专题四课题一 果胶酶在果汁生产中的作用

(共48张PPT)
专题4 酶的研究与应用
课题1 果胶酶在果汁生产中的作用
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。
1、果胶
在果汁加工中，果胶不仅会影响出汁率，还会使果汁浑浊。
果胶酶能够分解果胶，瓦解植物细胞的细胞壁及胞间层，使榨取果汁更容易，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。
果胶酶
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。酶反应速度用单位时间内单位体积中反应物的减少量或生成物的增加量来表示。
(1)酶的活性
2、酶的活性与影响酶活性的因素
(2)影响酶活性的因素
a.温度
b.pH
c.酶的抑制剂
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
２．果胶酶能将植物组织内的果胶分解成（　）Ａ．透明果汁　　　Ｂ．半乳糖醛酸
Ｃ．丙酮酸　　　　Ｄ．酶制剂
３．果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，它不包括( )
A.多聚半乳糖醛酸酶 B.果胶分解酶
C.乳糖分解酶 D.果胶酯酶
D
B
C
酶的活性受温度、pH值等外界因素的影响，本节课我们首先探究一下温度对酶活性的影响
提出问题：探究温度对酶活性的影响
预期假设：在最适温度（约 40 ℃）酶的活性最大，低于或高于最适温度时酶活性递减
搅拌器搅拌制成苹果泥均分装入
9支试管
果胶酶水溶液等量
9支试管
各取一支分九组分别放入30℃ 、 35 ℃ 、40℃、45℃ 、50℃ 、55℃、 60℃、 65℃、70℃、的恒温箱中恒温加热
待试管内温度稳定后，将果胶酶加入相同温度的苹果泥内
恒温保持10分钟
过滤果汁，用量筒测量果汁的量，填入表格
实验
温度 30℃ 35℃ 40℃ 45℃ 50 ℃ 55 ℃ 60 ℃ 65 ℃ 70 ℃
果汁量
可以保证底物和酶在混合时的温度是相同的避免了果泥和果胶酶混合时影响混合物的温度，避免影响实验结果。
为什么在混合苹果泥和果胶酶之前，要将果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理？
说明:等量的控制（果泥、果胶酶的量）
等时间的控制（反应时间、过滤时间）
恒温的控制（不同反应物的预热 水浴、反应物的混合搅拌等）
其他处理（加水、滤纸等）
分析结果得出结论:温度影响酶的活性
在实验设计时，如何保证实验的单因素控制
探究pH对果胶酶活性的影响，只须将温度梯改成pH梯度，并选定一个适宜的温度进行水浴加热。
反应液中的pH可以通过体积分数为0.1%的氢氧化钠或盐酸溶液进行调节。
搅拌器拌制成苹果泥均分装入
果胶酶水溶液等量
５支试管
５支试管
各取一支分５组分别放入37度的恒温水箱中恒温加热。
恒温保持10min
过滤果汁，用量筒测量果汁的量，填入表格
待试管内温度稳定后，将果胶
酶加入相同温度的苹果泥中调节ＰＨ为
５．６．７．８．９
探究果胶酶的最适用量是建立在探究最适温度和pH对果胶酶活性影响的基础之上的。实验时可以配制不同浓度的果胶酶溶液，此时，研究的变量是果胶酶的用量，其他因素都应保持不变，否则将影响实验结果的准确性。
探究果胶酶的最适用量
１．根据实验数据绘制出的温度和pH对果胶酶活性影响的曲线图；
5、结果分析与评价
２．不同果胶酶用量对出汁量影响的曲线图（在浓度和体积相同的条件下）；
酶的用量
0
体积
（mL）
1、定义：
（一）加酶洗衣粉
含有酶制剂的洗衣粉。
2、成分：
除含有普通洗衣粉的成分外，还含有多种酶制剂：蛋白酶，脂肪酶，淀粉酶，纤维素酶，复合酶。其中应用最广泛、效果最明显的是碱性蛋白酶和碱性脂肪酶。
课题2 探讨加酶洗衣粉的洗涤效果
①蛋白酶
应用：有助于去除如汗渍，血渍，青草，粘液，以及各种食品类中的蛋白质污垢。
作用：碱性蛋白酶能使蛋白质水解成可溶于水的多肽和氨基酸。
种类：我国在洗衣粉中添加的蛋白酶最主要的是碱性蛋白酶。
②脂肪酶
应用：可以催化水解各类动植物油脂和人体皮脂腺分泌物及化妆品污垢。
种类：碱性脂肪酶。
作用：碱性脂肪酶能使甘油三脂水解成容易用水冲洗掉的甘油和游离脂肪酸。从而达到清除衣物上脂质污垢的作用。
脂肪 甘油 + 脂肪酸
脂肪酶
方程式：
③淀粉酶
应用：可以去除例如来自面条、巧克力、肉汁和婴儿食品中含有淀粉的污垢。
淀粉 麦芽糖
淀粉酶
方程式：
④纤维素酶
应用：去除棉纺织品表面的浮毛，使洗涤后的棉纺织品柔软蓬松，织纹清晰，色泽更加鲜艳，穿着更加舒适。
种类：碱性纤维素酶。
纤维素 葡萄糖
纤维素酶
方程式：
⑤复合酶
实际污垢组成复杂，往往蛋白污垢被脂肪污垢或淀粉污垢覆盖，单一酶的作用一般达不到彻底清除污垢的作用。而复合酶可以发挥其独特的“协同效应”。
试验测定，单独使用蛋白酶或淀粉酶，得到的洗涤效果远不如把每种酶用量减半后放在一起使用的效果。即给定酶的用量，复合酶的效果远远超过单一酶的效果。原因是淀粉酶分解了污渍表面的淀粉污垢，使蛋白酶能以更有效的方式向蛋白质污垢进攻。
（三）普通洗衣粉和加酶洗衣粉异同
相同点：
不同点：
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。
酶可以将大分子有机物分解为小分子有机物，小分子有机物易于溶于水，从而与纤维分开。
（四）影响酶活性的因素
温度、pH、表面活性剂等
成分：略
用法：洗涤前先将衣物浸于加有适量洗衣粉的水内数小时，用温水浸泡效果更佳,切勿用60℃以上的水。
注意：切勿用于丝质及羊毛衣料，用后须彻底清洗双手。
(五）资料分析
一般洗衣粉不易清除衣物的血渍和奶渍，但加酶洗衣粉则可以。 一生物活性洗衣粉包装盒上印有以下材料：
1.此实验的自变量、因变量以及无关变量是什么？
自变量:
因变量:
无关变量:
2.实验设计应遵循的主要原则？
对照性原则、单一变量原则、等量原则等。
洗衣粉类型
对污渍的洗涤效果
洗衣粉的用量、水温、水量、水质、衣物的质料、大小及浸泡时间和洗涤方式及时间等。
比较洗涤相同时间后污渍的残留程度；或比较达同样效果所用时间。
二、实验设计
（一）子课题一：探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的洗涤效果
3、实验操作流程
（1）实验准备
带有污染物的实验用布的制取：取一定量的污染物制成溶液，取等量的污染物滴加在相同大小、质地的新布上。
称取等量的洗衣粉：用天平准确称取等量普通洗衣粉和加酶洗衣粉。
②将制好的污染布和洗衣粉（一组为污染布和普通洗衣粉，另一组为污染布和加酶洗衣粉）分别放入两只烧杯中。
③用玻璃棒同时充分搅拌一段时间。一段时间后搅拌可重复进行。
④过相同的时间后观察洗涤效果。
（3）实验结论
加酶洗衣粉的效果好
（2）实验过程
①取两只大烧杯并编号，用量筒分别量500ml蒸馏水放入其中。放入400C的水浴锅保温。
1、分析资料二
温度梯度设置并不恰当和完善，主要是梯度差值偏大。假定用上述梯度测得40度时洗涤效果最好，也并不能说最适温度就是40度。
（二）子课题二：探究加酶洗衣粉使用时的最适温度
请你分析这个方案是否完善、妥当，并提出改进建议
②改进
制取同样的污染布，称取等量的同一种洗衣粉，分几个温度不同的试验组，温度梯度可设为20、25、30、35、40、45、50、55度，若测出在40度时洗涤效果最好，可设置更细的试验组如35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45度，直至测出具体的最适温度
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洗涤效果的判断
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。
2、实验设计
（三）子课题三：不同种类的加酶洗衣粉的洗涤效果
1、实验原理
不同种类的加酶洗衣粉所加的酶不同，而酶具有专一性，所以对不同污渍洗涤效果不同。
三、课题延伸
1.“衣领净”含高效表面活性剂、增白剂、液体蛋白酶制剂等成分，可洗去领口、袖口的顽渍及其它顽渍，而一般洗衣粉效果较差。
2.厨房的洗涤剂有两大类 （1）用于清洗食具的洗涤剂（如洗洁净），其重要的化学成分是化学合成的烷基类活性剂，对皮肤有刺激性，残留的烷基苯磺酸盐对人体有一定的危害。
（2）用于清洗灶具、排气扇油垢的清洗剂。它渗透能力、脱脂能力强，碱性也强，对皮肤有损伤。要求高的专业洗涤加入少量的脂肪酶。
（3）马桶污垢分三类
酸性产品、中性产品和碱性产品。
目前市场上以酸性为主，清洗效果最佳。洁厕灵是人们常用的一种洁厕剂，其主要成分是：各种有机酸、缓蚀剂、增稠剂、表面活性剂、香精等。
注意：
（1）碱性蛋白酶能使蛋白质水解，因此，蛋白类纤维（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。 碱性蛋白霉在35℃—50℃时活性最强，在低温下或70℃以上就会失效。
（3）加酶洗衣粉不宜长时间存放，时间过长会导致酶活力损失。
（4）添加了碱性蛋白酶的洗衣粉可以分解人体表面蛋白质，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。
课题3 酵母细胞的固定化
基础知识
（一）固定化酶的应用实例
1.利用固定化酶技术生产高果糖浆的实例
（1）高果糖浆的生产需要葡萄糖异构酶
（2）葡萄糖异构酶的优点
稳定性好、可以持续发挥作用
（3）在生产中直接使用酶有什么缺点？
酶溶解于葡萄糖溶液后，无法回收，造成浪费
2、固定化酶:
（1）概念：固定化酶就是将酶分子结合在特定支持物上且不影响酶的功能。用于固定化酶的底物有琼脂糖、聚丙烯酰胺、海藻酸钠等。
（2）.固定化酶的反应柱示意图及工作原理
3.固定化酶在生产实践中的优点
反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本，提高了果糖的产量和质量。
（二）固定化细胞技术
固定化细胞是指固定在一定空间范围内的、
能够进行生命活动的并且可以反复使用的
活细胞，又叫固定化活细胞或固定化增殖
细胞。
2.将酶或细胞固定化的方法
将酶（或细胞）包埋在细微网格里
将酶（或细胞）相互连接起来
将酶（或细胞）吸附在载体表面上
包埋法
化学结合法
物理吸附法
3.固定化酶和固定化细胞的联系与区别
联系：应用相同，都能催化某些反应
区别
1）固定化细胞固定的是一系列酶；
2）固定化细胞技术操作容易，成本低，容易回收；
4.固定化酶和固定化细胞常用的载体材料
明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等，
其共同的特点是不溶于水的多孔性载体
（一）制备固定化酵母细胞
实验操作
1、酵母细胞的活化
2、配制物质的量浓度为0.05mol/L
的CaCl2
3、配制海藻酸钠的溶液
4、海藻酸钠溶液与酵母细胞混合
5、固定化酵母细胞
（二）用固定化酵母细胞发酵
实验操作
1、将固定化的酵母细胞（凝胶珠）用蒸馏水冲洗2到3次。
2、将150ml质量分数为10%的葡萄糖溶液转移到200ml的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于25摄氏度下发酵24h。
在缺水的状态下，微生物会处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。酵母细胞所需要的活化时间较短，一般需要0.5～1 h，教师需要提前做好准备。此外，酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应该选择体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出容器外。
（一）酵母细胞的活化
实验操作过程中要注意的下列问题
（二）加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环，涉及到实验的成败，教师一定要提醒学生按照教材的提示进行操作。
类型 优点 不足
直接使用酶 催化效率高；低能耗；低污染等。 易失活；难回收，成本高；酶混合在产物中可能影响产品质量。
固定化酶 既能与反应物接触，又能与反应物分离；可重复利用 一种酶只能催化一种或一类反应，而生产中很多产物需一系列酶促反应才能得到。
固定化细胞 成本低；操作更容易 大分子物质难以自由通过细胞膜使应用受到某些限制。
练习
1、直接使用酶、使用固定化酶和使用固定化细胞催化反应，各有哪些优点与不足？
2、固定化酶和固定化细胞技术有哪些？各有什么优缺点？固定化细胞常用的载体有哪些？
有包埋法、化学结合法和物理吸附法。
固定化酶分子小更适合采用化学结合法和物理吸附法，用包埋法却容易从包埋材料中漏出。固定化细胞因细胞大不易被吸附或结合适宜采用包埋法。
常用载体：明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。
3、固定化酶和固定化细胞的原理是什么？
就是将酶固定在不溶于水的载体上，或者将微生物细胞均匀地包埋于不溶于水的多孔性载体上，使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的技术。