞产生的酶的种类不一定相同，产生果胶酶的生物有植物、霉菌、酵母菌和细菌等，①②错误，④正确；果胶酶的作用是将果胶分解成半乳糖醛酸，植物细胞壁主要由纤维素和果胶组成，可用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁，③⑥正确；果胶酶是指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，⑤错误；果胶酶的本质是蛋白质，基本单位是氨基酸，⑦错误。

2．下列关于酶活性的说法中，错误的是()A．酶的活性是指酶催化一定化学反应的能力B．酶促反应速度越大，说明酶的活性越大C．酶的活性受温度、pH等因素影响D．酶活性的高低与反应物的浓度无关[答案] B[解析]酶的活性是由酶的结构决定的，温度和pH都能影响酶的结构，因此酶的活性受温度和pH的影响。

在一定条件下，反应物浓度(或酶的用量)越大，酶促反应速度越大，但并不能说明酶的活性越大，因为反应物浓度(或酶的用量)并不影响酶的活性。

二、探究温度和pH对果胶酶活性的影响和果胶酶的用量1．探究温度和pH对果胶酶活性的影响(1)实验原理①果胶酶的活性受温度(或pH)影响，处于最适温度(或pH)时，酶的活性最高。

②果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正比。

(2)实验流程①处理原料：搅拌器搅拌制苹果泥↓②分组处理：将分别装有苹果泥和果胶酶的试管在不同温度的恒温水浴中保温(或调节至不同的pH)↓③反应阶段：加入果胶酶反应一段时间↓④测量记录：过滤果汁，用量筒测量果汁体积并记录2．探究果胶酶的用量(1)自变量：果胶酶的用量。

(2)无关变量：温度、pH、酶催化反应的时间、苹果泥的用量等。

(3)判断的思路①如果随着酶的用量增加，过滤到的果汁体积也增加，说明酶的用量不足。

②如果酶的用量增加到某个值后，再增加酶的用量，过滤到的果汁体积不再改变，说明酶的用量已经足够。

1．当探究温度(或pH)对果胶酶活性的影响时，自变量是什么？无关变量有哪些？提示温度(或pH)是自变量。

果泥量、果胶酶的用量、水浴时间和pH(或温度)等属于无关变量。

2．在苹果泥和果胶酶混合之前，为什么要将苹果泥和果胶酶分装在不同的试管中用同一恒温处理？提示使酶与反应物混合前就分别达到预设的温度，避免混合时改变温度进而导致实验误差。

3．除果汁的体积外，根据哪个因变量也能判断果胶酶活性的高低？该因变量与果胶酶活性有何对应关系？提示果汁的澄清度。

果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正比。

3．在原材料有限的情况下，能正确表示相同时间内果胶酶的用量对果汁产量影响的曲线是()[答案] C[解析]在一定的条件下(温度、pH、反应时间均相同且适宜)，随着酶用量的增加，果汁的体积增加，由于反应底物的量有限，当酶的用量达到一定数值后，即使再增加酶的用量，果汁的体积也不再改变。

误区警示(1)当底物充足，其他条件相同且适宜时，果汁产量与酶浓度成正比(如图1所示)。

(2)当底物的量恒定且有限时，果汁产量不会无限增大，而是达到某一最大值后保持不变(如图2所示)。

4．(2019·河北衡水模拟)假设你已经探究了果胶酶的最适温度(为45 ℃)和最适pH(为4.8)，你还想进一步探究果胶酶的最适用量。

此时，实验的自变量是_______________________。

请根据所给材料和用具完成以下探究实验。

(1)材料和用具：制备好的苹果泥、恒温水浴装置、试管、漏斗、滤纸、量筒、试管夹、不同浓度的果胶酶溶液、质量分数为0.1%的NaOH溶液和盐酸。

(2)实验步骤：①取6支试管，编号为1～6，分别加入等量不同浓度的果胶酶溶液，调节pH至4.8。

②向1～6号试管中分别加入_____________，然后放入45 ℃恒温水浴装置中_________。

③________________________________________________________________________。

(3)以上实验步骤的设计是否有不妥？________(填“有”或“没有”)，如果有，试分析原因：________________________________________________________________________。

[答案]果胶酶的用量(2)②等量的苹果泥保温相同时间③过滤后测量并记录果汁体积(3)有为了保证苹果泥与果胶酶混合前后的温度相同，应先将分别盛有苹果泥和果胶酶的试管放在同一温度的水浴装置中保温[解析]在探究果胶酶的最适用量时，除果胶酶的用量是自变量外，其他无关变量都应保持相同且适宜。

为了避免因苹果泥和果胶酶混合导致温度变化而影响实验结果，应先将分别盛有苹果泥和果胶酶的试管放到相同温度下恒温处理。

1．判断正误：(1)果胶酶是一类酶的总称，包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等()(2)果胶酶能提高出汁率是因为它可以分解细胞壁中的果胶和纤维素()(3)酶的活性受温度、pH和酶用量等因素的影响()(4)探究pH对酶活性影响时，温度是无关变量()(5)探究果胶酶的最适用量的实验中，自变量是果胶酶的用量，苹果泥的用量在各组保持不变()(6)探究影响果胶酶活性及果胶酶用量的实验中，出汁率是因变量()[答案](1)√(2)×(3)×(4)√(5)√(6)√2．下列关于果胶酶在果汁生产中的作用的实验操作错误的是()A．用橙子做本课题的实验，应去掉橙皮B．用体积分数为0.1%的NaOH溶液或盐酸调节pHC．为了使果胶酶充分地进行催化反应，应用玻璃棒不时地搅拌反应混合物D．制作苹果泥时，可先将苹果切成小块放入榨汁机中[答案] A[解析]在用橙子制作果汁时，不必去除橙皮，因为橙皮可以增加果汁的口味和颜色；调节pH用体积分数为0.1%的NaOH或HCl溶液；玻璃棒搅拌可使果胶酶充分地催化反应；制作苹果泥时，为方便榨汁，可先将苹果切成小块，再放入榨汁机中。

3．在“探究pH对酶活性的影响”实验中，不正确的是()A．自变量是不同的pHB．无关变量有温度、底物浓度、酶浓度、反应时间等C．可通过测定滤出的果汁体积判断果胶酶的最适pHD．pH过低时，果胶酶活性变小，但不失活[答案] D[解析]过酸、过碱或温度过高，都会使酶变性，并可造成永久性失活。

4．下表是某同学探究温度对果胶酶活性影响的实验结果。

该结果不能说明()温度/ ℃10 20 30 40 50 60果汁量/mL 2 3 4 5 6 5A.温度影响果胶酶的活性B．40 ℃与60 ℃时酶的活性相等C．50 ℃是该酶的最适温度D．若温度从10 ℃升高到40 ℃，酶的活性将逐渐增强[答案] C[解析]温度影响酶的活性，上表不能说明50 ℃就是最适温度，只能说明果胶酶的最适温度在40～60 ℃之间；在低于最适温度时，随温度的升高，酶的活性增强；高于最适温度时，随温度的升高，酶的活性降低；温度对酶活性的影响曲线图是钟罩形的，故40 ℃与60 ℃时酶的活性相同。

5．(2018·山西太原五中高二下学期期末)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。

①将果胶酶与苹果泥分装于不同试管中，在10 ℃水浴中恒温处理10 min(如图甲)。

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 min(如图乙)。