2017_2018年高中生物第1部分微生物的利用实验4果汁中的果胶和果胶酶学案浙科版选修

实验4 果汁中的果胶和果胶酶

一、果胶

1．果胶是植物细胞壁的主要成分。

2．果胶的组成：它由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成。 3．在山楂的果实中果胶含量最多。

4．果胶的作用：能将植物细胞粘合在一起，去掉果胶，就会使植物组织变得松散。由于果胶的作用，煮沸的山楂泥可以制成山楂糕。

5．果胶的特性：不溶于乙醇，这是鉴别果胶的一种简易方法。 二、果胶酶

1．果胶酶的化学本质是：蛋白质。 2．作用：果胶酶和果胶甲酯酶可水解果胶。

3．可用于生产果胶酶的微生物有：黑曲霉、苹果青霉等。

在不杀死细胞的情况下，如何使植物细胞分离和去除细胞壁？

【提示】 植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，胞间层的主要成分也是果胶，因此，可用果胶酶使细胞分离，用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。

三、检测果胶酶活性的实验 1．实验设备

匀浆机、小刀、100 mL 的烧杯、沸水浴或酒精灯、试管、移液管、量筒。 2．实验材料

山楂或苹果，每组10 g 。黑曲霉提取液或果胶酶溶液、95%的乙醇。 3．实验目的

(1)探究利用苹果或山楂匀浆制作果汁的最佳条件，也是检测果胶酶的活性。 (2)了解果胶酶对果汁形成的作用和收集果胶酶的应用材料。 4．实验步骤

(1)用小刀除去苹果或山楂果实中带种子的部分，切成块后，放入匀浆机中，再加入少量水制成匀浆。

(2)取两个100 mL 的烧杯，编号为A 、B ，各加入5 g 匀浆液，再向A 号烧杯中加入10 mL

黑曲霉提取液或果胶酶溶液，B号烧杯中加入10 mL水，间歇搅拌20～30 min。

(3)取4支试管，编号1～4，将A烧杯中的混合物放入1号和2号试管中，每管放入4 mL，将B烧杯中的混合物放入3号和4号试管中，每管放入4 mL，将1、3号试管放在沸水浴中或酒精灯上加热，观察。2,4号试管不加热。

(4)向上述4支试管中各加入95%的乙醇4 mL，观察。

5．实验结果

果胶酶能水解果胶，提高果汁的澄清度，高温能破坏果胶酶的活性，不利于制作果汁。

上面的四支试管哪一个是实验组？哪些试管之间存在对照？

【提示】2号试管为实验组。2和1,2和 4之间存在对照。

1.果胶

果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成物质之一，由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成。

新鲜水果、植物的根、叶和茎中果胶特别丰富。果胶不溶于乙醇——这是鉴别果胶的一种简易方法，果胶本身不溶于水，但由于含有亲水基团，果胶与水有强大结合力，是有力的凝胶化剂，在食品、制药和化妆品工业中有广泛用途。

2．果胶酶

(1)果胶酶及其来源

果胶酶是指水解果胶的多种酶的总称，此外水解果胶还需果胶甲酯酶。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最大的酶制剂之一，被广泛地应用于果汁加工业。

(2)果胶酶的作用

果胶酶能够分解果胶，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。

(3)果胶酶在果汁生产上的应用

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，果汁得到澄清。

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到澄清作用，还可促使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。

果胶酶并非特指某一种酶，而是分解果胶的一类酶的总称。包括半乳糖醛酸酶、果胶分解酶及果胶酯酶等。

下列与果胶酶相关的叙述不正确的是( )

A．果胶酶不仅存在于植物细胞中，也存在于许多微生物细胞中

B．果胶酶能够分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层

C．在果汁中加入果胶酶后可使果汁变得澄清

D．果胶酶由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成

【思路点拨】果胶酶的化学本质为蛋白质，果胶是由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成的；果胶酶广泛存在于植物细胞及霉菌、酵母菌和细菌等微生物细胞中。果胶酶能够分解果胶、瓦解植物细胞壁及胞间层。在果汁中加入果胶酶，可使果胶水解为可溶性半乳糖醛酸，从而使果汁变得澄清。

【答案】 D

1．下列与果胶及果胶酶相关的叙述不正确的是( )

A．果胶和纤维素是植物细胞壁的主要成分，故用纤维素酶和果胶酶可将植物细胞壁水解

B．煮沸的山楂泥可制成山楂糕，就是由于果胶的作用

C．果胶酶不溶于乙醇，这是鉴别果胶酶的一种简易方法

D．许多微生物也可用于生产果胶酶

【解析】果胶酶属蛋白质，在乙醇中有较高的溶解度，果胶不溶于乙醇，这是鉴别果胶的一种简易方法。

【答案】 C

1.

(1)实验原理

果胶酶活性受温度影响。处于最适温度时，活性最高。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)操作步骤

①在混合苹果泥和果胶酶之前进行恒温处理的目的是保证底物和酶在混合时的温度是相同的，避免混合后的温度变化，确保实验结果的准确性。

②通过测定滤出的苹果汁的体积大小来判断果胶酶的活性的原理是：果胶酶将果胶分解为小分子物质，可通过滤纸，因此苹果汁的体积大小反映了果胶酶催化分解果胶能力的大小。

③本实验的实验对象是酶的活性，温度作为自变量，属于探究性的定量实验。自变量温度可设置梯度来确定最适值。温度梯度越小，实验结果越精确。

①本实验仍是对照实验(相互对照)，每支试管中苹果泥和果胶酶的用量要严格控制相等。

②严格控制各实验组的pH、操作的程序等。

2．探究pH对果胶酶活性的影响

(1)实验原理

果胶酶的活性受环境pH的影响。在一定pH下，酶反应具有最大速度，高于或低于此值，反应速度下降，称此pH为酶活性的最适pH。

(2)实验流程及注意问题

①用搅拌器搅拌制苹果泥，苹果泥来源要相同(最好是同一种苹果)。

②将分别装有苹果泥和果胶酶的试管在恒温水浴中保温。

③将苹果泥和果胶酶分别加入9组实验用的试管中(pH梯度可设置为5.0、5.5、6.0、

6.5、

7.0、7.5、

8.0、8.5、

9.0)，并快速混合调节pH。

④混合后放进恒温水浴中反应一段时间。

⑤将试管中混合物过滤，并用量筒量取果汁体积，比较果汁多少，确定最适pH。

⑥记录实验结果。

①用搅拌器搅拌制取一定量果泥备用，

②配制质量分数为2%的果胶酶溶液备用，

③按以下操作步骤进行：

(2)请填写表格中字母所代表的数值，并解释原因。

______________________________________________________________

____________________________________________________________。

(3)为使效果更明显，本实验还要考虑其他因素对酶的影响，请列举三点：____________________、____________________、____________________。

(4)本实验检测因变量的方法有两种，分别是____________、________。

【思路点拨】(1)本实验的6支试管水浴温度设置不同，因此实验的自变量是温度，因变量是酶的活性，通过果汁的澄清度和出汁量来检测。

(2)实验研究的自变量是温度，因此果泥的量和果胶酶的量为无关变量，无关变量要相同。

(3)影响各试管反应的因素还有pH、水果的粉碎程度、果泥与果胶酶的混合程度、反应时间等。

(4)果胶酶的活性高，果胶分解彻底，果汁的澄清度高，果汁出汁量大；果胶酶的活性低，果胶分解不彻底，果汁的澄清度低，果汁出汁量小。

【答案】(1)温度果胶酶的活性

(2)A、B、C、D、E均为8，F、G、H、I、J均为2。这样可保证除自变量不同以外，其

他无关变量都相同

(3)本实验应将反应混合物调到果胶酶的最适pH 为了使果胶酶与果泥能充分接触，应尽量将果泥与酶液混匀在反应中适当搅拌(其余合理也给分)

(4)测果汁澄清度比较出汁量

2．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同学设计了如下实验：

①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将果胶酶与苹果泥混合，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(如图C)。

④在不同温度条件下重复以上实验步骤，并记录果汁量如下：

(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)为什么该实验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？

______________________________________________________________

____________________________________________________________。

【答案】(1)果胶(2)40 ℃最高酶活性降低(3)使酶和苹果泥处于同一温度条件下(4)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映了果胶酶催化分解果胶的能力

1．果胶是植物组织的组成成分之一，它主要存在于植物组织的哪一部分？( ) A．细胞核B．细胞质

C．细胞间隙D．细胞壁及胞间层

【解析】果胶是植物细胞壁及胞间层的主要成分。

【答案】 D

2．探究温度对果胶酶活性的影响、pH对果胶酶活性的影响、果胶酶的用量三个实验中，自变量依次为( )

A．温度、酶活性、酶用量

B．苹果泥用量、pH、果汁量

C．反应时间、酶活性、酶用量

D．温度、pH、果胶酶用量

【解析】首先要明确自变量、反应变量等基本概念，在此基础上，针对三个探究实验进行分析。

【答案】 D

3．在用果胶酶处理果泥时，为了使果胶酶能够充分地催化反应，应采取的措施是( ) A．加大苹果泥用量

B．加大果胶酶用量

C．进一步提高温度

D．用玻璃棒不时地搅拌反应混合物

【解析】用果胶酶处理果泥，可用玻璃棒不时地搅拌反应混合物以加大酶与底物的接触面积，使果胶酶能够更充分地催化反应。

【答案】 D

4．下列关于果胶酶的叙述，正确的是( )

①具有分泌功能的细胞产生的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

【解析】酶是活细胞产生的一类具有催化能力的有机物；酶具有专一性和高效性；绝大多数酶的化学本质是蛋白质；果胶酶是一类酶的统称。

【答案】 C

5．现有磨浆机、烧杯、滴管、量筒、玻璃棒、漏斗、纱布、苹果、试管、质量分数为2%的果胶酶溶液、蒸馏水、一定浓度的盐酸和氢氧化钠溶液，下表是某小组利用上述材料进行的有关实验：(“/”表示不加)

(1)磨浆机的作用是__________________。

(2)若要验证果胶酶的作用，应把________两个烧杯同时取出并______________，观察并比较________________。预期的实验现象与结果是：______________________________________________________________

____________________________________________________________。

(3)比较烧杯甲、丙、丁可知：________能影响酶的活性。

(4)表中①处的内容是_____________________________________。

(5)请你设计一张表格，用来记录利用上述材料“探究果胶酶最适用量”的实验结果。

【解析】通过表格可看出实验研究的是果胶酶的作用和pH(酸碱度)对果胶酶活性的影响。果胶酶的活性可通过果汁的澄清度和出汁量来检测。探究果胶酶最适用量的实验，自变量是果胶酶的量，应设置一系列试管，加不相同量的果泥，分别加入不同量的果胶酶，过滤果汁相同的时间，比较果汁的澄清度和出汁量。

【答案】(1)制取苹果泥(2)甲与乙过滤相同时间果汁的体积与澄清度甲果汁的体积多于乙且比乙澄清(3)pH值(酸碱度) (4)质量分数为2%的果胶酶溶液

(5)如下表：

四栏目必须有。(单位可以不用mL，如用滴等，组数也不定。)