（4）酶的研究与应用
【考点梳理】
典例1
某工厂新制了50L苹果泥，准备生产果汁，但不知酶的最适用量。为了减少成本，进行了如下的探究实验：取8支试管编号1~8，分别加入30mL苹果泥，保温一段时间，然后向各试管中加入不同体积的果胶酶溶液，反应一段时间，过滤并记录果汁体积，实验数据如表所示。下列分析错误的是( )
编号 1 2 3 4 5 6 7 8
果胶酶溶液体积/mL 1 2 3 4 5 6 7 8
果汁体积/mL 20.6 21.2 21.8 22.4 23.0 23.4 23.4 23.4
注：果汁体积均不包含酶溶液体积。
A.在果汁生产中一般还应加入纤维素酶来充分瓦解细胞壁
B.本实验的测量指标还可以是苹果泥反应完全时所需要的时间
C.8支试管均需要调节至相同且适宜的温度、pH，且反应时间充足
D.为得到更准确的最适用量，还应在5~6mL范围内缩小酶用量梯度继续实验
答案：C
解析：植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，所以在果汁生产中还应加入纤维素酶来瓦解细胞壁，A正确；本实验中苹果泥反应完全时各试管过滤得到的果汁的体积相同，因此还可以用苹果泥反应完全时所用的时间作为本实验的测量指标，B正确；8支试管如果反应时间充足，则各组过滤得到的果汁体积应相同，与表格中测定的结果不符合，C错误；分析表格数据可知，在5~6mL范围内设置不同果胶酶用量的梯度实验来进行探究，可得到更准确的最适用量，D正确。
考点链接
果胶酶在果汁生产中的作用
一、果胶和果胶酶
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：影响出汁率，还会使果汁浑浊。
2.果胶酶
（1）组成：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。
（2）作用：分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层，使榨取果汁变得更加容易；把不溶于水的果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸，可使浑浊的果汁变得澄清。
（3）来源：植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶。
二、酶的活性及影响酶活性的因素
1.酶的活性
（1）含义：指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：用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示。
2.影响酶活性的因素：温度、pH和酶的抑制剂等。
三、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。
四、探究温度和pH对酶活性的影响
1.探究思路：
（1）探究最适pH：在一恒定温度下，通过设置pH梯度来确定。
（2）探究最适温度：在一恒定的pH下，通过设置温度梯度来确定。
2.判断果胶酶活性高低的方法：
①通过测定单位时间内产生的苹果汁的体积来判断。获得的苹果汁越多，说明果胶酶的活性越高。
②通过比较果汁的澄清度来判断果胶酶的活性。果汁越澄清，表明果胶酶的活性越高。
3.实验操作流程
（1）探究温度对果胶酶活性的影响
（2）探究pH对果胶酶活性的影响
4.注意事项
①果胶酶的最适温度为45～50 ℃。设置温度梯度时，要以这个范围为中心，图示实验流程中的温度梯度是5℃。
②将苹果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理，可以保证底物和酶在混合时的温度是相同的，避免苹果泥和果胶酶混合时影响混合物的温度，从而影响果胶酶的活性。
五、探究果胶酶的用量
1.探究思路：
（1）如果随着酶的用量增加，过滤到的果汁的体积也增加，说明酶的用量不足。
（2）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，说明酶的用量已经足够。
2.影响因素：
该实验的自变量是酶的用量，除此之外，影响果汁产量的因素还有pH、温度、酶催化反应的时间、苹果泥的用量等。
3.实验流程
4.判断的方法
（1）酶的用量增加，过滤后果汁的体积增加，说明酶的用量不足。
（2）酶的用量增加到某个值后，继续增加酶的用量，过滤得到的果汁的体积不再改变，说明酶的用量已经足够。
例题练习
工业生产果汁时，常常利用果胶酶破除果肉细胞壁以提高果肉出汁率。为研究温度对果胶酶活性的影响，某学生设计了如下实验，下列关于相关实验步骤的说法，错误的是( )
A.图A表示将果胶酶与苹果泥分装于不同试管，放在水浴锅中恒温处理
B.图B将相同温度处理后的果胶酶和苹果泥混合，继续保温处理
C.该实验的因变量为图C量筒中果汁的量或澄清度
D.该实验的自变量是图A中的水浴温度，因此实验中图B中的水浴温度要保持恒定
答案：D
解析：图A表示将果胶酶与苹果泥分装于不同试管，避免苹果泥和果胶酶混合时影响混合物温度，从而影响果胶酶活性，A正确；图B将相同温度处理后的果胶酶和苹果泥混合，继续保温处理，保持反应温度恒定，B正确;该实验的因变量为图C量筒中果汁的量或澄清度，C正确;该实验的自变量是温度，应设计多组实验，并保证图A和图B中水浴温度一致，D错误。
典例2
下表是某同学所做观察不同品牌加酶洗衣粉的洗涤效果实验的相关信息，有关叙述错误的是( )
A组 B组 C组
洗衣粉 a品牌 √
b品牌 √
c品牌 √
水浴温度/℃ 40 40 40
多天前沾有鸡血的衣料 √ √ √
浸泡时间/min 30 30 30
A.若观察加酶洗衣粉的洗涤效果，需确保a、b、c洗衣粉是含不同成分的洗衣粉
B.三组实验中浸泡衣料的水量、水质以及衣料的材质、面积大小等要尽量相同
C.可将洗衣粉溶液的浑浊度或衣料的清洁度作为本实验的检测指标
D.衣料在洗衣粉溶液中浸泡时可以适当搅动，但搅动的力度、方式应有一定的梯度
答案：D
解析：本实验的目的是探究不同品牌加酶洗衣粉的洗涤效果，那么a、b、c三种品牌的洗衣粉应是三种含不同成分的洗衣粉，A正确；浸泡衣料的水量、水质以及衣料的材质、面积大小等属于本实验的无关变量， 实验过程中应尽量相同，B正确；本实验的自变量是不同洗衣粉，那么因变量是洗衣粉洗涤的效果，也就是衣料的清洁度或洗衣粉溶液的浑浊度，C正确；衣料在洗衣粉溶液中浸泡时可以适当搅动，增大衣料与洗衣粉溶液的接触面积，但是搅动的力度、方式等这些无关变量应该保持相同，D错误。
考点链接
探究加酶洗衣粉的洗涤效果
一、加酶洗衣粉
1.含义：指含有酶制剂的洗衣粉。
2.酶制剂
（1）种类：常用的有蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶。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。
（2）作用原理：将大分子物质水解为可溶性的小分子物质。如蛋白酶可将大分子蛋白质水解为可溶性的氨基酸或小分子的肽。
（3）影响因素：温度、酸碱度和表面活性剂等。
3.根据加入洗衣粉中酶制剂的不同，将其分为两种类型：单一型加酶洗衣粉和复合型加酶洗衣粉。前者是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。后者是加入了多种酶制剂的洗衣粉
4.加酶洗衣粉的优点：降低了表面活性剂和三聚磷酸钠的用量，使洗涤剂朝低磷、无磷的方向发展，减少对环境的污染。
二、探究加酶洗衣粉洗涤效果的实验设计
1.实验设计流程
2.实验设计中的变量控制和对照实验
（1）变量控制：
影响加酶洗衣粉洗涤效果的因素有水温、水量、水质、洗衣粉的用量、衣物的材质和大小及浸泡时间和洗涤时间等，在这些因素中，如果水温是我们研究的对象，那么应设水温为实验的自变量，其他因素（无关变量）都应保持相同、适宜且不变。
（2）对照实验：
探究的问题 变量 对照组 实验组
普通洗衣粉与加酶洗衣粉洗涤效果的区别 洗衣粉类型 普通洗衣粉＋污物 加酶洗衣粉＋污物
加酶洗衣粉的最适温度 温度 温度梯度下的洗涤效果互为对照
不同类型加酶洗衣粉的洗涤效果 加酶洗衣粉种类 不同加酶洗衣粉的洗涤效果互为对照
3.探究加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果
（1）实验步骤：
（2）注意事项：
①设置温度梯度时，不仅要从理论层面去思考问题，还要充分考虑日常生活中的具体情况。
②若在各温度梯度中测出效果最好的温度为40 ℃，但并不能确定40 ℃为最适温度，需缩小梯度差进一步探究。预实验的目的是缩小二次实验的温度限定范围，减小温度差。
4.探究不同种类加酶洗衣粉的洗涤效果
（1）实验步骤：
步骤 烧杯编号
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
注入自来水 500 mL 500 mL 500 mL
加入物质（等量） 奶渍布 奶渍布 奶渍布
控制水温 37 ℃ 37 ℃ 37 ℃
加入洗衣粉（等量） 蛋白酶洗衣粉 复合酶洗衣粉 脂肪酶洗衣粉
用玻璃棒搅拌 5 min 5 min 5 min
观察实验现象
（2）注意事项：
该实验探究的是多种加酶洗衣粉对同一污渍的洗涤效果，依此方法也可以探究同一种加酶洗衣粉对于不同污渍的洗涤效果。
例题练习
为了使牛仔裤呈现“穿旧”效果，在工业洗衣机中用酶洗代替传统的浮石擦洗，是目前重要的生产手段（工艺流程见下图）。下列叙述错误的是( )
A.纤维素酶是一种复合酶，可将纤维素分解为葡萄糖
B.纤维素酶在仿旧中的作用机理与其在洗衣粉中去污的机理相似
C.在上述工艺中，为重复使用纤维素酶，通常选用适当的包埋剂固定化酶
D.在上述工艺中，通过调节温度、酸碱度、处理时间可控制仿旧颜色的深浅
答案：C
解析：纤维素酶是一种复合酶，至少包括三种组分，可将纤维素分解为葡萄糖，A正确；纤维素酶在仿旧中的作用机理是适当水解布料中的纤维素成分，和加酶洗衣粉中的纤维素酶作用类似，都是使织物变得蓬松，有利于染色剂染色和污物脱落，B正确；固定化酶可使酶重复使用，但纤维素酶的固定不宜用包埋法，C错误；纤维素酶的活性受温度、酸碱度等的影响，控制处理时间可控制布料中纤维素成分的水解程度，故通过调节温度、酸碱度、处理时间可控制仿旧颜色的深浅，D正确。
典例3
下图所示的固定化方式中，有关叙述不正确的是( )
A.固定化细胞的操作比固定化酶的操作简单
B.固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反应
C.细胞大多采用方式②固定，是因为细胞的体积较大
D.方式①③适合酶的固定，固定化酶常用于大分子物质的催化
答案：B
解析：细胞的体积比酶大，相对于固定化酶的操作，固定化细胞的操作相对简单，A正确；由于细胞能分泌多种酶，因此固定化细胞的优势在于能催化一系列的酶促反应，B错误；②是包埋法，细胞大多采用方式②固定，是因为细胞的体积较大，不容易从包埋材料中漏出来，C正确；①是化学结合法，③是物理吸附法，酶分子较小，容易从包埋材料中漏出，因此常用方式①③固定，大分子物质难以通过细胞膜，所以通常不用固定化细胞催化，而是用固定化酶来催化反应，D正确。
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酵母细胞的固定化
一、固定化酶的应用实例
1.高果糖浆的生产
（1）反应原理：需要使用葡萄糖异构酶，它能将葡萄糖转化成果糖。这种酶的稳定性好，可以持续发挥作用。但是，酶溶解于葡萄糖溶液后，就无法从糖浆中回收，造成很大的浪费。
（2）生产过程
2.固定化酶技术
（1）概念：固定化酶是利用物理或化学方法将酶固定在一定空间内的技术。
（2）固定方法：多采用化学结合法或物理吸附法。
①化学结合法是指将酶分子相互结合，或将其结合到纤维素、琼脂糖、离子交换树脂等载体上的固定方式。
②物理吸附法是指将酶吸附在固体吸附剂表面的方法，吸附剂多为活性炭、多孔玻璃等。
（3）优点：与一般酶制剂相比，固定化酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时还可以被反复利用。
3.固定化细胞技术
（1）概念：固定化细胞是利用物理或化学方法将细胞固定在一定空间内的技术。
（2）固定方法：多采用包埋法。
包埋法固定化细胞是指将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中。常用的载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。
（3）优点：与固定化酶技术相比，固定化细胞技术制备的成本更低，操作更容易。
二、固定化酵母细胞的实验操作
1.实验流程
（1）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。
（2）配制海藻酸钠溶液时，要使用小火或者间断加热，反复几次，直到海藻酸钠溶化为止。
（3）溶化好的海藻酸钠溶液要先冷却至室温，再加入已活化的酵母细胞。
（4）在CaCl2溶液中形成的凝胶珠需在CaCl2溶液中浸泡30min左右。
2.注意事项
（1）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。
（2）CaCl2要称量准确，不能用自来水配制溶液；CaCl2溶液的作用是使海藻酸钠胶体发生聚沉，形成凝胶珠，因此需将凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30 min左右，以便形成稳定的结构。
（3）海藻酸钠溶液的浓度关系到固定化细胞的质量。如果海藻酸钠浓度过高，将很难形成凝胶珠；如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少，影响实验效果。
（4）溶解海藻酸钠时，要用小火或间断加热，并不断搅拌，防止海藻酸钠发生焦糊。
（5）溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温，否则会因温度过高而导致酵母菌死亡。
（6）用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠，作为对照。
（7）在工业生产中，需反复使用固定化细胞，因此必须保证在固定化细胞的制备、应用及提取再利用过程中，严格按照无菌操作要求，避免其他微生物污染。
例题练习
下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，错误的是( )
A.固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显
B.应用固定化细胞时，要控制好pH、温度和溶解氧
C.利用固定化酶降解水体中有机磷农药，需提供适宜的营养条件
D.利用固定化酶生产高果糖浆，葡萄糖的作用是作为反应底物
答案：C
解析：利用固定化细胞技术固定的是一系列酶，所以在多步连续催化反应方面优势明显，A正确；应用固定化细胞时，要控制好pH、温度和溶解氧，B正确；固定化酶降解水体中的有机磷农药是一个酶促反应过程，没有生物参与，所以不需要提供营养条件，C错误；利用固定化酶生产高果糖浆，葡萄糖的作用是作为反应底物，D正确。
【要点突破】
一、酶活性的影响因素
（1）温度：低于最适温度时，随着温度的升高，酶的活性逐渐增强；高于最适温度后，随着温度升高，酶的活性迅速下降，直至完全丧失活性。果胶酶的最适温度为45～50 ℃。如图1所示：
（2）pH：在低于最适pH时，随着pH的升高，酶的活性逐渐增强；高于最适pH时，随着pH的升高，酶的活性逐渐下降，直至完全丧失活性。果胶酶的最适pH范围为3.0～6.0。如图2所示：
（3）酶的激活剂和抑制剂：能提高酶活性的物质叫激活剂，多为离子或简单有机化合物；加入酶的激活剂可以提高酶的活性，如NaCl可以提高果胶酶的活性。某些物质虽然不能引起酶变性，但能使酶分子中某些必需基团发生变化，引起酶活性下降，甚至失活，能引起这种抑制作用的物质称为酶的抑制剂。如Fe3＋、Ca2＋、Zn2＋等金属离子对果胶酶有抑制作用。
二、固定化酶或固定化细胞的方法
名称 原理 图示
包埋法 将酶或微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中，分为凝胶包埋法和微囊化法
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，分为交联法、共价结合法、离子结合法
物理吸附法 通过物理吸附作用，把酶或细胞固定在醋酸纤维素、琼脂糖、多孔玻璃或聚丙烯酰胺等载体上
三、直接使用酶、固定化酶和固定化细胞的比较
比较项目 直接使用酶 固定化酶 固定化细胞
酶的种类 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
催化反应 单一或多种 单一 一系列
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
优点 催化效率高，低耗能、低污染等 ①既能与反应物接触，又能与产物分离，提高了产品质量；②可重复使用，降低了成本 成本更低，操作更容易
缺点 ①对环境条件非常敏感，易失活；②酶难回收，成本高，影响产品质量 不利于催化一系列的酶促反应 反应物不易与酶接触，尤其是大分子物质，可能导致反应效率下降
实例 果胶酶 固定化葡萄糖异构酶 固定化酵母细胞
易错辨析
固定化酶和固定化细胞的两个区别
1.固定方法的区别
①在实际应用中，酶更适用化学结合法和物理吸附法固定，原因是酶分子小，容易被多孔性物质吸附，更适合与化学物质结合，但容易从包埋材料中漏出。
②细胞体积大难以吸附或结合，因而多采用包埋法固定。
2.催化作用的区别
固定化细胞操作更容易，对酶活性的影响更小，可以催化一系列反应，但是，由于大分子物质难以自由通过细胞膜，因此固定化细胞的应用也受到限制。所以，催化的反应物为大分子物质时，最好选用固定化酶技术。
2（4）酶的研究与应用
1.下列有关加酶洗衣粉的叙述，正确的是( )
A.加酶洗衣粉中的酶都是固定化酶
B.加酶洗衣粉的洗涤效果一定比普通洗衣粉的洗涤效果好
C.加酶洗衣粉中的蛋白酶对去除衣物上的奶渍和血渍有很好效果
D.加酶洗衣粉有利于降低水体富营养化是因为加酶洗衣粉中不含磷
2.“加酶洗衣粉”因其去污能力强而深受人们喜爱，某兴趣小组为探究加酶洗衣粉的洗涤效果做了如下实验，结果如下表。下列相关叙述正确的是( )
组别 洗衣粉类型 浸泡温度(℃) 水量 除去血渍所用时间(min)
1 普通 5 2L 12
2 加酶 5 2L 12
3 普通 30 2L 8
4 加酶 30 2L 5
5 普通 100 2L 7
6 加酶 100 2L X
A.加酶洗衣粉可以提高相关化学反应速率和生成物的量
B. 洗衣粉中的酶参与化学反应时，其自身构象会发生改变
C.该实验的自变量是洗衣粉的类型，因变量是除去血渍所用时间
D.表格中除去血渍所用时间X应小于5 min，因其洗涤效果最明显
3.下列关于探究不同类型的加酶洗衣粉洗涤效果实验的叙述，错误的是( )
A.可以选择丝绸制品作为实验材料来探究加酶洗衣粉中是否含有蛋白酶
B.洗衣粉的用量、污渍种类和大小、洗涤时间等无关变量应相同且适宜
C.“衣领净”能有效去除领口、袖口处的顽渍，因为其只含某一种特定的酶
D.不同类型的加酶洗衣粉，使用70°C热水浸泡后洗涤，去污效果都会降低
4.已知α—淀粉酶可在淀粉内部随机水解淀粉，研究人员欲通过研究淀粉水解产物（还原糖）的含量来研究底物浓度对该酶促反应速率的影响，向等体积的三种不同质量浓度（0.6mg/mL、1.0mg/mL、1.4mg/mL）的淀粉溶液中加入适量且等量的α—淀粉酶，适宜条件下每隔一段时间测定反应体系中还原糖的含量，结果如图所示。下列相关叙述正确的是( )
A.α—淀粉酶为该酶促反应提供能量从而提高反应速率
B.α—淀粉酶催化淀粉水解的产物均为葡萄糖
C.图示表明，α—淀粉酶的催化速率随底物浓度的增大而增大
D.0.6mg/mL组的还原糖含量在10min后变化不大，可能与底物消耗完毕有关
5.某学习小组欲探究果胶酶用量对橙汁产量的影响，实验结果如图所示。下列有关实验的分析正确的是( )
A.制作橙子泥时必须去掉橙皮以免影响实验结果
B.该实验的无关变量有温度、pH和果胶酶用量等
C.实验过程中玻璃棒搅拌的目的是增大溶液中的溶氧量
D.实验结果表明一定量的橙子泥需要果胶酶的最适用量为35mL
6.制作果汁常用果胶酶来解决两个主要问题：一是果肉的出汁率低，耗时长；二是榨取的果汁浑浊，粘度高，容易发生沉淀。下列有关果胶酶的叙述，错误的是( )
A.果胶酶不是一种酶，而是分解果胶的一类酶的总称
B.为了使果胶酶得到充分利用，需要控制好酶的用量
C.探究温度对果胶酶活性影响时，果胶酶用量越多越好
D.可通过测定果汁体积或比较澄清度判断果胶酶活性高低
7.下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述中正确的是( )
A.固定化酶和固定化细胞在应用上的主要区别是后者需要一定的营养
B.用海藻酸钠固定酵母细胞的方法属于物理吸附法
C.固定化酶和固定化细胞催化反应的底物都可以是大分子
D.加酶洗衣粉的生产也运用了酶的固定化技术
8.下列关于制备固定化酵母细胞的叙述，错误的是( )
A.制作的凝胶珠的颜色过浅、呈白色，说明凝胶珠固定的酵母细胞数目较少
B.用包埋法固定酵母细胞，形成的凝胶珠形状应规则、大小应适宜
C.向CaCl2溶液中滴加海藻酸钠与酵母细胞混合液时速度越快越好
D.用于工业生产时，细胞固定化及发酵过程都应在无菌条件下进行
9.下图为酵母细胞固定化及其应用的相关图解，请据图回答下列问题：
(1)某实验小组利用海藻酸钠制备固定化酵母细胞，应使用图甲中方法____(填号码及名称)。而制备固定化酶则不宜用此方法，原因是____。部分同学实验制得的凝胶珠如图乙，其原因可能有____（答两点）等。
(2)某实验小组用图丙所示的装置来进行葡萄糖发酵，a是____，b是____。从上端漏斗中加入反应液的浓度不能过高的原因是____。为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复利用，实验过程一定要在____条件下进行。装置中的长导管起的作用是____。
10.关于酶，加酶洗衣粉和普通洗衣粉的描述正确的是( )
A.加酶洗衣粉中的表面活性剂含量比普通洗衣粉中的表面活性剂含量少
B.加酶洗衣粉中的酶变性失活后，其洗涤效果也比普通洗衣粉好
C.加酶洗衣粉中的酶都是从植物、霉菌、酵母菌、细菌等生物体内提取出来的
D.加酶洗衣粉因为额外添加了酶制剂，比普通洗衣粉更易污染环境
11.下列关于各种酶作用的叙述，不正确的是( )
A. 纤维素酶是一种复合酶，能特异性水解纤维素形成葡萄糖
B. 加酶洗衣粉中酶不是直接来自生物体的，是经过酶工程改造的产品，酶稳定性强
C. 脲酶是一类能将尿素分解成铵盐的酶的统称
D. 酶的活性可以用单位时间、单位体积反应物的减少或者底物的增加量表示
12.果汁生产中果胶酶能提高水果出汁率和果汁澄清度。某研究人员在适宜的温度和pH条件下，利用苹果泥和一定浓度的果胶酶溶液探究果胶酶的最适用量，实验结果如图所示。下列关于实验失误最可能的原因及改进方法的叙述都合理的是( )
A.酶促反应时间不合理；延长反应时间
B.苹果泥的用量不合理；减少苹果泥用量
C.果胶酶用量不合理；减少果胶酶溶液用量
D.果胶酶溶液体积梯度不合理；增大体积梯度
13.为了探究一种新型碱性纤维素酶的去污效能，研究性学习小组进行了相关实验，结果如下图。由图中实验结果能直接得出的结论是( )
A.碱性纤维素酶对污布类型2的去污力最强
B.不同类型洗衣粉影响碱性纤维素酶的去污力
C.碱性纤维素酶对污布类型2、3的去污力不同
D.加大酶用量可以显著提高洗衣粉的去污力
14.为了使牛仔裤呈现“穿旧”效果，在工业洗衣机中用酶洗代替传统的浮石擦洗，是目前重要的生产手段（工艺流程见下图）。下列叙述中错误的是( )
A.纤维素酶在仿旧中的作用机理与其在洗衣粉中去污的机理相似
B.在上述工艺中，为重复使用纤维素酶，可选用化学结合法固定化酶
C.在上述工艺中，通过调节温度、酸碱度、处理时间可控制仿旧颜色的深浅
D.纤维素酶催化葡萄糖残基间磷酸二酯键的水解分解纤维素
15.某工厂新制了苹果泥50L，准备生产果汁，但不知酶的最适用量，为了减少成本，进行了如下的探究实验。取8支试管编号1～8，分别加入30mL苹果泥，保温一段时间，然后向各试管加入不同体积的果胶酶溶液，反应一段时间，过滤并记录果汁体积，得到下表。下列分析错误的是( )
编号 1 2 3 4 5 6 7 8
果胶酶溶液体积（mL） 1 2 3 4 5 6 7 8
果汁体积（mL） 20.6 21.2 21.8 22.4 23 23.4 23.4 23.4
注解：果汁体积均不包含酶溶液体积
A.8只试管均需要调节至相同且适宜的温度、pH，且反应时间充足
B.本实验测量指标还可以是苹果泥反应完全时所需要的时间
C.在果汁生产中一般还应加入纤维素酶来充分瓦解细胞壁
D.为得到更准确的最适用量，可以设置5～6mL范围内不同果胶酶用量梯度实验来探究
16.下图表示某研究小组探究果胶酶的用量的实验结果。下列有关说法不正确的是( )
A.在ab段限制反应速率的主要因素是酶的用量
B.在ac段增加反应物浓度，不一定加快反应速率
C.在bc段限制反应速率的因素是温度、pH、反应物浓度等
D.在该实验给定条件下，果胶酶的最佳用量是b
17.某工厂为了生产耐高温植酸酶饲料添加剂，开展了菌株的筛选、酶的固定化及其特性分析研究，其流程如下图所示。
→→→→→
请回答下列问题：
（1）土壤悬液需先经80 ℃处理15分钟，其目的是筛选出_____。
（2）在无菌条件下，将经过处理的土壤悬液进行稀释，然后涂布于含有植酸钠的固体培养基上。培养后观察到单菌落，其周围出现透明水解圈，圈的直径大小与_____强弱相关。
（3）固定化酶是将水溶性的酶用物理或_____的方法固定在某种介质上，使之成为_____而又有酶活性的制剂。在合适条件下，将提纯的植酸酶与海藻酸钠混合后，滴加到一定浓度的钙离子溶液中，使液滴形成凝胶固体小球。该过程是对酶进行_____。
A.吸附 B.包埋 C.装柱 D.洗涤
（4）温度与植酸酶相对酶活性的关系如图所示。下列叙述错误的是_____。
A.测试温度中，固定化与未固定化植酸酶的最适温度分别为60 ℃和45 ℃
B.测试温度范围内，固定化植酸酶的相对酶活性波动低于未固定化植酸酶
C.固定化与未固定化植酸酶相比，相对酶活性在80%以上时的温度范围较宽
D.65 ℃时固定化与未固定化植酸酶的相对酶活性因蛋白质变性而位于最低点
答案以及解析
1.答案：C
解析：A、洗衣粉中的酶没有用包埋法、化学结合法和物理吸附法这些步骤处理，是完全游离状态的，不是固定化酶，A错误；
B、因用途不同，且酶需适宜的条件，故加酶洗衣粉的洗涤效果不一定总比普通洗衣粉好，B错误；
C、奶渍和血渍的主要成分是蛋白质，加酶洗衣粉中的蛋白酶可以水解蛋白质，因此加酶洗衣粉能够很好地除去衣物上的奶渍和血渍，C正确；
D、普通洗衣粉中含有磷相对较多，含磷的污水排放到水体中，可导致水体的富营养化而污染水体，而加酶洗衣粉中含有酶制剂，可以降低表面活性剂和三聚磷酸钠(水软化剂)的用量，减少环境污染，D错误。
故选C。
2.答案：B
解析：加酶洗衣粉可以提高化学反应速率，但不会提高生成物的量，A错误；洗衣粉中的酶参与化学反应时，其自身构象会发生改变，B正确；该实验的自变量是洗衣粉的类型和浸泡温度，因变量是除去血渍所用时间。C错误；表格中除去血渍所用时间X应可能长于7分钟，因为100℃时，酶可能失去活性，D错误。
3.答案：C
解析：C、酶具有专一性，一种酶只能催化一种或一类化学反应；"衣领净"能有效去除领口、袖口处的顽渍，是因为"衣领净"中含有脂肪酶和蛋白酶，可以快速分解污渍中的脂质和蛋白质，从而有效地去除这些顽渍，C错误
4.答案：D
解析：酶能降低化学反应的活化能，但不能为酶促反应提供能量，A错误；据题干信息“α—淀粉酶可在淀粉内部随机水解淀粉”，判断其水解淀粉的产物有葡萄糖，但不能确定一定都是葡萄糖，还可能存在麦芽糖等，B错误；据图分析，1.4mg/mL的淀粉质量浓度下α—淀粉酶的催化速率低于1.0mg/mL的淀粉质量浓度下该酶的催化速率，C错误；分析图形，淀粉质量浓度为1.0mg/mL时还原糖的最终含量大于淀粉质量浓度为0.6mg/mL时，淀粉质量浓度为0.6mg/mL时，10min后还原糖的含量变化不大，原因可能是底物已经被完全水解，D正确。
5.答案：D
解析：A、由于果胶酶可将橙皮中的果胶分解，提高出汁率，因此不需要去掉橙皮，A错误；
B、该实验的自变量为果胶酶用量，无关变量有温度、pH等，B错误；
C、实验过程中玻璃棒搅拌的目的是为了使果胶酶能够充分地催化反应，C错误；
D、由图可知，果胶酶的用量为35mL时，是形成橙汁相对量最多的最少酶量，因此实验结果表明一定量的橙子泥需要果胶酶的最适用量为35mL，D正确。
故选D。
6.答案：C
解析：A、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、果胶醋酶和果胶分解酶等，A正确；
B、酶具有高效性，为了使果胶酶得到充分利用，需要控制好酶的用量，B正确；
C、探究温度对果胶酶活性影响时，果胶酶用量并非越多越好，而应注意控制用量，C错误;
D、果胶酶将不溶于水的果胶分解为溶于水的半乳糖醛酸，使浑浊的果汁变得澄清，因此可通过测定果汁体积或比较澄清度判断果胶酶活性高低，D正确。
故选C。
7.答案：A
解析：本题考查固定化酶和固定化细胞技术及其应用。固定化酶和固定化细胞在应用上的主要区别是，后者固定的是活细胞，需要一定的营养才能使细胞维持生命，A正确；用海藻酸钠固定酵母细胞的方法属于包埋法，B错误；固定化细胞中的酶是在细胞内发挥作用的，但因为大分子不能进入细胞，故其催化反应的底物不可以是大分子，C错误；加酶洗衣粉的生产没有运用酶的固定化技术，D错误。
8.答案：C
解析：A、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，A正确；
B、酵母细胞的固定采用方法一般是包埋法，是将酶或细胞包埋在能固化的载体中，形成的凝胶珠形状应规则、大小应适宜，B正确；
C、向CaCl2溶液中滴加海藻酸钠与酵母细胞混合液时要高度适宜，并匀速滴入，防止出现拖尾现象，C错误；
D、工业生产中，酵母细胞的固定化需在严格无菌条件下进行，以防杂菌的影响，D正确。故选C。
9.答案：（1）③包埋法;酶分子很小，容易从包埋材料中漏出 海藻酸钠浓度过高、注射器中的溶液推进速度过快(或针筒离CaCl2液面距离过近，高度不够)
（2）固定化酵母;反应柱;萄糖溶液的浓度过高会使酵母细胞因失水过多而死亡;无菌;释放CO2并防止空气中的杂菌进入反应柱
解析：（1）分析图甲可知，①是连接法，②是吸附法，③是包埋法，利用海藻酸钠制备固定化酵母细胞，应使用包埋法，制备固定化酶则不宜用此方法，原因是酶分子很小，容易从包埋材料中漏出，图乙的凝胶珠制备不成功，其原因可能有海藻酸钠浓度过高、注射器中的溶液推进速度过快等。
（2）图丙中从上端漏斗中加入反应液的浓度不能过高的原因是葡萄糖溶液的浓度过高会使酵母细胞因失水过多而死亡，为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复利用，实验过程一定要在无菌条件下进行，装置中的长导管起的作用是释放CO2，防止空气中的杂菌进入反应柱。
10.答案：A
解析：A、加酶洗衣粉通过酶制剂可以高效地水解污迹，并不需要太多的表面活性剂，且表面活性剂会影响酶活性，故加酶洗衣粉中的表面活性剂含量比普通洗衣粉中的表面活性剂含量少，A正确；
B、加酶洗衣粉的酶失活后，就失去了酶的作用，其洗涤效果和普通洗衣粉相同，B错误；
C、加酶洗衣粉的酶不一定从生物体内提取，也可以通过化学合成的方法获取，C错误；
D、加酶洗衣粉取代了普通洗衣粉，减少了磷对环境的污染，酶制剂对环境基本没有污染，D错误。
故选A。
11.答案：C
解析：A、纤维素酶包括C1酶、Cx酶和葡萄糖苷酶，能将纤维素最终水解成葡萄糖，A正确； B、科学家通过基因工程生产能够耐酸、耐碱、忍受表面活性剂和较高温度的酶，并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，因此稳定性更强，B正确； C、尿素被脲酶分解成氨和二氧化碳，而不是铵盐，C错误； D、酶的活性指酶催化一定化学反应的能力，酶催化底物反应生成产物，因此可以用单位时间、单位体积反应物的减少或者底物的增加量来表示，D正确。
故选：C。
12.答案：C
解析：随着果胶酶溶液体积的增大,实验组果汁体积不发生改变,若是酶促反应时间不合理,则应缩短反应时间,A错误;从题图中无法看出苹果泥的用量对实验结果的影响,B错误;提高果胶酶溶液体积,果汁体积并没有增加,说明果胶酶用量不合理,应该减少用量,C正确;从题图中无法看出
果胶酶溶液体积梯度对实验结果的影响,D错误。
13.答案：C
解析：A、若不考虑是否加酶，图中自变量有三种，即洗衣粉的种类、污布的种类及酶用量，虽然污布类型2中加酶的去污力最高，但不能说明碱性纤维素酶对污布类型2的去污力最强，A错误；B、若不考虑是否加酶，图中自变量有三种，即洗衣粉的种类、污布的种类及酶用量，因此不能说明不同类型洗衣粉影响碱性纤维素酶的去污力，B错误；C、若不考虑是否加酶，第2组和第3组相比，单一变量是污布的类型，结果第2组去污力明显高于第1组，由此说明碱性纤维素酶对污布类型2、3的去污力不同，C正确；D、若不考虑是否加酶，图中自变量有三种，即洗衣粉的种类、污布的种类及酶用量，因此不能说明加大酶用量可以显著提高洗衣粉的去污力，D错误。故选：C
14.答案：B
解析：纤维素酶在仿旧中的作用机理为利用纤维素酶与布中深蓝色和白色纱线中的纤维素结合，促使其适当水解，染料也借助于水洗设备的摩擦和水洗作用而随之脱落；在洗衣粉中加纤维素酶去污的原理是纤维素酶能够与衣物中的纤维素结合，使部分纤维素水解，油渍随之在水洗中脱落，A正确；酶分子比较小，容易从包埋材料中漏出，因此不用包埋剂固定化酶，一般采用化学结合和物理吸附法固定化，B正确；通过调节温度和酸碱度来调节纤维素酶的活性，可影响纤维素的水解程度，进而影响染料脱落的程度，从而控制仿旧颜色的深浅；而调节处理时间可改变反应时间，影响纤维素的水解程度，从而控制仿旧颜色的深浅，C正确；纤维素酶为复合酶，C1酶和CX酶可催化纤维素分解为纤维二糖，葡萄糖苷酶将纤维二糖分解成葡萄糖，三种酶作用的均是β-1，4糖苷键，D错误。
15.答案：A
解析：A、8只试管如果反应时间充足，则各组过滤的果汁体积应相同，与表格中测定的结果不符合，A错误；
B、本实验中苹果泥反应完全时各试管过滤的果汁的体积相同，可以利用苹果泥反应时间的不同作为本实验的测量指标，B正确；
C、植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，所以在果汁生产中还应加入纤维素酶来瓦解细胞壁，C正确；
D、设置5～6mL范围内不同果胶酶用量梯度实验来进行探究，是为了得到更准确的最适用量，D正确。故选：A。
16.答案：D
解析：A、在ab段限制反应速率的主要因素是酶的用量，A正确；B、在ab段，增加反应物浓度，反应速率不变；在bc段，增加反应物浓度，反应速率加快，B正确；C、在bc段限制反应速率的因素是温度、pH、反应物浓度等，C正确；D、在该实验给定条件下，果胶酶的最佳用量是b点对应的值，D错误。故选：D。
17.答案：（1）耐高温菌株
（2）植酸酶的活性
（3）化学；不溶于水；B
（4）D
解析：（1）土壤悬液首先经80℃处理15分钟的目的是使大多数的不耐高温的微生物死亡而筛选出耐高温菌株。
（2）土壤悬液在无菌条件下进行梯度稀释，使用稀释涂布平板法接种涂布于含有植酸钠的固体培养基上，经培养后可以观察到单菌落的出现，且出现透明圈，透明圈的直径大小与植酸酶的活性强弱相关。
（3）固定化酶是将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上，使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂。
固定化酶和固定化细胞的方法主要有包埋法、物理吸附法和化学结合法。题干所述方法是将提纯的植酸酶与海藻酸钠混合后，滴加到一定浓度的钙离子溶液中，使液滴形成凝胶固体小球，该过程属于包埋。故选B。
（4）A、据图中两条曲线的最高点可推知，固定化与未固定化植酸酶的最适温度分别为60℃和45℃，A正确；
B、图中，在测试温度范围内，固定化植酸酶的相对酶活性波动较小，低于未固定化植酸酶的波动，B正确；
C、图中在测试温度范围内固定化植酸酶的相对酶活性几乎都在80%以上，所以固定化与未固定化植酸酶相比，相对酶活性在80%以上时的温度范围较宽，C正确；
D、根据题意，植酸酶属于耐高温酶65℃时酶没有失活，65℃时固定化与未固定化植酸酶的相对酶活性不是因蛋白质变性而位于最低点，D错误。
故选D。
2(共38张PPT)
2024届高考生物一轮复习课件
（4）酶的研究与应用
核心考点
果胶酶在果汁生产中的作用
探究加酶洗衣粉的洗涤效果
酵母细胞的固定化
典例1
某工厂新制了50L苹果泥，准备生产果汁，但不知酶的最适用量。为了减少成本，进行了如下的探究实验：取8支试管编号1~8，分别加入30mL苹果泥，保温一段时间，然后向各试管中加入不同体积的果胶酶溶液，反应一段时间，过滤并记录果汁体积，实验数据如表所示。下列分析错误的是( )
注：果汁体积均不包含酶溶液体积。
A.在果汁生产中一般还应加入纤维素酶来充分瓦解细胞壁
B.本实验的测量指标还可以是苹果泥反应完全时所需要的时间
C.8支试管均需要调节至相同且适宜的温度、pH，且反应时间充足
D.为得到更准确的最适用量，还应在5~6mL范围内缩小酶用量梯度继续实验
编号 1 2 3 4 5 6 7 8
果胶酶溶液体积/mL 1 2 3 4 5 6 7 8
果汁体积/mL 20.6 21.2 21.8 22.4 23.0 23.4 23.4 23.4
典例1
答案：C
解析：植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，所以在果汁生产中还应加入纤维素酶来瓦解细胞壁，A正确；本实验中苹果泥反应完全时各试管过滤得到的果汁的体积相同，因此还可以用苹果泥反应完全时所用的时间作为本实验的测量指标，B正确；8支试管如果反应时间充足，则各组过滤得到的果汁体积应相同，与表格中测定的结果不符合，C错误；分析表格数据可知，在5~6mL范围内设置不同果胶酶用量的梯度实验来进行探究，可得到更准确的最适用量，D正确。
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果胶酶在果汁生产中的作用
一、果胶和果胶酶
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：影响出汁率，还会使果汁浑浊。
2.果胶酶
（1）组成：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。
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（2）作用：分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层，使榨取果汁变得更加容易；把不溶于水的果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸，可使浑浊的果汁变得澄清。
（3）来源：植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶。
二、酶的活性及影响酶活性的因素
1.酶的活性
（1）含义：指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：用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示。
2.影响酶活性的因素：温度、pH和酶的抑制剂等。
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三、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。
四、探究温度和pH对酶活性的影响
1.探究思路：
（1）探究最适pH：在一恒定温度下，通过设置pH梯度来确定。
（2）探究最适温度：在一恒定的pH下，通过设置温度梯度来确定。
2.判断果胶酶活性高低的方法：
①通过测定单位时间内产生的苹果汁的体积来判断。获得的苹果汁越多，说明果胶酶的活性越高。
②通过比较果汁的澄清度来判断果胶酶的活性。果汁越澄清，表明果胶酶的活性越高。
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3.实验操作流程
（1）探究温度对果胶酶活性的影响
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（2）探究pH对果胶酶活性的影响
4.注意事项
①果胶酶的最适温度为45～50 ℃。设置温度梯度时，要以这个范围为中心，图示实验流程中的温度梯度是5℃。
②将苹果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理，可以保证底物和酶在混合时的温度是相同的，避免苹果泥和果胶酶混合时影响混合物的温度，从而影响果胶酶的活性。
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（2）探究pH对果胶酶活性的影响
4.注意事项
①果胶酶的最适温度为45～50 ℃。设置温度梯度时，要以这个范围为中心，图示实验流程中的温度梯度是5℃。
②将苹果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理，可以保证底物和酶在混合时的温度是相同的，避免苹果泥和果胶酶混合时影响混合物的温度，从而影响果胶酶的活性。
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五、探究果胶酶的用量
1.探究思路：
（1）如果随着酶的用量增加，过滤到的果汁的体积也增加，说明酶的用量不足。
（2）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，说明酶的用量已经足够。
2.影响因素：
该实验的自变量是酶的用量，除此之外，影响果汁产量的因素还有pH、温度、酶催化反应的时间、苹果泥的用量等。
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3.实验流程
4.判断的方法
（1）酶的用量增加，过滤后果汁的体积增加，说明酶的用量不足。
（2）酶的用量增加到某个值后，继续增加酶的用量，过滤得到的果汁的体积不再改变，说明酶的用量已经足够。
例题练习
工业生产果汁时，常常利用果胶酶破除果肉细胞壁以提高果肉出汁率。为研究温度对果胶酶活性的影响，某学生设计了如下实验，下列关于相关实验步骤的说法，错误的是( )
A.图A表示将果胶酶与苹果泥分装于不同试管，放在水浴锅中恒温处理
B.图B将相同温度处理后的果胶酶和苹果泥混合，继续保温处理
C.该实验的因变量为图C量筒中果汁的量或澄清度
D.该实验的自变量是图A中的水浴温度，因此实验中图B中的水浴温度要保持恒定
例题练习
答案：D
解析：图A表示将果胶酶与苹果泥分装于不同试管，避免苹果泥和果胶酶混合时影响混合物温度，从而影响果胶酶活性，A正确；图B将相同温度处理后的果胶酶和苹果泥混合，继续保温处理，保持反应温度恒定，B正确;该实验的因变量为图C量筒中果汁的量或澄清度，C正确;该实验的自变量是温度，应设计多组实验，并保证图A和图B中水浴温度一致，D错误。
典例2
下表是某同学所做观察不同品牌加酶洗衣粉的洗涤效果实验的相关信息，有关叙述错误的是( )
A.若观察加酶洗衣粉的洗涤效果，需确保a、b、c洗衣粉是含不同成分的洗衣粉
B.三组实验中浸泡衣料的水量、水质以及衣料的材质、面积大小等要尽量相同
C.可将洗衣粉溶液的浑浊度或衣料的清洁度作为本实验的检测指标
D.衣料在洗衣粉溶液中浸泡时可以适当搅动，但搅动的力度、方式应有一定的梯度
A组 B组 C组
洗衣粉 a品牌 √
b品牌 √
c品牌 √
水浴温度/℃ 40 40 40
多天前沾有鸡血的衣料 √ √ √
浸泡时间/min 30 30 30
典例2
答案：D
解析：本实验的目的是探究不同品牌加酶洗衣粉的洗涤效果，那么a、b、c三种品牌的洗衣粉应是三种含不同成分的洗衣粉，A正确；浸泡衣料的水量、水质以及衣料的材质、面积大小等属于本实验的无关变量， 实验过程中应尽量相同，B正确；本实验的自变量是不同洗衣粉，那么因变量是洗衣粉洗涤的效果，也就是衣料的清洁度或洗衣粉溶液的浑浊度，C正确；衣料在洗衣粉溶液中浸泡时可以适当搅动，增大衣料与洗衣粉溶液的接触面积，但是搅动的力度、方式等这些无关变量应该保持相同，D错误。
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探究加酶洗衣粉的洗涤效果
一、加酶洗衣粉
1.含义：指含有酶制剂的洗衣粉。
2.酶制剂
（1）种类：常用的有蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶。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。
（2）作用原理：将大分子物质水解为可溶性的小分子物质。如蛋白酶可将大分子蛋白质水解为可溶性的氨基酸或小分子的肽。
（3）影响因素：温度、酸碱度和表面活性剂等。
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3.根据加入洗衣粉中酶制剂的不同，将其分为两种类型：单一型加酶洗衣粉和复合型加酶洗衣粉。前者是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。后者是加入了多种酶制剂的洗衣粉
4.加酶洗衣粉的优点：降低了表面活性剂和三聚磷酸钠的用量，使洗涤剂朝低磷、无磷的方向发展，减少对环境的污染。
二、探究加酶洗衣粉洗涤效果的实验设计
1.实验设计流程
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2.实验设计中的变量控制和对照实验
（1）变量控制：
影响加酶洗衣粉洗涤效果的因素有水温、水量、水质、洗衣粉的用量、衣物的材质和大小及浸泡时间和洗涤时间等，在这些因素中，如果水温是我们研究的对象，那么应设水温为实验的自变量，其他因素（无关变量）都应保持相同、适宜且不变。
（2）对照实验：
探究的问题 变量 对照组 实验组
普通洗衣粉与加酶洗衣粉洗涤效果的区别 洗衣粉类型 普通洗衣粉＋污物 加酶洗衣粉＋污物
加酶洗衣粉的最适温度 温度 温度梯度下的洗涤效果互为对照 不同类型加酶洗衣粉的洗涤效果 加酶洗衣粉种类 不同加酶洗衣粉的洗涤效果互为对照 考点链接
3.探究加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果
（1）实验步骤：
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（2）注意事项：
①设置温度梯度时，不仅要从理论层面去思考问题，还要充分考虑日常生活中的具体情况。
②若在各温度梯度中测出效果最好的温度为40 ℃，但并不能确定40 ℃为最适温度，需缩小梯度差进一步探究。预实验的目的是缩小二次实验的温度限定范围，减小温度差。
4.探究不同种类加酶洗衣粉的洗涤效果
（1）实验步骤：
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（2）注意事项：
该实验探究的是多种加酶洗衣粉对同一污渍的洗涤效果，依此方法也可以探究同一种加酶洗衣粉对于不同污渍的洗涤效果。
步骤 烧杯编号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
注入自来水 500 mL 500 mL 500 mL
加入物质（等量） 奶渍布 奶渍布 奶渍布
控制水温 37 ℃ 37 ℃ 37 ℃
加入洗衣粉（等量） 蛋白酶洗衣粉 复合酶洗衣粉 脂肪酶洗衣粉
用玻璃棒搅拌 5 min 5 min 5 min
观察实验现象
例题练习
为了使牛仔裤呈现“穿旧”效果，在工业洗衣机中用酶洗代替传统的浮石擦洗，是目前重要的生产手段（工艺流程见下图）。下列叙述错误的是( )
A.纤维素酶是一种复合酶，可将纤维素分解为葡萄糖
B.纤维素酶在仿旧中的作用机理与其在洗衣粉中去污的机理相似
C.在上述工艺中，为重复使用纤维素酶，通常选用适当的包埋剂固定化酶
D.在上述工艺中，通过调节温度、酸碱度、处理时间可控制仿旧颜色的深浅
例题练习
答案：C
解析：纤维素酶是一种复合酶，至少包括三种组分，可将纤维素分解为葡萄糖，A正确；纤维素酶在仿旧中的作用机理是适当水解布料中的纤维素成分，和加酶洗衣粉中的纤维素酶作用类似，都是使织物变得蓬松，有利于染色剂染色和污物脱落，B正确；固定化酶可使酶重复使用，但纤维素酶的固定不宜用包埋法，C错误；纤维素酶的活性受温度、酸碱度等的影响，控制处理时间可控制布料中纤维素成分的水解程度，故通过调节温度、酸碱度、处理时间可控制仿旧颜色的深浅，D正确。
下图所示的固定化方式中，有关叙述不正确的是( )
A.固定化细胞的操作比固定化酶的操作简单
B.固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反应
C.细胞大多采用方式②固定，是因为细胞的体积较大
D.方式①③适合酶的固定，固定化酶常用于大分子物质的催化
典例3
典例3
答案：B
解析：细胞的体积比酶大，相对于固定化酶的操作，固定化细胞的操作相对简单，A正确；由于细胞能分泌多种酶，因此固定化细胞的优势在于能催化一系列的酶促反应，B错误；②是包埋法，细胞大多采用方式②固定，是因为细胞的体积较大，不容易从包埋材料中漏出来，C正确；①是化学结合法，③是物理吸附法，酶分子较小，容易从包埋材料中漏出，因此常用方式①③固定，大分子物质难以通过细胞膜，所以通常不用固定化细胞催化，而是用固定化酶来催化反应，D正确。
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酵母细胞的固定化
一、固定化酶的应用实例
1.高果糖浆的生产
（1）反应原理：需要使用葡萄糖异构酶，它能将葡萄糖转化成果糖。这种酶的稳定性好，可以持续发挥作用。但是，酶溶解于葡萄糖溶液后，就无法从糖浆中回收，造成很大的浪费。
（2）生产过程
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2.固定化酶技术
（1）概念：固定化酶是利用物理或化学方法将酶固定在一定空间内的技术。
（2）固定方法：多采用化学结合法或物理吸附法。
①化学结合法是指将酶分子相互结合，或将其结合到纤维素、琼脂糖、离子交换树脂等载体上的固定方式。
②物理吸附法是指将酶吸附在固体吸附剂表面的方法，吸附剂多为活性炭、多孔玻璃等。
（3）优点：与一般酶制剂相比，固定化酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时还可以被反复利用。
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3.固定化细胞技术
（1）概念：固定化细胞是利用物理或化学方法将细胞固定在一定空间内的技术。
（2）固定方法：多采用包埋法。
包埋法固定化细胞是指将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中。常用的载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。
（3）优点：与固定化酶技术相比，固定化细胞技术制备的成本更低，操作更容易。
二、固定化酵母细胞的实验操作
1.实验流程
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（1）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。
（2）配制海藻酸钠溶液时，要使用小火或者间断加热，反复几次，直到海藻酸钠溶化为止。
（3）溶化好的海藻酸钠溶液要先冷却至室温，再加入已活化的酵母细胞。
（4）在CaCl2溶液中形成的凝胶珠需在CaCl2溶液中浸泡30min左右。
2.注意事项
（1）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。
（2）CaCl2要称量准确，不能用自来水配制溶液；CaCl2溶液的作用是使海藻酸钠胶体发生聚沉，形成凝胶珠，因此需将凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30 min左右，以便形成稳定的结构。
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（3）海藻酸钠溶液的浓度关系到固定化细胞的质量。如果海藻酸钠浓度过高，将很难形成凝胶珠；如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少，影响实验效果。
（4）溶解海藻酸钠时，要用小火或间断加热，并不断搅拌，防止海藻酸钠发生焦糊。
（5）溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温，否则会因温度过高而导致酵母菌死亡。
（6）用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠，作为对照。
（7）在工业生产中，需反复使用固定化细胞，因此必须保证在固定化细胞的制备、应用及提取再利用过程中，严格按照无菌操作要求，避免其他微生物污染。
例题练习
下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，错误的是( )
A.固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显
B.应用固定化细胞时，要控制好pH、温度和溶解氧
C.利用固定化酶降解水体中有机磷农药，需提供适宜的营养条件
D.利用固定化酶生产高果糖浆，葡萄糖的作用是作为反应底物
答案：C
解析：利用固定化细胞技术固定的是一系列酶，所以在多步连续催化反应方面优势明显，A正确；应用固定化细胞时，要控制好pH、温度和溶解氧，B正确；固定化酶降解水体中的有机磷农药是一个酶促反应过程，没有生物参与，所以不需要提供营养条件，C错误；利用固定化酶生产高果糖浆，葡萄糖的作用是作为反应底物，D正确。
要点突破
一、酶活性的影响因素
（1）温度：低于最适温度时，随着温度的升高，酶的活性逐渐增强；高于最适温度后，随着温度升高，酶的活性迅速下降，直至完全丧失活性。果胶酶的最适温度为45～50 ℃。如图1所示：
（2）pH：在低于最适pH时，随着pH的升高，酶的活性逐渐增强；高于最适pH时，随着pH的升高，酶的活性逐渐下降，直至完全丧失活性。果胶酶的最适pH范围为3.0～6.0。如图2所示：
（3）酶的激活剂和抑制剂：能提高酶活性的物质叫激活剂，多为离子或简单有机化合物；加入酶的激活剂可以提高酶的活性，如NaCl可以提高果胶酶的活性。某些物质虽然不能引起酶变性，但能使酶分子中某些必需基团发生变化，引起酶活性下降，甚至失活，能引起这种抑制作用的物质称为酶的抑制剂。如Fe3＋、Ca2＋、Zn2＋等金属离子对果胶酶有抑制作用。
要点突破
二、固定化酶或固定化细胞的方法
名称 原理 图示
包埋法 将酶或微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中，分为凝胶包埋法和微囊化法
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，分为交联法、共价结合法、离子结合法
物理吸附法 通过物理吸附作用，把酶或细胞固定在醋酸纤维素、琼脂糖、多孔玻璃或聚丙烯酰胺等载体上
要点突破
三、直接使用酶、固定化酶和固定化细胞的比较
比较项目 直接使用酶 固定化酶 固定化细胞
酶的种类 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
催化反应 单一或多种 单一 一系列
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
优点 催化效率高，低耗能、低污染等 ①既能与反应物接触，又能与产物分离，提高了产品质量；②可重复使用，降低了成本 成本更低，操作更容易
缺点 ①对环境条件非常敏感，易失活；②酶难回收，成本高，影响产品质量 不利于催化一系列的酶促反应 反应物不易与酶接触，尤其是大分子物质，可能导致反应效率下降
实例 果胶酶 固定化葡萄糖异构酶 固定化酵母细胞
易错辨析
固定化酶和固定化细胞的两个区别
1.固定方法的区别
①在实际应用中，酶更适用化学结合法和物理吸附法固定，原因是酶分子小，容易被多孔性物质吸附，更适合与化学物质结合，但容易从包埋材料中漏出。
②细胞体积大难以吸附或结合，因而多采用包埋法固定。
2.催化作用的区别
固定化细胞操作更容易，对酶活性的影响更小，可以催化一系列反应，但是，由于大分子物质难以自由通过细胞膜，因此固定化细胞的应用也受到限制。所以，催化的反应物为大分子物质时，最好选用固定化酶技术。
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