人教版（新课程标准）选修1《生物技术实践》4.1 果胶酶在果汁生产中的作用课件2021-2022学年高二下学期生物人教版选修1(共29张PPT)

(共29张PPT)
课题1 果胶酶在果汁生产中的作用
专题4 酶的研究与应用
酶的应用
课题背景
我国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，腐烂变质。水果的加工技术（制作果汁、果干、果粉和果酒等）可以缓解产销矛盾。
本课题将探究：
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:
1.果肉的出汁率低，耗时长
2.鲜榨果汁比瓶装果汁更浑浊，黏度高， 容易出现沉淀
如何解决？
使用纤维素酶和果胶酶
（一）果胶和果胶酶的作用
1.果胶
果胶
分布
纤维素
细胞壁和
胞间层
细胞壁
溶解度
单体
酶
不溶于水
不溶于水
导致果汁浑浊、易沉淀
半乳糖醛酸
（可溶于水）
葡萄糖
果胶酶
纤维素酶
植物细胞模式图
（一）果胶和果胶酶的作用
2.果胶酶
组成
半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、
果胶酯酶等
作用
来源
植物、霉菌、酵母菌、细菌等
果胶酶
纤维素酶
纤维素分解菌等
至少三个组分，C1酶、Cx酶、葡萄糖苷酶
① 分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层；使果胶水解为半乳糖醛酸。② 提高水果的出汁率，并使果汁变得澄清。
果胶酶
果胶 　　　 半乳糖醛酸
纤维
二糖
C1酶
Cx酶
葡萄糖
苷酶
葡萄糖
纤维素
① 分解果胶 ② 提高水果的出汁率使果汁变得澄清。
（二）酶活性与影响酶活性的因素
1.酶的活性概念：
指酶催化一定化学反应的能力。
2.酶活性高低的衡量标准：
用酶催化一定化学反应的反应速度来表示。
单位时间、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示
如何判断果胶酶活性的大小？
通过观察果汁的出汁量或果汁的澄清度。果胶酶将果胶分解为小分子物质，小分子可通过滤纸，因此苹果汁的体积大小反应了果胶酶催化果胶分解的能力。在不同的温度和pH下，果胶酶活性越大果汁的体积越大。
3.影响酶活性的因素
（1）温度对酶活性的影响
（2）pH 对酶活性的影响
（3）酶的抑制剂
（1）温度对酶活性的影响
思考？
温度过低或过高对酶活性有何影响？
果胶酶的最适温度：45～500C
在最适温度下，酶的活性最高。
温度偏高或偏低，酶的活性会明显降低。低温抑制了酶的活性，高温会使酶失活。
（2）pH对酶活性的影响
思考？
过酸或过碱对酶活性有何影响？
果胶酶的最适pH：3.0～6.0
在最适pH条件下，酶的活性最高。
pH的偏高或偏低，酶的活性会明显降低。pH过高或过低会使蛋白质变性，当蛋白质变性后，酶也就完全丧失了活性。
酶的抑制剂：
Fe3＋、Ca2＋、Zn2＋等金属离子对果胶酶有抑制作用。
（3）酶的抑制剂
1、酶的生产
①提取法：采用各种技术，直接从动物或微生物的细胞或组织中将酶提取出来（在原料充分的地区得以应用）。
②发酵法：通过微生物发酵来获得人们所需的酶（20世纪50年代以来生产酶的主要方法），如用曲霉、青霉等微生物发酵生产果胶酶。
（三）果胶酶的用量
③化学合成法： 成本比较高，只能合成已知结构的酶。
2、控制酶的用量
为了果胶酶得到充分的利用，节约成本，需要控制好酶的用量。
三、探究温度和pH对果胶酶活性的影响
（一）探究温度对果胶酶活性的影响
提出问题:探究温度对果胶酶活性的影响。
作出假设:在最适温度(约50℃)时，果胶酶活性最高 ，低于或高于最适温度时酶活性降低。
果胶酶的活性与果汁的出汁率和澄清度成正比。
实验设计：1.自变量：温度
2.因变量：酶活性（出汁率或澄清度）
3.无关变量：pH、酶用量、果泥用量等
4.可观测指标：果汁的体积
三、探究温度和pH对果胶酶活性的影响
（一）探究温度对果胶酶活性的影响
实验原理
果胶酶活性受温度的影响，在最适温度下，其活性最高。
果肉出汁率、澄清度与果胶酶活性成正比。
实验材料：苹果、果胶酶
实验仪器：搅拌器、试管、试管夹、滴管、烧杯、量筒、漏斗 、温度计
实验试剂：蒸馏水、热水、冰块
试管编号 1 2 3 4
恒温水浴
（自变量）
保温及过滤时间
实验结果
(因变量)
各50ml
质量分数为2%的果胶酶溶液，各5ml
30℃ 40℃ 50℃ 60℃
苹果汁
果胶酶
相 同
滤出的果汁体积
设计实验时，如何保证“单一变量原则”？
实验流程：
搅拌器搅拌制成苹果泥
（不去果皮，加适量水）
果胶酶溶液
等 量
4 支试管
均分 装入
4 支试管
试管内温度稳定后，将果胶酶加入相同温度的苹果泥内
恒温保持一段时间（10min）
并不断搅拌
观察果汁产量
目的：使果胶酶能充分的催化反应
取一支装有果胶酶和一支装有果泥的试管为一组，分 4 组分别
放入相应温度的恒温水箱中恒温加热
答：保证底物和酶在混合时的温度是相同的，有效的控制温度这个变量！
问1：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？
问题思考
问2：在探究温度的影响时，是否存在对照关系？
答：存在。不同的温度之间，就可以作为对照
——这种对照称为相互对照。
三、探究温度和pH对果胶酶活性的影响
（二）探究对pH果胶酶活性的影响
提出问题:探究pH对果胶酶活性的影响。
作出假设:在最适pH时，果胶酶活性最高 ，低于或高于最适pH酶活 性降低。果胶酶的活性与果汁的出汁率和澄清度成正比。
实验设计：1.自变量：pH
2.因变量：酶活性（出汁率或澄清度）
3.无关变量：温度、酶用量、果泥用量等
4.可观测指标：果汁的体积
三、探究温度和pH对果胶酶活性的影响
（二）探究pH对果胶酶活性的影响
实验原理
果胶酶的活性受pH影响，处于最适pH，酶的活性最高，高于或低于此值活性均下降。
果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正比。
实验材料：苹果、果胶酶
实验仪器：搅拌器、试管、试管夹、滴管、烧杯、量筒、漏斗 、温度计
实验试剂：蒸馏水、热水、冰块
试管编号 1 2 3 4 5
pH
(自变量)
保温及过滤时间
实验结果
(因变量)
各50ml
质量分数为2%的果胶酶溶液，各5ml
苹果汁
果胶酶
相 同
滤出的果汁体积
设计实验时，如何保证“单一变量原则”？
pH=3 pH=4 pH=5 pH=6 pH=7
实验流程
均分 装入
5 支试管
果胶酶溶液
等 量
5 支试管
保持恒温一段时间
并不断搅拌
观察果汁产量
搅拌器搅拌制成苹果泥
（不去果皮，加适量水）
调节pH至设定条件
调节pH至设定条件
适宜温度下，将pH相同的果胶酶和果泥混合
用0.1%的NaOH和盐酸来调节
四、探究果胶酶的用量
1、实验原理：在一定的条件下，随着酶浓度的增加，果汁的体积增加，说明酶的用量不足；当酶浓度达到某一数值后，在增加酶的用量，果汁的体积不再改变，此值即是酶的最适用量。
2、实验设计：自变量：果胶酶的用量
因变量：果汁体积
无关变量：温度，pH（最适）
注：可以配制不同浓度的果胶酶溶液，也可以只配制一种浓度的果胶酶溶液，然后使用不同的体积。
3、实验操作
（1）配制不同浓度的果胶酶溶液和制备水果泥
①配制不同浓度的果胶酶溶液
准确称取纯的果胶酶1mg、2mg、3mg、4mg、5mg、6mg、7mg、8mg、9mg，配制成相等体积的水溶液，取等量放入9支试管中，并编号1～9。
②制备水果泥
搅拌器搅拌制成苹果泥并称45g，等量装入9支试管中，并编号1～9。
（2）将上述试管放入恒温水浴加热一段时间。
（3）将不同浓度的果胶酶分别迅速与各试管的苹果泥混合，然后再放入恒温水箱中。
（4）恒温水浴约20分钟
（5）过滤后测量果汁的体积并填写表格。
一般为50mg/l左右，因为用此浓度处理果汁2～4小时后果汁率增加10％后不再增加。
在最适温度和pH条件下制作1升苹果汁，使用多少果胶酶最合适？
酶浓度mg 1 2 3 4 5 6 7 8 9
果汁量/ml
（6）结果分析与评价
四、结果分析与评价
1.温度和pH会如何影响果胶酶活性？请预测结果并绘制出曲线图。
温度、pH与果胶酶活性的关系
结果分析与评价
2.如果从结果中无法判断出果胶酶的最适温度或pH，该如何改进实验方案？
（1）如没有酶活较高的条件，则重新设置温度或pＨ的梯度；
（2）如出现两个酶活相近的条件，应该在这两个条件间缩小温度或pH梯度，进一步进行实验；
实验流程——具体操作步骤
1.苹果切成小块，用匀浆机加入少量水制成匀浆（果泥）
2.配置2%果胶酶:用电子天平称取2克果胶酶溶解在98毫升的蒸馏水中
5g匀浆+10mL果胶酶溶液
A
B
5g匀浆+10mL蒸馏水
3.间歇搅拌20～30min，使酶与底物充分接触并发生化学反应
实验现象
B
A
谢谢
Thanks for Attention