(共28张PPT)
课题3 酵母细胞的固定化
课程标准
尝试制备和应用固定化酶。
课标解读
1.说出固定化酶和固定化细胞的作用和原理。
2.尝试制备固定化酵母细胞。
3.尝试利用固定化细胞进行酒精发酵。
1．固定化酶和固定化细胞技术是利用 和 方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括 、 和 。
2．固定化细胞多采用 固定化，而固定化酶多采用 和 。与固定化酶技术相比，固定化细胞技术制备的成本 ，操作 。
固定化酶和固定化细胞技术
物理
化学
包埋法
化学结合法
物理吸附法
包埋法
化学
结合
物理吸附法
更低
更容易
3．用包埋法固定化细胞是将微生物细胞均匀地包埋于 中，常用的包埋载体有 、 、 、 和 等。
4．固定化酶的应用实例——高果糖浆的生产
固定化酶技术已经应用于高果糖浆的生产中，生产高果糖浆所需要的酶是 ，所使用的反应柱上的孔应满足 不能通过筛板上的小孔，而 却可以自由出入。
不溶于
水的多孔性载体
明胶
琼脂糖
海藻酸钠
醋酸纤维素
聚丙烯酰胺
葡萄糖异构酶
酶颗粒
反应溶液
[思维激活1] 日常生活中人们用来蒸馒头的发酵粉在浸泡宜用凉水、温水还是开水？
提示 浸泡发酵粉最好用温水——温度过低，不利于发挥酶活性；温度过高会杀死酵母细胞。
1．固定化酶的应用实例
(1)固定化酶的反应柱示意图：将酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的筛板。酶颗粒无法通过筛板的小孔，而反应溶液却可以自由出入。
(2)利用固定化酶技术生产高果糖浆的实例：
高果糖浆的生产需要使用葡萄糖异构酶，它能将葡萄糖转化成果糖。生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与固定化葡萄糖异构酶接触，转化成果糖，从反应柱的下端流出。
2．直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较(见下表)
直接使用酶 固定化酶 固定化细胞
酶的种数 一种或几种 一种 一系列酶
制作方法 化学结合固定
化、物理吸附
固定化 包埋法固定化
是否需要
营养物质 否 否 是
反应底物 各种物质(大分子、小分子) 各种物质
(大分子、小分子) 小分子物质
缺点 ①对环境条件非常敏感，易失活②难回收，成本高，影响产品质量 不利于催化一系列的酶促反应 反应物不易与酶接近，尤其是大分子物质，反应效率下降
优点 催化效率高、耗能低、污染低 ①既能与反应物接触，又能与产物分离②可以反复利用 成本低、操作容易
实例 果胶酶 固定化葡萄糖异构酶 固定化酵母细胞
特别提醒 固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定的酶都可以反复使用。
【巩固1】 固定化酶和固定化细胞的主要区别是 ( )。
A．前者只能固定胞外酶，后者只能固定胞内酶
B．前者只能固定胞内酶，后者只能固定胞外酶
C．前者可以固定胞内酶和胞外酶，后者只可以固定胞内酶
D．前者只可以固定胞外酶，后者可以固定胞外酶和胞内酶
解析 微生物产生的酶的种类很多，有的存在于细胞内，有的分泌到细胞外。因此，固定化酶可以固定胞内酶和胞外酶，固定化细胞只能固定胞内酶。
答案 C
1．制备固定化酵母细胞的操作步骤：酵母细胞的 →配制物质的量浓度为0.05 mol/L的 溶液→配制 溶液→ 溶液与 混合→ 酵母细胞。
2．在配制海藻酸钠溶液时，加热时要用 ，或者 ，反复几次，直到海藻酸钠完全 为止。如果加热太快，海藻酸钠会 。
酵母细胞的固定化技术
活化
CaCl2
海藻酸钠
海藻酸钠
酵母细胞
固定化
小火
间断加热
溶化
发生焦糊
3．固定化酵母细胞需要的材料是 、 、 。
4．用固定化酵母细胞发酵：将凝胶珠加入用于发酵的 溶液后，发现有 产生，同时有 散发。
干酵母细胞
无水CaCl2
海藻酸钠
葡萄糖
气泡
酒味
[思维激活2] 用于固定酵母细胞的载体是什么？载体的浓度越高固定效果越好吗？
提示 用于固定酵母细胞的载体是海藻酸钠，海藻酸钠的浓度关系到固定化细胞的质量——浓度过低形成的凝胶珠内包埋的细胞过少，浓度过高则不易形成凝胶珠。
1．固定化酵母细胞的制备
酵母细胞的活化：1 g干酵母＋10 mL蒸馏水→50 mL烧杯中，搅拌均匀，放置1 h
↓
配制0.05 mol/L的CaCl2溶液：无水CaCl20.83 g＋150 mL蒸馏水→200 mL烧杯
↓
配制海藻酸钠溶液：0.7 g海藻酸钠＋10 mL水放入50 mL小烧杯→小火加热，完全溶化加蒸馏水定容至10 mL
↓
海藻酸钠溶液与酵母细胞混合：将海藻酸钠溶液冷却至室温后加入活化的酵母细胞，充分搅拌使其混合均匀，转移至注射器中
↓
固定化酵母细胞：以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加至配制好的CaCl2溶液中，形成凝胶珠，使其在溶液中浸泡30 min
↓
冲洗：将固定好的酵母细胞(凝胶珠)用蒸馏水冲洗2～3次
↓
发酵：将150 mL质量分数为10%的葡萄糖溶液转移至200 mL的锥形瓶中，加入固定好的酵母细胞，25 ℃下发酵24 h
2．固定化实验中的有关问题
特别提醒 制备固定化酵母细胞的注意事项
(1)海藻酸钠溶液与酵母细胞混合：冷却后再混合，注意混合均匀，不要进入气泡。
(2)凝胶珠的颜色和形状：如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明海藻酸钠的浓度偏低，固定的酵母细胞数目较少；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明海藻酸钠的浓度偏高，制作失败，需要再作尝试。
(3)细胞的固定要在严格无菌条件下进行；反复使用固定化酵母细胞时，需要避免微生物的污染。
【巩固2】 酵母细胞固定化的实验中，下列实验操作与目的不相符的是 ( )。
A．干酵母加入蒸馏水搅拌均匀后，放置一段时间，使酵母细胞活化
B．采用小火间断加热的方法，防止海藻酸钠发生焦糊
C．将活化的酵母细胞加入海藻酸钠溶液，轻轻搅拌，以免产生气泡
D．用注射器滴加溶液时要接近CaCl2溶液的液面，防止凝胶珠出现“尾巴”
解析 实验中，为了防止凝胶珠出现“尾巴”，注射器应离CaCl2溶液的液面远一些。
答案 D
【例1】 下列说法不正确的是 ( )。
A．固定化酶和固定化细胞的方法包括包埋法、化学结合法和物理吸附法
B．固定化酶更适合采用化学结合法和物理吸附法
C．由于细胞个体大，而酶分子很小，因此细胞多采用物理吸附法固定
D．反应物是大分子物质应采用固定化酶
酶的固定化技术
思维导图：
深度剖析 在酶和细胞的固定化技术中，通常有包埋法、化学结合法和物理吸附法，其中由于酶分子小，又多带电荷，易从多孔性物质中漏出，因此多使用化学结合法与物理吸附法，而细胞个体大，难以被多孔性物质吸附或结合，因而多采用包埋法。
答案 C
[归纳整合]固定化酶与固定化细胞技术及其应用
【例2】 试分析下图中与用海藻酸钠作载体制的固定化酵母细胞相似的是 ( )。
思维导图：
酵母细胞的固定化
深度剖析 A、B选项适合于酶的固定化，C选项既用于酶固定，也可用于细胞固定。制备固定化酵母细胞用的是包埋法，即将酵母菌包埋在海藻酸钠制成的凝胶珠中，所以与D选项相似。
答案 D
[归纳提升]检验凝胶珠制作是否成功，可用下列方法：用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，如果不容易破裂，没有液体流出就表明成功地制成了凝胶珠；还可以用手将凝胶珠在实验桌上用力摔打，如果凝胶珠很容易弹起，也表明成功地制成了凝胶珠。
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练习
1．答案 直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的优缺点如表所示。
类型 优点 不足
直接使
用酶 催化效率高，低耗能、低污染等 对环境条件非常敏感，容易失
活；溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本；反应后酶会混在产物中，可能影响产品质量
2.略。(开放性题目，答案合理即可)
3．提示 可以从酶的结构的多样性，对理化条件的敏感程度等角度思考。
固定
化酶 酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时，固定在载体上的酶还可以被反复利用 一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物的形成都通过一系列的酶促反应才能得到
固定化
细胞 成本低，操
作更容易 固定后的酶或细胞与反应物不容易接近，可能导致反应效果下降等(共42张PPT)
课题1 果胶酶在果汁生产中的作用
课程标准
1.研究酶的存在和简单制作的方法。
2.探究利用苹果制成果汁的最佳条件。
3.检测果胶酶的活性。
课标解读
1.知道果胶酶的作用。
2.理解影响果胶酶活性的因素。
1．果胶酶的作用
(1)果胶的成分及作用：果胶是植物 以及 的主要组成成分之一，它是由 聚合而成的一种高分子化合物，不溶于水。
果胶酶的作用、酶活性及其影响因素
细胞壁
胞间层
半乳糖醛酸
(2)果胶酶的作用：果胶酶能够分解 ，瓦解植物的 ，使榨取果汁变得 ，也使得浑浊的果汁变得 。果胶酶能够分解果胶的实质是将果胶分解成可溶性
的 。
(3)果胶酶的组成：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 、 和 等。
果胶
细胞壁
及胞间层
更容易
澄清
半乳糖醛酸
多聚半乳糖醛酸酶
果胶分解酶
果胶酯酶
2．酶的活性
是指酶 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 来表示。
3．酶的反应速度
用单位时间内、单位体积中反应物的 或产物的 来表示。
影响酶活性的因素主要有 、 和 等。
催化一定化学反应
反应速度
减少量
增加量
温度
pH
酶的抑制剂
4．酶的用量
酶用量过多，会导致酶的 ；酶用量过少，会 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。
[思维激活1] 果胶酶的合成场所在哪里？果胶酶只存在于植物细胞中吗？
提示 果胶酶的化学本质是蛋白质，其合成场所为核糖体，果胶酶并非只存在于植物细胞中，植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶。
浪费
限制
1．影响果汁产量的物质及处理方法
(1)影响果汁产量的物质
①种类：纤维素、果胶。
②造成的问题：果肉的出汁率低，耗时长；果汁浑浊、黏度高，易发生沉淀。
(2)处理方法——酶解法
常用的酶及其作用特点(如下表)
2.果胶酶的来源、化学本质、特性及功能(见下表)
项目 内容 解释
来源 植物、微生物 产自核糖体(由氨基酸缩合产生)
功能 生物催化剂 可分解果胶、瓦解植物细胞壁及胞间层
作用
特性 ①高效性 ②专一性
③作用条件较温和
——易受温度pH及抑制剂影响 催化效率非常高，可特异性地将果胶水解为可溶性半乳糖醛酸，但对反应条件要求苛刻
应用 食品加工业使用
量最大的酶制剂
之一 在果汁加工中，应用果胶酶制剂可使榨取果汁更容易，且使浑浊的果汁变得澄清
特别提醒 自然界中的酶并不完全适于在生活和生产上应用，可以利用“酶工程”技术对酶进行改造，使之更加符合人们的需求。
【巩固1】 下列关于果胶酶的叙述，正确的是
( )。
A．果胶酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶等
B．果胶酶的化学成分为固醇
C．果胶酶的催化作用不受温度影响
D．果胶酶可以催化多种化学反应
解析 果胶酶同其他大多数酶一样，其主要成分是蛋白质，其催化作用受温度和pH等因素的影响，果胶酶只能催化果胶的分解。
答案 A
1．探究温度和pH对果胶酶活性的影响
(1)实验流程包括制备苹果泥、设置一系列具有梯度的 和 、加入果胶酶反应一段时间、 。
(2)该实验的自变量是 ，因变量是 ，检测因变量是通过测定 或 来实现的。
果胶酶活性影响因素的实验探究
温度
pH
过滤果汁
温度或pH
果胶酶活性
苹果汁的体积
苹果汁的澄清度
2．探究果胶酶的用量
(1)该实验的自变量是 ，除此之外，影响果汁产量的因素还有 、 、酶催化反应的时间、苹果泥的用量等无关变量。
(2)判断的思路是：如果随着酶的用量增加，过滤到的果汁的体积也增加，说明 ；如果当酶的用量增加到某个值后，再增加酶的用量，过滤到的果汁的体积不再改变，说明 。
果胶酶的量
温度
pH
酶的用量不足
酶的用量已经足够
[思维激活2] 探究果胶酶活性的温度或pH最适值，其实验思路上有何共性？
提示 尽管实验变量不同，但通过设置梯度来确定最适值是两种实验设计思路上的共性。
1．探究温度对果胶酶活性的影响
(1)实验原理
酶处于最适温度时，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)实验变量
自变量是温度，因变量是果汁的澄清度和出汁率。
(3)实验流程
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pH的影响，处于最适pH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)实验变量
自变量是pH，因变量是果汁的澄清度和出汁率。
(3)实验流程
3．探究果胶酶的用量
(1)实验原理
随着酶浓度的增加，过滤到的果汁体积也增加，说明酶的用量不足；当酶的浓度增加到某个值后，再增加酶的用量，过滤到的果汁的体积不再改变，说明酶的用量已经足够，那么，这个值就是酶的最适用量。
(2)实验变量
自变量：果胶酶用量。因变量：果汁澄清度和出汁率。
(3)实验流程
特别提醒 (1)实验过程中，除控制自变量外，须控制无关变量适宜且相同。
(2)结果分析与评价
①根据实验数据绘制出的温度(或pH)对果胶酶活性的影响曲线，如图1。
②不同果胶酶用量对出汁量的影响曲线，如图2。
【巩固2】 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 ( )。
A.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
温度/ ℃ 10 20 30 40 50 60
果汁量/mL 2 3 4 5 6 5
解析 温度影响酶的活性，果胶酶的最适温度在40～60 ℃之间，上表不能说明50 ℃就是最适温度。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 ℃时酶的催化效率相同。
答案 C
【例1】 下列关于果胶酶的说法，正确的是 ( )。
A．果胶酶可以分解细胞壁的主要成分——纤维素
B．果胶酶是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物
C．果胶酶不特指某种酶，而是分解果胶的一类酶的总称
D．果胶酶的化学本质是RNA
果胶酶及其功能
思维导图：
深度剖析 因为酶具有专一性，因此果胶酶只能分解果胶而不能分解纤维素， 因此A错误；半乳糖醛酸是果胶的组成单位，而不是果胶酶的组成单位，因此B错误；果胶酶是能够分解果胶的一类酶的总称，其化学本质是蛋白质，基本组成单位是氨基酸，因此D错误。
答案 C
【例2】 下列A、B、C图依次表示果胶酶浓度一定时，果胶酶的反应速度与反应物浓度、温度、pH之间的关系，据图完成问题。
果胶酶活性的影响因素
(1)图A中，反应物达到某一浓度时反应速度不再上升的原因是_____________。
(2)图B中，b点所对应的温度称为______。如果你根据实验数据转换成的曲线图无法判断果胶酶的最适温度，你将如何改进？________________________。
(3)图B中，曲线ab段表明________，bc段表明________。
(4)将装有果胶酶与反应物的甲、乙两试管分别放入12 ℃和90 ℃水浴锅中，20 min后取出，转入40 ℃的水浴锅中保温，两试管内的反应：甲试管________，乙试管________。
(5)图C表示了果胶酶浓度、反应物浓度、温度等一定时，果胶酶催化反应的速度随pH变化的曲线，实验时可根据________来判定果胶酶的最适pH。
思维导图：
深度剖析 (1)酶的催化能力也是有一定限度的，并不会随反应物浓度的上升而无限上升。
(2)图B中b点所对应的为酶的最适温度。在适宜温度附近设置差值间隔更小的温度梯度将有利于确认最适温度。
(3)图B中曲线ab段表明，在最适温度之前，随温度升高，酶活性升高，在最适温度之后，随温度升高，酶活性降低。
(4)低温可抑制酶活性，当温度升高时酶活性尚可恢复，但高温可破坏酶分子的空间结构，即使温度降低，酶活性也不再恢复。
(5)确认果胶酶活性，可依据果汁量作为因变量。
答案 (1)酶虽然有高效性，但催化能力也有一定限度，当所有酶都发挥了最高效能后，反应物浓度再增加，反应速度也不增加，这时受酶浓度影响 (2)最适温度 应据适宜温度范围确定间隔近的温度梯度，重新实验 (3)温度升高，酶活性升高 温度升高，酶活性降低 (4)反应速度迅速增加 无催化反应 (5)果汁的量
[思维深化]自变量与因变量及其之间的关系
变量名称 含义 实例 关系
实验变量
(自变量) 实验中实验者所操纵的因素或条件 温度或pH 实验变量为原因，反应变量是结果，二者是因果关系
反应变量
(因变量) 由于实验变量而引起的变化和结果 果汁量
无关变量 除实验变量以外的影响实验现象或结果的因素 酶的新
鲜程度
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旁栏思考题
1．为什么在混合苹果泥和果胶酶之前要将苹果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理？
提示 将苹果泥和果胶酶分装在不同试管中有利于确保在酶和底物混合前分别达到预设的温度，以排除温度差对实验结果的干扰。
2．在探究温度和pH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？
提示 本实验中有对照实验，但不需额外设置，因为不同温度和pH梯度之间就可以作为对照，这种对照称为相互对照。
3．A同学将哪个因素作为变量，控制哪些因素不变？为什么要做这样的处理？B同学呢？
提示 A同学将温度或pH作为变量，控制不变的量有苹果泥的用量、果胶酶的用量、反应的时间和过滤的时间等。只有在实验中保证一个自变量，实验结果才能说明问题。B同学对于变量的处理应该与A同学相同，只是观察因变量的角度不同。
4．想一想，为什么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？
提示 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。在不同的温度和pH下，果胶酶的活性越大，苹果汁的体积就越大。
解析 本题考查酶活性的检测方法。酶促反应的本身有时不易直接检测，但是通过一定的方法，可以将酶促反应的结果以一定的形式反映出来。本题中果胶酶的催化作用是不能直接检测的，但是可以通过滤出的苹果汁的体积大小来判断果胶酶活性的高低。
5．当探究温度对果胶酶活性的影响时，哪个因素是自变量，哪些因素应该保持不变？
提示 温度是变量，应控制果泥量、果胶酶的浓度和用量、水浴时间和混合物的pH等所有其他条件不变。只有这样才能保证只有温度一个变量对果胶酶的活性产生影响。
解析 为了使实验具有说服力，对照实验的设计要控制单一变量，即除自变量外，其他可能影响实验结果的变量都应保持不变。
练习
解析 大规模生产比实验室制备考虑的因素要多，包括产品的质量、生产效率、生产成本等因素，而实验室制备则主要强调实验的结果。
答案 大规模生产与实验室制备的主要不同点是：①有两次瞬间高温灭菌。②酶处理的时间相对较长。③有离心分离步骤和浓缩步骤。(共25张PPT)
专题4 酶的研究与应用专题整合
1．探讨加酶洗衣粉的洗涤效果时，要有效地控制变量(如下表)
有关酶的实验设计
实验 自变量 因变量 无关变量
探究普通洗衣粉
和加酶洗衣粉的
洗涤效果 洗衣粉种类
(普通和加酶) 洗涤
效果
探究不同种类加
酶洗衣粉的洗涤
效果 加酶洗衣粉
中酶的种类 水的用量，污物
的量，实验用布
的质地与大小，
不同洗衣粉的用量，搅拌、洗涤时
间等
探究不同温度对加
酶洗衣粉的影响 温度
探讨加酶洗衣粉最适温度的实验中，根据实际生活中的情况，温度梯度可进一步设置为20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃，若测出40 ℃时洗涤效果较好，应设置更细的实验组，如35 ℃、36 ℃、37 ℃、38 ℃、39 ℃、40 ℃、41 ℃、42 ℃、43 ℃、44 ℃、45 ℃，直至测出具体的最适温度。
2．有关酶的探究实验设计思路
在保证无关变量相同的前提下，在一恒定温度下设置pH梯度，可确定酶催化作用的最适pH；在一恒定pH条件下，通过设置温度梯度，可确定酶催化作用的最适温度；在温度和pH都相同的条件下，通过设置酶的用量梯度可以确定酶的最适用量。
设计遵循单一变量原则，有效地控制其他变量(如水质、水温等)，具体实验程序分析(如下表)：
探究加酶洗衣粉洗涤效果的实验设计
知识点 知识点要素 梳理知识要点
加酶洗衣粉 种类 蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶
探究加酶洗衣粉与普通洗衣粉的洗涤效果 实验流程 制备污渍物→设置对照→加入洗衣粉→加入污渍物→搅拌→观察洗涤效果
实验变量(自变量) 洗衣粉种类(是否加酶)
实验结果 加酶洗衣粉的洗涤效果比普通洗衣粉好
探究加酶洗衣粉的最适温度 实验变量 温度
实验流程 制备污渍物→设置温度梯度对照→加入洗衣粉→加入污渍物→搅拌→观察洗涤效果
探究不同种类的加酶洗衣粉的洗涤效果 实验变量 加酶洗衣粉中酶的种类
实验流程 三等份各类污渍物→烧杯中各加入等量的不同类型的洗衣粉和水→将污渍物分别放入烧杯中→搅拌→观察实验效果
【典例1】 有人设计实验探究加酶洗衣粉是否能提高去污力并优于普通洗衣粉。实验分为两组，一组衣物用加酶洗衣粉洗涤，一组衣物用普通洗衣粉洗涤。该实验设计缺少 ( )。
A．用加酶洗衣粉洗涤和适量普通洗衣粉洗涤的对照
B．既不用加酶洗衣粉洗涤也不用普通洗衣粉洗涤的对照
C．用普通洗衣粉洗涤和少量加酶洗衣粉洗涤的对照
D．用少量普通洗衣粉洗涤和大量加酶洗衣粉洗涤的对照
解析 本探究实验为定性探究实验，不涉及量的变化，缺乏空白对照，补充空白对照实验后，实验结果更具说明力。
答案 B
酶的固定化技术
名称 原理 图示
包埋法 将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、离子键将酶分子或细胞相互结合，或将其结合到载体上
物理吸
附法 通过物理吸附作用，把酶固定在纤维素、琼脂糖、多孔玻璃和离子交换树脂等载体上
【典例2】 在上个世纪50年代，酶已经大规模地应用于各个生产领域，到了70年代又发明了固定化酶与固定化细胞技术，大大降低了生产成本，请回答有关问题。
(1)在实际生产中，固定化酶技术的优点是_____________。
与固定化酶技术相比，固定化细胞固定的是____________。
(2)制备固定化酵母细胞，常用的包埋材料是________，使用了下图中方法[ ]________(填出号码及名称)。
(3)制作固定化酵母菌细胞时，充分混合均匀的酵母细胞胶液可在饱和________溶液中形成凝胶珠。部分同学实验制得的凝胶珠不是圆形或椭圆形，其主要原因是__________________________。
解析 (1)固定化酶使酶与反应物易接触，与产物易分离，并且能反复利用，降低了生产成本。固定化酶固定的是纯净的酶，酶会失活。固定化细胞能固定一系列酶。
(2)制备固定化酵母细胞，由于细胞比酶分子体积大，难以被吸附或结合，多采用包埋法，常用的载体是海藻酸钠。
(3)酵母细胞胶液能在饱和的CaCl2溶液中形成凝胶珠。若海藻酸钠浓度过高或针筒距离液面过近，得到的凝胶珠可能不是圆形。
答案 (1)酶既能与反应物接触，又容易与产物分离，固定在载体上的酶能反复利用 多酶系统(一系列酶、多种酶)
(2)海藻酸钠 ③ 包埋法 (3)CaCl2 海藻酸钠浓度过高(或针筒口离液面距离过近，高度不够)
【例1】 (2011·江苏单科，15)下列有关酶的制备和应用的叙述，正确的是 ( )。
A．酶解法和吸水涨破法常用于制备微生物的胞内酶
B．透析、电泳和酸解等方法常用于酶的分离与纯化
C．棉织物不能使用添加纤维素酶的洗衣粉进行洗涤
D．多酶片中的胃蛋白酶位于片剂的核心层
解析 利用酶解法和吸水涨破法使细胞解体，用于制备胞内酶；酶的纯化和分离的方法有透析法、离心沉降法和电泳法；纤维素酶能去除棉纺织品表面浮毛，平整织物表面，故可用添加纤维素酶的洗衣粉洗涤棉织物；多酶片中的胃蛋白酶位于片剂的最外层，保持其他酶在胃中不被破坏。
答案 A
【例2】 (2011·上海单科，五)回答下列关于微生物和酶的问题。
环境污染物多聚联苯难以降解，研究发现联苯降解菌内的联苯水解酶是催化多聚联苯降解的关键酶。
(1)下列培养基中能有效分离联苯降解菌的是________，原因是_________________________________________________。
A培养基(g/L)：某生长因子2.0，(NH4)2SO4 2.0，K2HPO4 3.0，MgSO4 1.0，pH7.4，多聚联苯50 mL
B培养基(g/L)：牛肉膏10.0，蛋白胨20.0，葡萄糖20.0，NaCl 5.0，pH 7.4
C培养基(g/L)：某生长因子2.0，淀粉20.0，NH4NO3 2.5，MgCl2 0.5，K2HPO4 3.0，多聚联苯50 mL，pH 7.4
进一步研究发现，不同的金属离子对联苯水解酶的活性有一定影响，结果见下表：
(2)依据表中结果，金属离子________对该酶的活性有一定的促进作用。金属离子对酶的活性有促进或抑制作用，可能的原因是______________________________________________。
(3)通过酶工程可将联苯水解酶用于生产实践。酶工程通常包括酶的生产、________、酶的固定化和酶的应用等方面。酶固定化的好处是_____________________________________________。
(4)下图实线表示联苯水解酶催化的反应速度与酶浓度的关系，虚线表示在其他条件不变的情况下，底物浓度增加一倍，反应速度与酶浓度的关系，能正确表示两者关系的是____________。
(5)红球菌和假单孢菌都能降解多聚联苯，但研究发现以每克菌体计算，两种菌降解多聚联苯的能力有所不同，对此现象合理的假设是____________或____________________。
解析 (1)A培养基中只有多聚联苯一种碳源，只有联苯降解菌可以利用这一种碳源而生存。因此，A培养基可以作为分离联苯降解菌的选择培养基。
(2)根据表格数据，当培养基中添加Mn2＋时，能使联苯水解酶的活性升高。金属离子是通过与酶结合后，改变酶的空间结构来影响酶活性的。
(3)酶具有专一性、高效性，酶催化后，酶分子结构不改变，如果能利用酶工程将酶固定下来，便可以重复利用，使酶的催化反应连续进行。酶工程的操作包括酶的生产、酶的分离纯化、酶的固定化和酶的应用等几个方面。
(4)影响酶促反应速度的因素有酶浓度、底物浓度和温度、
pH等反应条件。在反应条件适宜，酶量不足的情况下，增加底物量，酶促反应速度不增加，此时酶促反应速度的限制因子是酶浓度。随着酶浓度的增加，当酶浓度不是酶促反应速度的限制因子时，底物量增加，酶促反应速度增加。
(5)红球菌和假单孢菌降解多聚联苯的能力不同的原因可能是两种菌内酶量不同，或者是两种菌内酶结构的不同致使酶活性不同。
答案 (1)A 该培养基中多聚联苯为唯一碳源
(2)Mn2＋ 金属离子与酶结合可以改变酶的空间结构(尤其是活性部位的结构)
(3)酶的分离纯化 便于重复利用，能连续进行反应
(4)B
(5)两种菌内酶量不同 两种菌内酶基因的结构(酶结构)不同
考情分析 本专题内容在高考中考查频率较高，考查点包括果胶酶在果汁生产实践中的应用，固定化酶、固定化细胞技术在生产实践中的应用及加酶洗衣粉洗涤效果与影响因素探究等。联系果汁加工生产、加酶洗衣粉等生产生活实际，考查酶特性探究的实验分析与设计题特别多，是近三年新课标高考的最大热点。(共43张PPT)
课题2 探讨加酶洗衣粉的洗涤效果
课程标准
探讨酶在食品制造和洗涤等方面的应用。
课标解读
1.掌握加酶洗衣粉的洗涤原理。
2.理解温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影响。
3.知道不同种类加酶洗衣粉的洗涤效果及区别。
1．加酶洗衣粉
(1)概念：是指含有 的洗衣粉，目前常用的酶制剂有： 、 、 和 ，其中应用最广泛、效果最明显的是 和 。
加酶洗衣粉及其特点·
酶制剂
蛋白酶
脂肪酶
淀粉酶
纤维素酶
碱性蛋白酶
碱性脂肪酶
(2)作用原理
①蛋白酶可将 最终水解为 或小分子肽。
②脂肪酶可将 最终水解为 和 。
2．酶的去污机理
(1)碱性蛋白酶能将血渍、奶渍等含有的大分子 水解成可溶性的 或小分子肽，使污物从衣物上脱落。
(2)淀粉酶可将 最终水解为 和 。
(3)纤维素酶可将纤维素最终水解为 。
蛋白质
氨基酸
脂肪
甘油
脂肪酸
蛋白质
氨基酸
淀粉
麦芽糖
葡萄糖
葡萄糖
3．酶制剂特点
(1)能够耐酸、耐碱、忍受 和较高 ，并且通过特殊的化学物质将酶层层包裹，与洗衣粉其他成分隔离。
(2)与环境的关系
加酶洗衣粉降低了 和 的用量，使洗涤剂朝 的方向发展，减少了对环境的污染。
表面活性剂
温度
表面活性剂
三聚磷酸钠
低磷、无磷
[思维激活1] 加酶洗衣粉中酶制剂为何不包括肽酶？
提示 肽酶的作用底物为小分子肽，由于小分子肽容易从衣物上脱落，不必再将其继续水解，故加酶洗衣粉的酶制剂中不必添加肽酶。
1．加酶洗衣粉
是指含酶制剂的洗衣粉。它是在合成洗衣粉中加入0.2%～0.5%的酶制剂制成的。
2．加酶洗衣粉的类型
根据加入洗衣粉中酶制剂的不同，将其分为两种类型：
(1)单一型加酶洗衣粉：是指只加入一种酶制剂的洗衣粉，又分为蛋白酶洗衣粉、脂肪酶洗衣粉、淀粉酶洗衣粉等。
(2)复合型加酶洗衣粉：是指加入了多种酶制剂的洗衣粉，由于复合型加酶洗衣粉中加入的酶制剂种类较多，可以发挥其独特的“协同效应”，因此与单一型加酶洗衣粉相比对各种污渍都有较好的洗涤效果。
3．加酶洗衣粉的去污机理(见下表)
4.加酶洗衣粉和普通洗衣粉的比较(见下表)
加酶洗衣粉 普通洗衣粉
不
同
点 成分 普通洗衣粉成分
＋酶制剂 以三聚磷酸盐为
主要助洗剂
环境污染 污染轻甚至无污染 导致水体富营养化
相同点 表面活性剂可以产生泡沫，可将油脂分子分散开；水软化剂可分开污垢等
5.影响洗涤效果的因素
酶制剂的种类；污物的类型；水温、水量、水质，衣物的质料、大小；洗衣粉的用量，浸泡、洗涤时间等。
特别提示：普通洗衣粉的化学成分及其对环境的影响：
(1)主要成分：由表面活性剂、三聚磷酸盐、水溶性硅酸盐、助洗剂及分散剂经复配加工而成。
(2)对环境的影响：含磷洗衣粉易造成水体富营养化，从而破坏水质，污染环境。
【巩固1】 下列关于加酶洗衣粉的说法，不正确的是 ( )。
A．加酶洗衣粉的洗涤效果总比普通洗衣粉的洗涤效果好
B．加酶洗衣粉洗涤效果的好坏受很多因素的影响
C．加酶洗衣粉中目前常用的酶制剂有蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶
D．加酶洗衣粉相对普通洗衣粉更有利于环保
解析 加酶洗衣粉与普通洗衣粉相比，虽然表面活性剂和三聚磷酸钠的含量较少，但因为添加了一定量的酶制剂，在酶的作用下，构成污渍的一些生物大分子被分解为可溶性的小分子，使污迹容易从衣物上脱落，即加酶洗衣粉的洗涤效果不仅没有降低，反而加强了。但是，由于酶具有专一性，只有洗衣粉中的酶与污渍相对应时，其优势才能发挥出来；如果不对应，加酶洗衣粉的洗涤效果可能不如普通洗衣粉。
答案 A
1．探究加酶洗衣粉和普通洗衣粉洗涤效果的区别时， 为自变量，要控制其他条件一致，同时普通洗衣粉处理污渍与加酶洗衣粉处理污渍形成 实验；在控制变量时需要将科学实验与生活经验区别开。
2．在探究加酶洗衣粉的最适温度时， 是自变量，其他条件一致，不同的实验组之间形成 ；变量的范围应考虑 。
3．在探究不同种类加酶洗衣粉的洗涤效果时，自变量是 ，污渍应该是 的，其他条件均一致。
加酶洗衣粉洗涤效果实验探究
洗衣粉
的种类
对照
温度
对照
生活实际
不同
种类的加酶洗衣粉
完全相同
[思维激活2] 就洗涤效果而言，加酶洗衣粉总比普通洗衣粉洗涤效果好，对吗？
提示 不对。与普通洗衣粉相比，加酶洗衣粉中酶制剂显得格外“娇气”，其发挥最佳活性需适宜的温度等，当温度过低或过高时，加酶洗衣粉的洗涤效果将减弱，甚至弱于普通洗衣粉。
1．探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的洗涤效果
(1)实验原理
生活中的各种污渍主要是蛋白质、脂肪、淀粉等大分子有机物，这些有机物能在相应的蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶的作用下水解成易溶于水的小分子有机物。
(2)实验步骤
取两支大烧杯并编号，分别加入500 mL
蒸馏水，在40 ℃水浴锅内保温
↓
两支烧杯内加入等量同种带有相同污渍的布料，
分别加入等量的加酶洗衣粉和普通洗衣粉
↓
同时用玻璃棒充分搅拌相同时间
↓
经过相同时间后观察洗涤效果
2．探究加酶洗衣粉使用时的最适温度
(1)实验原理
酶的活性受温度的影响，最适温度时酶的活性最大，去污力最强，高于或低于此温度，酶的活性降低，去污力下降。
(2)实验步骤
配制系列温度梯度的水溶液：取7只大烧杯，分别加
入500 mL蒸馏水，分别置于25 ℃、30 ℃、35 ℃、
40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃的恒温水浴锅中
↓
将等量带有相同污染物的布料和等量同种加酶洗衣粉
分别同时加入7只烧杯中
↓
用玻璃棒同时充分搅拌相同时间
↓
经过相同时间后观察洗涤效果
3．探究不同种类的加酶洗衣粉的洗涤效果
(1)原理
酶的催化作用具有专一性，一种酶只能催化某一种或某一类化学反应，而复合酶洗衣粉加入的酶制剂种类较多，所以对单一加酶洗衣粉来说，复合酶洗衣粉对各种污渍都有较好的洗涤效果。
(2)实验变量
加酶洗衣粉的种类。其他条件相同且适宜(如温度、pH等)。
特别提醒 (1)为确保单一变量，应有效控制无关变量，如水的用量、污染物的量、实验用布的质地、大小、两种洗衣粉的用量、搅拌及洗涤时间等。
(2)洗涤效果可在洗涤后比较污物的残留程度(如：已消失、颜色变浅、面积缩小等)，还可以比较达到同样效果所用的时间长短。
【巩固2】 (2012·南京调研)某同学进行“加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果比较”课题研究，实验设计如下。
①设置2组实验，分别使用蛋白酶洗衣粉和复合酶洗衣粉
②2组实验的洗衣粉用量、被洗涤的衣物量、衣物质地、污染物性质和量、被污染的时间、洗涤时间、洗涤方式等全部相同，洗涤温度都为35 ℃ ③根据污渍去除程度得出结论
这个实验设计中，错误的是
( )。
A．① B．①② C．② D．②③
解析 探究加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果，实验应设置为蛋白酶洗衣粉和普通洗衣粉。
答案 A
【例1】 下列关于加酶洗衣粉的叙述中，正确的是 ( )。
①加酶洗衣粉能将衣服上的蛋白质、脂肪等水解成溶于水的小分子物质 ②加酶洗衣粉最常用的酶制剂是碱性蛋白酶和碱性脂肪酶 ③使用加酶洗衣粉时一般先用开水浸开，然后调至适宜温度 ④使用加酶洗衣粉可减少对环境的污染
加酶洗衣粉及其特点
⑤加酶洗衣粉的酶用特殊化学物质将酶层层包裹，遇水后溶解 ⑥实际生活中，用加酶洗衣粉的水温在25～35 ℃之间较适宜 ⑦温度过高或过低均不宜用加酶洗衣粉 ⑧使用加酶洗衣粉时应注意衣服的承受能力
A．①②③④⑤⑥⑦⑧ B．①②③④⑤⑥⑦
C．①②④⑤⑥⑦⑧ D．①②③④⑤⑦⑧
思维导图：
深度剖析 加酶洗衣粉所含的碱性蛋白酶能将血渍、奶渍等含有的大分子蛋白质水解成可溶性的氨基酸或小分子肽，所含有的碱性脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶也能将大分子的脂肪、淀粉和纤维素水解为小分子物质，使污迹容易脱落。普通洗衣粉含磷，含磷污水排放可造成水体污染。加酶洗衣粉使洗涤剂朝低磷、无磷的方向发展，加酶洗衣粉中的酶制剂及其分解产物能够被微生物分解，减少对环境的污染。为了保护酶的活性，可通过特殊化学物质将酶层层包裹，这些隔离层遇水后才溶解，这样酶就不与洗衣粉的其他成分直接接触，它才能在洗衣粉中保持稳定。考虑洗涤成本，用加酶洗衣粉的水温在25～35 ℃之间。
温度过高或过低，酶的活性降低，温度过高时甚至失活。使用加酶洗衣粉时应注意衣服的承受能力，如毛料和丝织品不宜用含蛋白酶的洗衣粉，因为毛料和丝织品的主要成分是蛋白质，它会被加酶洗衣粉中的蛋白酶分解，损坏衣服。
答案 C
[误区警示]使用加酶洗衣粉时必须注意以下几点：
(1)碱性蛋白酶能使蛋白质水解，因此，蛋白质类纤维(羊毛、蚕丝等)织物就不能用加酶洗衣粉来洗涤，以免使纤维受到破坏；
(2)使用加酶洗衣粉时，必须注意洗涤用水的温度。碱性蛋白酶在35～50 ℃时活性最强，在低温下或70 ℃以上就会活性降低或失效；
(3)加酶洗衣粉也不宜长期存放，存放时间过长会导致酶活性降低；
(4)加酶洗衣粉不宜与三聚磷酸盐共存，否则酶的活性将会丧失；
(5)添加了碱性蛋白酶的洗衣粉可以分解人体皮肤表面蛋白质，而使人患过敏性皮炎、湿疹等，因此，应避免与这类洗衣粉长时间地接触。
【例2】 (2011·南京模拟)加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉。请回答下列问题。
(1)由下图推知，该实验的目的是________________________。
50 ℃时加酶洗衣粉中碱性蛋白酶的最适含量约是______%。
加酶洗衣粉洗涤效果的实验探究
(2)下表是添加脂肪酶的加酶洗衣粉和普通洗衣粉洗涤效果的实验记录，请据表回答问题。
①该实验设计体现了____________原则。
②若1号实验组洗净油污布所需时间接近7 min，最可能的原因是________________________。
(3)下列衣料不适宜用添加蛋白酶的加酶洗衣粉洗涤的有______。
①棉纺品 ②毛织品 ③腈纶织品 ④蚕丝织品
(4)根据以上实验结果，请写出两项提高加酶洗衣粉洗涤效果的措施：____________________。
思维导图：
深度剖析 (1)由题图可知，实验中存在两个变量：温度与碱性蛋白酶含量，即实验探究的是温度、碱性蛋白酶含量对去污力的影响。在50 ℃时，洗衣粉的去污力在碱性蛋白酶含量为0.6%时达到最大。(2)由表中数据可知，1、3号为实验组，2、4号为对照组，1、2号与3、4号中只有是否加酶一个变量，因此该实验设计体现了对照原则和单一变量原则。若1号实验组洗净油污布所需时间接近7 min，最可能的原因是酶已经失活。(3)蛋白酶可分解蛋白质，故毛织品、蚕丝织品等以蛋白质为主要成分的衣料不能用含蛋白酶的加酶洗衣粉洗涤。(4)用温水浸泡(提高酶的活性)，延长浸泡时间(增加酶的催化时间)，增加酶的用量等都可以提高加酶洗衣粉的洗涤效果。
答案 (1)探究温度、碱性蛋白酶含量对去污力的影响 0.6
(2)对照、单一变量 酶失活 (3)②④ (4)用温水浸泡；延长浸泡时间；增加洗衣粉的用量等(写出两项合理答案即可)
[归纳提升] 影响加酶洗衣粉洗涤效果的因素
影响酶活性的因素 温度、酸碱度、表面活性剂
影响洗涤效
果的因素 酶制剂的种类、污物的类型、水温、水量、水质、衣物的质料、大小、洗衣粉的用量、浸泡时间、洗涤时间等
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旁栏思考题
1．查阅资料，看看普通洗衣粉中包含哪些化学成分？
提示 普通洗衣粉中通常包含有：表面活性剂、水软化剂、碱剂、漂白剂等成分，有的洗衣粉中还含有增白剂、香精和色素，以及填充剂等。
2．你打算选用什么洗涤材料？
提示 大小相同的白棉布四块(滴加等量污渍)。
解析 科学实验具有严谨性，不能将其与生活经验混为一谈。因此选择洗涤材料时也应严谨，即能够科学地控制变量。
3．在本课题中你打算使用什么方法和标准判断洗涤效果？
提示 可在洗涤后比较污物的残留状况，如：已消失、颜色变浅、面积缩小等，最好能进行定量的比较。
解析 本题考查实验中因变量的检测。实验因变量需要进行定性和定量两个层次上的检测。因此实验时需要根据实验的要求找到可以检测的因变量。
练习
1．解析 加酶洗衣粉和普通洗衣粉的主要区别就在于是否含有酶制剂。
答案 相同点：表面活性剂可以产生泡沫，可以将油脂分子分散开；水软化剂可以分散污垢；等等。不同点：加酶洗衣粉中的酶可以将大分子有机物分解为小分子有机物，小分子有机物易溶于水，从而与纤维分开。而普通洗衣粉则主要利用了表面活性剂、水软化剂等活化、分散污垢，达到去污的效果。
2．答案 不合适。因为丝绸的主要成分是蛋白质，它会被加酶洗衣粉中的蛋白酶分解，损坏衣物。
3．提示 洗衣粉加酶，生活快又美；两分钟搞定，衣服白又净。(开放性题目，答案合理即可)
