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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
一、果胶与果胶酶
必备知识·自主学习
二、酶的活性与影响酶活性的因素
三、探究温度和pH对酶活性的影响
1.实验原理:
(1)果胶酶的活性与温度和pH的关系:果胶酶活性受温度和pH影响,处于_______
___和_______时,果胶酶活性最高。
(2)果胶酶活性的表示方法:果胶酶的活性影响果肉的_______和果汁的_______。
果胶酶活性最强时榨取的果汁_____________最大。
最适温
度
最适pH
出汁率
澄清度
体积和澄清度
2.实验设计:
(1)变量的控制。
①探究温度对酶活性的影响。
a.在一恒定的___下,通过设置_________来确定。
b.酶和底物分别_____达到预设温度后,再混合。
②探究pH对酶活性的影响。
a.在一恒定的_____下,通过设置_______来确定。
b.先将酶的___调节至预设pH后,再与底物混合。
pH
温度梯度
保温
温度
pH梯度
pH
(2)反应相同时间后,将反应液_____,收集滤液。
(3)结果检测:用量筒测量并比较产生的苹果汁的_____或比较苹果汁的_______。
3.果胶酶的最适温度和最适pH的判断:
(1)根据果汁体积判断:获得的苹果汁体积_____时对应的温度和pH。
(2)根据果汁的澄清度判断:获得的苹果汁澄清度_____时对应的温度和pH。
过滤
体积
澄清度
最大
最大
四、探究果胶酶的用量
1.探究目的:生产果汁时,为了使果胶酶得到充分的_____,节约成本。
2.实验设计:
(1)实验思路:通过设计果胶酶用量的梯度,来确定酶的最适用量。
(2)变量控制。
①自变量:酶的_____。
②无关变量:_____、___、酶催化反应的时间、苹果泥的用量等。
(3)结果检测:与探究温度和pH对酶活性的影响实验方法相同。
利用
用量
温度
pH
3.判断方法:
(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_____________。
(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_________________。
酶的用量不足
酶的用量已经足够
【易错辨析】
1.果胶酶的活性可用果汁的体积或果汁的澄清度表示。
(
)
2.酶的活性即酶促反应速率。
(
)
分析:酶的活性是酶本身具有的特性,而酶促反应速率由酶的活性、酶的浓度和
底物浓度、酶的抑制剂等多种因素共同决定。
3.制作果汁时可同时加入果胶酶和纤维素酶。
(
)
4.用果胶酶澄清果汁时,温度越低澄清速率越快。
(
)
分析:温度低于最适温度时,随着温度的降低,酶的活性降低。
√
×
√
×
5.在探究果胶酶用量实验中,虽然实验的变量发生了变化,但通过设置梯度来确
定最适值的思路方法是不变的。
(
)
6.果胶酶特指某一种酶,其基本组成单位为半乳糖醛酸。
(
)
分析:果胶酶是复合酶,包含多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶,它们
的化学本质为蛋白质,其基本组成单位为氨基酸。
7.果胶酶能够分解果胶,瓦解植物的细胞壁及胞间层,使榨取的果汁变得澄清和
更容易过滤。
(
)
√
×
√
8.果胶酶都提取于植物细胞。
(
)
分析:植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶。
9.酶对高温、强酸、强碱和有机溶剂等条件非常敏感,容易导致酶变性失活。
(
)
×
√
关键能力·合作学习
一、果胶与纤维素、果胶酶与纤维素酶
1.果胶与纤维素:
名 称
果 胶
纤维素
不同点
基本单位
半乳糖醛酸
葡萄糖
分解酶
果胶酶
纤维素酶
相同点
①都是高分子化合物
②均不溶于水
③均参与细胞壁的组成
2.果胶酶与纤维素酶:
名称
果胶酶
纤维素酶
组成
多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶等
C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶
作用
催化果胶分解为可溶性的半乳糖醛酸
纤维素
纤维二糖
葡萄糖
来源
植物、霉菌、酵母菌和细菌
纤维素分解菌
易错提醒:
果胶酶和纤维素酶理解时避免两个误区
(1)纤维素酶是一种复合酶,是催化几个连续反应的几种酶,在C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶的共同作用下将纤维素彻底水解成葡萄糖。
(2)果胶酶是分解果胶的一类酶的总称,不是复合酶。多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶等均能独立分解果胶。
【选修
对接
必修】对接必修1:酶的作用、本质和特性
(1)果胶酶、纤维素酶等是活细胞产生的具有催化作用的_______,绝大多数种
类的酶都是蛋白质,少数为____。
(2)酶的特性:果胶酶只分解果胶,说明有_____性。
(3)影响酶活性的条件:___、温度。
蛋白质
RNA
专一
pH
【典题通关】
下列有关果胶的叙述,错误的是
( )
A.果胶是植物细胞壁的主要成分之一
B.细菌可产生果胶酶,是因为细菌的细胞壁中也含有果胶
C.果胶酶能将果胶分解成半乳糖醛酸
D.果胶不仅会影响出汁率,还会使果汁浑浊
【解题关键】解答本题的关键:
(1)植物与细菌的细胞壁成分不同。
(2)果胶酶在榨取果汁中的作用。
【解析】选B。植物细胞壁的组成成分是纤维素和果胶;细菌细胞壁的成分是肽聚糖;果胶酶能分解果胶,使榨取果汁更容易,果胶被分解成可溶性的半乳糖醛酸,使浑浊的果汁变得澄清。
【误区警示】
(1)细菌细胞壁的成分是肽聚糖,真菌细胞壁的成分是几丁质。
(2)果胶不溶于水,会导致果汁浑浊。
【跟踪小练】
1.(2019·郑州高二检测)下列对果胶酶作用的叙述中,错误的是
( )
A.果胶酶是一种催化剂,可以改变反应速度
B.果胶酶能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.果胶酶能将半乳糖醛酸分解成多聚半乳糖醛酸
【解析】选D。果胶酶是一种催化剂,因此可以改变反应速度,A项正确;果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一,是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物,不溶于水,果胶酶能够分解果胶,使果胶分解成半乳糖醛酸,使浑浊的果汁变得澄清,B、C项正确,D项错误。
2.果胶酶能分解果胶等物质,澄清果蔬饮料,在食品加工业中有着广泛的应用。某兴趣小组的同学对三种不同品牌的果胶酶制剂(制剂中果胶酶浓度相同)进行了探究,其实验设计及实验结果如表所示。
分组
蒸馏水
/mL
缓冲液
/mL
果汁
/mL
果胶酶制剂/mL
果汁浑
浊程度
甲
乙
丙
1
2
2
5
2
0
0
+
2
2
2
5
0
2
0
+++
3
2
2
5
0
0
2
++
4
X
2
5
0
0
0
Y
注:“+”越多表示果汁越浑浊。
(1)表中X所代表的数值应为__________,Y的果汁浑浊程度应表示为__________(用若干个“+”表示)。?
(2)除了观察果汁浑浊程度外,还可以通过检测__________的变化量来判断不同品牌果胶酶制剂的效果。若使用该方法,相关物质变化量最大的是__________组。?
(3)微生物是生产果胶酶的优良生物资源。分离和筛选能产生果胶酶的微生物,使用的培养基应以______________________为唯一碳源;如需进一步纯化果胶酶,可根据果胶酶分子的____________________________(至少写出两点)等特性进行分离提纯。由于果胶酶的活性容易受到外界环境因素的干扰,所以应利用__________技术减少影响从而保护酶的活性。?
【解析】(1)由实验的等量原则,要保证每个试管的试剂量为11
mL,所以X为
4
mL。(2)除了观察果汁浑浊程度外,还可以通过检测反应物或产物的变化量来判断不同品牌果胶酶制剂的效果。(3)根据题意应该选能利用果胶的微生物,用果胶作为唯一碳源的培养基来筛选。可以利用果胶酶的形状、大小、带电荷性质等特性对果胶酶进行分离。固定化酶的稳定性好,可持续发挥作用。
答案:(1)4 ++++(或多于++++)
(2)反应物(或“果胶”“半乳糖醛酸”“生成物”“产物”) 1
(3)果胶 形状和大小(或“所带电荷性质和多少”“溶解度”“吸附性质和对其他分子的亲和力”) 固定化酶(或固定化细胞)
二、影响酶活性的因素
1.温度:温度变化对酶活性的影响(如图所示)。
(1)t表示该酶的最适温度,此时酶活性最强。
(2)在温度低于t时,随着温度的升高,酶的活性逐渐增强。
(3)在温度高于t时,随着温度的升高,酶活性逐渐降低,直到活性全部丧失。
(4)t1、t2时,酶活性相同,但酶受到的影响不同。温度由t1升高到t时,酶的活性会逐渐升高;温度由t升高到t2时,酶的活性会逐渐降低,即使温度由t2降低到t,酶的活性也不会恢复。
2.pH:pH变化对酶活性的影响(如图所示)。
(1)在最适pH时,酶的活性最高。
(2)低于最适pH时,随着pH的降低,酶的
活性逐渐减弱,过酸会使酶变性失活。
(3)高于最适pH时,随着pH的升高,酶活
性逐渐降低,直到活性全部丧失。
3.酶抑制剂:是一类可以结合酶并降低其活性的分子。
(1)竞争性抑制剂:与酶的活性中心相结合,与酶的结合是可逆的,如图所示。
(2)非竞争性抑制剂:与酶的活性位点以外的部位结合,使酶分子形状发生了变化,活性部位不再适于结合底物分子,如图所示。
4.酶的激活剂: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。
易错提醒:
酶促反应速率不一定代表酶活性
(1)酶促反应速率是指用酶作为催化剂分解底物的快慢程度,受底物浓度、酶浓度、温度和pH等众多因素的影响。
(2)酶活性指酶催化一定化学反应的能力,受影响酶结构的温度、pH和酶抑制剂等因素的影响。
(3)虽然底物浓度、酶的浓度会影响酶促反应速率,但不会影响酶的活性。
【典题通关】
下图是研究人员对黑曲霉A1果胶酶性质的研究结果,据图分析温度、pH和Ca2+浓度等与酶活性的关系。
(1)从上图可以看出,对酶活性影响最小的是________。?
(2)这三个图的共同点说明______________________。?
(3)若探究温度对黑曲霉A1果胶酶活性的影响,则在该实验中,实验组和对照组的pH及Ca2+浓度应分别调节到______和______。其原因是__________________。?
【解题关键】解答本题的关键:
(1)分析温度、pH和Ca2+浓度对果胶酶活性的影响。
(2)理解测定自变量(如温度)对酶活性的影响时,其他无关变量应保持在最适条件下。
【解析】(1)在不同浓度的Ca2+作用下,曲线比较平缓,说明Ca2+浓度对酶活性影响最小。
(2)三种曲线变动趋势均显示在最适条件下酶活性最高。
(3)若探究温度对酶活性的影响,应遵循单一变量原则,即将pH、Ca2+浓度等无关变量保持在最适条件下。
答案:(1)Ca2+浓度
(2)在最适条件下,酶的活性最高
(3)4 1 遵循单一变量原则,无关变量应相同且适宜
【跟踪小练】
1.探究温度对果胶酶活性的影响、pH对酶活性的影响、果胶酶的用量三个实验中,实验的自变量依次为
( )
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】选D。探究温度对果胶酶活性的影响的实验中实验的自变量为温度;探究pH对酶活性的影响的实验中实验的自变量为pH;探究果胶酶的用量的实验的自变量为果胶酶的用量,D项正确。
2.将高浓度的氢氧化钠溶液和果胶酶混合一段时间后,向混合液中加入果汁,果汁会
( )
A.变得澄清
B.仍然浑浊
C.无色透明
D.无法判断
【解析】选B。果胶酶的本质是蛋白质,强碱会使果胶酶变性,失去催化能力,故果汁会仍然浑浊。
3.工业生产果汁时,常常利用果胶酶破除果肉细胞壁以提高水果的出汁率,为研究温度对果胶酶活性的影响,某同学设计了如下实验:
Ⅰ:将果胶酶与苹果泥分装于不同的试管,在10
℃水浴中恒温处理10
min(如图甲所示)。
Ⅱ:将步骤Ⅰ处理后的果胶酶和苹果泥混合,再在10
℃水浴中恒温处理10
min
(如图乙所示)。
Ⅲ:将步骤Ⅱ处理后的混合物过滤,收集滤液,测量果汁量(如图丙所示)。
Ⅳ:在不同温度条件下重复以上实验步骤,并记录果汁量。根据上述实验,请分析回答下列问题:
(1)果胶酶能破除细胞壁,是因为果胶酶可以分解细胞壁中的果胶,产物是______________________________。?
(2)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?__________________________________________________________。?
【解析】(1)果胶酶催化植物细胞壁中的果胶分解为半乳糖醛酸。(2)该实验中衡量结果的指标有两项,一是观察在相同的时间内,滤出苹果汁体积的多少,体积多说明果胶酶活性高,将果胶分解得多,使果汁更好地流出;二是观察果汁的澄清度。
答案:
(1)半乳糖醛酸
(2)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果胶分解的能力
三、探究温度和pH对酶活性的影响
1.实验原理:果胶酶的活性受温度或pH的影响,处于最适温度或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呈正相关。
2.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:
3.实验结果记录:
温度
(pH)
30℃
(5.0)
35℃
(5.5)
40℃
(6.0)
45℃
(6.5)
50℃
(7.0)
55℃
(7.5)
60℃
(8.0)
65℃
(8.5)
70℃
(9.0)
果汁
量
4.实验结果分析:
(1)根据实验数据绘制出温度和pH对果胶酶活性(用酶反应速度表示)影响的曲线图(如下图a、b),最终得到果胶酶的最适温度和pH。
(2)若选择的pH(或温度)范围偏离最适pH(或温度)过大,出现如图曲线中的现象,则应根据曲线进一步选择合适的pH(或温度)范围进行实验,以确定该酶的最适pH(或温度)。
【典题通关】
某同学在“探究温度对酶活性的影响”时,选择10
℃、20
℃、30
℃、
40
℃、50
℃、60
℃和70
℃的温度梯度,发现40
℃时,果汁产量最大,由此得出
( )
A.40
℃为该酶的最适温度
B.40
℃不是该酶的最适温度
C.40
℃时酶活性最高
D.不能准确确定该酶的最适温度
【解题关键】不同温度梯度下能看出随温度的变化酶活性的变化,但不能得出最适温度。
【解析】选D。40
℃时,果汁产量最大,只能说明该温度下是实验预设的7组温度中酶活性最高的,并不能准确确定该酶的最适温度。
【误区警示】
(1)由于温度梯度太大,不能得到酶的最适温度。
(2)若要确定酶的最适温度需要缩小温度梯度再进行实验。
【跟踪小练】
1.果胶酶常用于果汁的工业生产,科研人员设计实验来研究温度对果胶酶活性的影响,所得结果如表所示。请回答下列问题:
温度/℃
10
15
20
25
30
35
40
45
果汁量/mL
21
26
39
42
48
41
40
40
(1)果汁生产中,果胶酶可瓦解植物的细胞壁及胞间层,提高果汁的______________和______________。?
(2)实验结果表明,在上述8组实验中,当温度为____________时得到的果汁量最多,此时果胶酶的活性____________。当温度再升高时,果汁量降低,说明______________。?
(3)将果浆与果胶酶溶液分装于不同试管中,保温后再混合,目的是______________________。操作过程中,果浆与果胶酶溶液混合后,要用玻璃棒搅拌,目的是使______________,以减少实验误差。?
【解析】(1)植物细胞壁和胞间层的成分是纤维素和果胶,果胶酶可以瓦解植物的细胞壁和胞间层,从而提高果肉出汁率和果汁澄清度。(2)根据实验结果即表中数据分析得出:当温度为30
℃时果汁量最多,此时果胶酶的活性相对最高;当温度再升高时,果汁量降低,说明温度升高,降低了酶的活性。(3)将果浆与果胶酶溶液分装于不同试管中,先保温一段时间后,再进行混合,其目的是使果浆与果胶酶溶液处于同一温度条件下反应;操作过程中,果浆与果胶酶溶液混合后,搅拌能使酶和反应物充分接触,故要用玻璃棒搅拌以减少实验误差。
答案:(1)澄清度 出汁率 (2)30
℃ 相对最高 温度升高,降低了酶的活性 (3)使果浆与果胶酶溶液处于同一温度条件下 酶和反应物充分接触
2.食品种类多,酸碱度范围广。生物兴趣小组拟探究在食品生产中应用范围较广的蛋白酶,查阅相关文献,得知:
(1)pH对不同蛋白酶的活力影响有差异。据图可知,________更适宜作为食品添加剂,理由是____________________。蛋白酶的活力可用________________的量来表示。?
(2)该蛋白酶的提取工艺流程如下:
兴趣小组分别对酶保护剂浓度、提取液pH进行了探究实验。结果显示,酶保护剂浓度在0.02~0.06
mol/L,酶活力较高;提取液pH在6.0~8.0,酶活力较高。他们认为,要进一步提高粗酶制剂的酶活力,以达到最佳提取效果。还需对酶保护剂浓度和提取液pH进行优化,并确定以此为探究课题。请拟定该课题名称,设计实验结果记录表。
【解析】(1)由图可知,在一定范围内木瓜蛋白酶的活力不受pH的影响,适宜作为食品添加剂。蛋白酶的活力可用单位时间内底物的减少量或产物的增加量来表示。
(2)由题意可知,为了进一步确定酶保护剂的最适浓度和提取液的最适pH,可以在题干提供的范围内缩小浓度梯度差,进一步进行实验。
答案:(1)木瓜蛋白酶 在pH
4~9,木瓜蛋白酶的活力高且稳定 单位时间内产物增加(单位时间内反应底物减少)
(2)课题:探究酶保护剂的最佳浓度和提取液的最适pH
实验结果记录表:
四、探究果胶酶的用量
1.实验原理:在一定条件下,随着酶浓度的增加,果汁的体积增加;当酶浓度达到某一数值后,再增加酶的用量,果汁的体积不再改变,这个值就是酶的最适用量。
2.实验操作流程:
3.实验结果记录:
果胶酶用量/mg
1
2
3
4
5
6
7
8
9
果汁量
4.实验结果分析:
(1)根据实验数据绘制出不同果胶酶用量对出汁率影响的曲线图(如图),图中a点为果胶酶的最适用量。
(2)若选择的果胶酶用量范围偏离最适用量过大,出现下图曲线中的现象。则应根据曲线进一步选择合适的果胶酶用量范围进行实验,以确定该酶的最适用量。
易错提醒:
(1)“探究果胶酶的用量”实验中,不同的果胶酶用量之间形成相互对照,可确认果胶酶的最适用量。
(2)本实验是一个探究性的定量实验,所测出的最适用量是在本实验的温度和pH条件下测出的,因而果胶酶的最适用量应标明温度和pH。
【典题通关】
果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一。果胶酶能够分解果胶,分解植物的细胞壁及胞间层。请你完成以下有关果胶酶和果汁生产中的问题。
(1)在果汁生产中应用果胶酶可以提高__________________和____________。?
(2)某实验小组进行了“探究果胶酶催化果胶水解最适pH”的课题研究。本课题的实验步骤中,在完成“烧杯中分别加入苹果泥,试管中分别注入果胶酶溶液、编号、编组”之后,有下面两种操作:
方法一:将试管中果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥相混合,再把混合液的pH
分别调至4、5、6……10。
方法二:将试管中果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥pH
分别调至4、5、6……10,再把pH
相等的果胶酶溶液和苹果泥相混合。
①请问哪一种方法更科学?
_____________________________。?
理由是?______________________________________________。?
②如果用曲线图的方式记录实验结果,在现有的条件下,当横坐标表示pH,纵坐标表示________时,实验的操作和记录是比较切实可行的。根据你对酶特性的了解,分析图中最可能是实验结果的曲线图是____________。若实验所获得的最适pH=m,请你在所选的曲线图中标出“m”点的位置。?
【解题关键】解答本题要保证果胶酶溶液和苹果泥在反应之前,分别调至预设的pH。
【解析】本题考查果胶酶的作用及pH
对酶活性影响实验的分析能力。
(1)果胶酶可以分解果胶,提高出汁率和澄清度,但果胶酶的作用需要一定的条件,如温度和pH
等。
(2)本题是探讨pH
对果胶酶活性的影响,实验关键是分别将果胶酶溶液和苹果泥调至一定的pH,然后把pH
相等的果胶酶溶液和苹果泥混合,否则,在达到预定pH
之前就会发生酶的催化反应。如图甲所示,果胶酶的活性随pH
增大而升高,达到最适pH
之后,酶活性逐渐降低,若过酸或过碱,则酶活性丧失。
答案:(1)出汁率 澄清度
(2)①方法二 方法二的操作能够确保酶的反应环境从一开始便达到实验预设的pH
环境(或方法一的操作会在达到预定pH
之前就发生了酶的催化反应)
②果汁体积 甲
如图所示:
【误区警示】
(1)应当将酶和苹果泥分别调至一定的pH,然后再混合,因为酶具有高效性。
(2)过酸和过碱都会使酶失活。
【跟踪小练】
1.(2019·衡水高二检测)在“探究果胶酶的用量”实验中,下列说法错误的是
( )
A.实验时可配制不同量的果胶酶溶液
B.底物浓度一定时,酶用量越大,滤出果汁越多
C.本实验应控制在适宜的温度和pH条件下
D.反应液pH必须相同
【解析】选B。果胶酶的用量是自变量,应配制不同量的梯度,A项正确;在底物浓度不受限制时,酶用量越大,滤出的果汁才能越多,B项错误;在“探究果胶酶的用量”实验中,要控制单一变量,即温度、pH等条件相同且适宜,C、D两项正确。
2.(2020·全国Ⅲ卷)水果可以用来加工制作果汁、果酒和果醋等。回答下列问题:
(1)制作果汁时,可以使用果胶酶、纤维素酶等提高水果的出汁率和澄清度。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、___________
(答出2种即可)。纤维素酶可以分解植物
______________
(填“细胞膜”或“细胞壁”)中的纤维素。
(2)用果胶酶处理果泥时,为了提高出汁率,需要控制反应的温度,原因是
________________________________________________________。
(3)现有甲、乙、丙三种不同来源的果胶酶,某同学拟在果泥用量、温度、pH等所有条件都相同的前提下比较这三种酶的活性。通常,酶活性的高低可用____________________________来表示。
(4)获得的果汁(如苹果汁)可以用来制作果酒或者果醋,制作果酒需要_______菌,这一过程中也需要O2,
O2的作用是_______。制作果醋需要醋酸菌,醋酸菌属于
_____________________
(填“好氧”或“厌氧”)细菌。
【解析】本题考查了果汁、果酒和果醋的制作。
(1)果胶酶包括果胶酯酶、多聚半乳糖醛酸酶和果胶分解酶。植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,所以纤维素酶可以分解细胞壁。
(2)酶发挥作用时都有最适温度,酶在最适温度下,催化效率最高。
(3)酶的活性可用在一定条件下的酶促反应速率来表示。
(4)果酒制作时利用的是酵母菌,酵母菌在有氧条件下可以进行有氧呼吸,所以O2的作用是促进有氧呼吸,使酵母菌大量繁殖。制作果醋需要醋酸菌,醋酸菌属于好氧细菌。
答案:(1)果胶酯酶、果胶分解酶细胞壁
(2)温度对果胶酶活性有影响,在最适温度下酶活性最高,出汁率最高
(3)在一定条件下,单位时间内,单位体积中反应物的消耗量或者产物的增加量
(4)酵母促进有氧呼吸,使酵母菌大量繁殖好氧课时素养评价
七 果胶酶在果汁生产中的作用
(30分钟 100分)
一、选择题(共5小题,每小题7分,共35分)
1.下列关于果胶酶的叙述,错误的是
( )
A.高温和低温均能破坏酶的空间结构使果胶酶失去活性
B.果胶酶是活细胞产生的并具有催化作用的蛋白质
C.适宜的条件有助于保持酶的高活性
D.果胶酶应放在低温下保存
【解析】选A。在高温下酶的空间结构被破坏,失去活性不能恢复,在低温下酶只是活性降低,果胶酶也是如此。
【方法规律】酶的生产应用及储存
(1)欲得到较多的产物,则应保持酶的活性最高,从而提高酶促反应速度。
(2)欲对酶进行储存,则应选择低温条件。
2.下列关于探究pH对果胶酶活性影响实验的叙述,错误的是
( )
A.自变量是pH
B.控制不变的量有温度、底物浓度、酶浓度、反应时间等
C.可通过测定滤出的果汁体积判断果胶酶最适pH
D.pH过低时,果胶酶活性变小,但不失活
【解析】选D。探究pH对果胶酶活性影响的实验中,自变量是pH,因变量是酶的活性,无关变量有温度、底物浓度、酶浓度、反应时间等,无关变量应保持不变,A、B项正确;酶的活性不能直接看出来,可通过测定滤出的果汁体积判断,C项正确;强酸、强碱均会导致酶变性失活,D项错误。
3.某同学在探究果胶酶的最适温度时,将得到的实验数据转换成曲线图如图。关于该曲线图,以下说法错误的是
( )
A.该同学的实验数据中有错误
B.该同学设置的温度梯度不合理
C.从该曲线中判断不出果胶酶的最适温度
D.从曲线中可判断出果胶酶的最适温度一定为40
℃
【解析】选D。该曲线图至少有两个峰值,与酶只有一个最适温度不吻合,A项正确;该同学的温度设置较多地集中于低温阶段,忽略了对高温阶段实验组的设置,B项正确;结合图示可知,过滤到的果汁量的变化趋势仍然在升高,无法确定果胶酶的最适温度,C项正确;40
℃是所设置的温度中最接近于最适温度的,但不一定是最适温度,D项错误。
4.
下列关于探究果胶酶最适用量的叙述,错误的是
( )
A.配制不同浓度的果胶酶溶液,并在各组中加入等量的该溶液
B.调节pH,使各组中的pH相同而且处于适宜状态
C.在相同且适宜的温度条件下进行实验
D.用玻璃棒搅拌加酶的果泥,搅拌时间可以不同
【解析】选D。该实验的自变量是果胶酶的用量,先配制不同浓度的果胶酶溶液,并等量加入各组中,A项正确;探究果胶酶最适用量的实验是一个对照实验,必须遵循单一变量原则,无关变量如pH、温度、搅拌时间、反应时间等都应相同,B、C项正确,D项错误。
5.如图表示果胶酶加入苹果泥后在0~80
℃的环境中,苹果泥的分解总量与温度的关系图,依图判断,在0~80
℃环境中,酶的活性变化曲线(pH适宜),正确的是
( )
【解题关键】解答此题时一定要注意题目中曲线纵轴表示的是苹果泥分解总量,而不是苹果泥分解速度;同时50
℃时苹果泥分解总量不再改变,意味着酶不能再催化分解苹果泥。
【解析】选B。由题图可知,当温度为37
℃左右时,分解苹果泥的速率最快(即曲线斜率最大),此时酶的活性最高;温度达到大约50
℃时,苹果泥分解总量不再改变,说明此时酶已经变性失活,酶的活性为零。
二、非选择题(共4小题,共65分)
6.(16分)工业生产果汁时,常常利用果胶酶破除果肉细胞的细胞壁以提高出汁率。为研究温度对果胶酶活性的影响,某学生设计了如图所示的实验:
①将果胶酶与苹果泥分装于不同的试管中,在10
℃水浴中恒温处理10
min(如图中A)。
②将步骤①处理后的果胶酶和苹果泥混合,再次在10
℃水浴中恒温处理
10
min(如图中B)。
③将步骤②处理后的混合物过滤,收集滤液,测量果汁量(如图中C)。
④在不同温度条件下重复以上实验步骤,并记录果汁量,结果如表:
温度/℃
10
20
30
40
50
60
70
80
果汁量/mL
8
13
15
25
15
12
11
10
根据上述实验,请分析并回答下列问题:
(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)实验步骤①的目的是___________________________________。?
(3)实验步骤中,用玻璃棒搅拌的目的是使________________,以减小实验误差。?
(4)实验结果表明,在上述8组实验中,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________________。?
(5)能不能确定该温度就是果胶酶的最适温度?如果不能,请设计出进一步探究果胶酶的最适温度的实验方案:?_________________________________?__。?
【解析】(1)酶具有专一性,果胶酶可以促进细胞壁中果胶的水解。
(2)实验步骤①的目的是使果胶酶与苹果泥处于同一温度条件下,避免温度不同对实验结果的影响。
(3)实验步骤中,用玻璃棒搅拌的目的是使酶和底物充分接触,以减小实验误差。
(4)实验结果表明,在8组实验中,当温度为40
℃时果汁量最多,此时果胶酶的活性在各实验组中最强。当温度再升高时,果汁量降低,说明酶的活性降低。
(5)该实验不能确定40
℃就是果胶酶的最适温度,可以再设置多套装置,以
40
℃为中心,以更小的温差(如0.5
℃)测量在更小范围内的温度的果汁量,果汁量最多时的温度更接近酶的最适温度。
答案:(1)果胶
(2)使果胶酶与苹果泥处于同一温度条件下
(3)酶和反应物充分地接触
(4)40
℃ 相对最强 温度升高,降低了酶的活性
(5)不能。可以再设置多套装置,以40
℃为中心,以更小的温差(如0.5
℃)测量在更小范围内的温度的果汁量,果汁量最高时的温度更接近酶的最适温度
7.(17分)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),请回答下列问题:
步骤
项目
烧杯
甲
乙
丙
丁
1
在烧杯中加入苹果泥
20
mL
20
mL
20
mL
20
mL
2
①
2
mL
/
2
mL
2
mL
3
加入不同液体
2
mL蒸馏水
4
mL蒸馏水
2
mLHCl
2
mLNaOH
4
水浴恒温,玻璃棒搅拌
15
min
15
min
15
min
15
min
(1)表中①处的内容是__________________。?
(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)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。
【解题关键】根据实验操作过程和实验变量判断实验目的。
(1)甲、乙组:探究果胶酶在实验中的作用。
(2)甲、丙、丁组:探究pH对果胶酶活性的影响。
【解析】(1)①处操作为加入催化剂——质量分数为2%的果胶酶溶液。
(2)若要验证果胶酶的作用,实验的自变量为果胶酶的有无,因此选甲、乙两组。观察的因变量为果汁的体积与澄清度,因此无关变量过滤的时间应该完全相同。由于果胶酶能瓦解植物细胞壁,将不溶于水的果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸,因此甲烧杯中果汁的体积大于乙烧杯中的,且比乙烧杯中的澄清。
(3)甲、丙、丁组探究pH对果胶酶活性的影响。
(4)探究果胶酶最适用量的自变量为果胶酶的用量,因变量为果汁的体积。
答案:(1)加入质量分数为2%的果胶酶溶液
(2)甲与乙 过滤相同时间 果汁的体积与澄清度 甲烧杯中果汁的体积多于乙烧杯中的且比乙烧杯中的澄清
(3)pH(酸碱度)
(4)
组号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
……
加入苹果泥的量/mL
质量分数为2%的果胶酶溶液量/mL
所得果汁的体积/mL
8.(14分)酶解法制备原生质体的原理是利用酶溶液对细胞壁成分的降解作用。蜗牛酶液从蜗牛(以植物为食)消化腺中提取;果胶酶、纤维素酶从微生物中提取。为了研究不同酶液的酶解效果,其实验小组取无菌烟草幼叶,切成相同大小的小片,等量放入6支试管中,试剂用量和实验结果列于下表。请回答有关问题。
试管编号项目
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
蒸馏水/mL
2
0
1
1
1
1
缓冲液/mL
0
2
1
0.5
0.5
0.5
果胶酶液/mL
0
0
0
0.5
0
0
蜗牛酶液/mL
0
0
0
0
0.5
0
纤维素酶液/mL
0
0
0
0
0
0.5
实验结果(绿色深浅程度)
-
-
-
+++
++++
++
(注:“+”越多表示绿色越深,“-”表示颜色无显著变化)
(1)实验过程中,需要轻摇试管,其目的是________________________________
_____________,使原生质体从叶小片中游离出来,以便观察悬浮液绿色的深浅。?
(2)从绿色的深浅可推测:蜗牛酶液酶解效果最好,原因是蜗牛酶液含有____________________等多种酶。该实验中__________________是空白对照组,其设置意义是________________________。?
(3)用网筛过滤原生质体到离心管内,离心后收集沉淀物,并用________________洗涤。?
(4)原生质体是否符合要求还需进行检验,其检验的方法是________________。?
【解析】(1)轻摇试管有利于使酶与底物充分接触,提高酶解效果。
(2)表中数据变动趋势表明,蜗牛酶液的酶解效果最好,因该酶液中含果胶酶、纤维素酶等多种酶,该实验中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均可作为空白对照组,其设置意义在于排除无关变量的干扰。
(3)洗涤时应使用等渗溶液。
(4)低渗涨破法可检验原生质体是否符合条件。
答案:(1)使细胞壁与酶充分接触,提高酶解效果
(2)果胶酶和纤维素酶 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 排除无关变量的干扰
(3)等渗溶液
(4)低渗涨破法
9.(18分)果粒生产在中国尚处于起步阶段。果粒除了可直接食用外,还可作为配料加入酸奶、冰淇淋、果冻等食品中。果胶酶作为一种新型加工辅助剂,可将果粒的组织结构损坏程度降到最小,最大限度地提高成形果粒的含量。根据以上内容回答下列问题:
(1)果胶酶作为一种果粒加工辅助剂,它能将果胶分解成可溶性的__________,由酶的__________性可知,组成果粒的另一种成分__________不会被分解。?
(2)在40~45
℃温度下搅拌处理的原因是______________________;最后升温到90~92
℃再冷却罐装的目的是________________________。?
(3)下面左图表示温度对果胶酶活性的影响,如果纵坐标表示果粒的生成速率,横坐标表示温度,请在下面右图中画出果粒生成速率的曲线图(所绘制的曲线大体符合事实即可)。
【解析】(1)果胶酶能将果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸,由于酶具有专一性,故纤维素不会被分解。
(2)在40~45
℃温度下搅拌处理的原因是在40~45
℃温度下果胶酶活性最高,最后升温到90~92
℃再冷却罐装的目的是灭菌。
(3)酶活性越高生成速率越快,如图:
答案:(1)半乳糖醛酸 专一 纤维素
(2)在40~45
℃温度下果胶酶活性最高 灭菌
(3)如图:
【方法规律】绘制曲线图技巧
(1)以自变量为横坐标,以因变量为纵坐标建立直角坐标系。
(2)注明坐标轴的名称、单位、坐标原点以及曲线名称。
(3)每个坐标轴上的取值单位要相等。
(4)将实验数据在坐标系中标出点,并将点连成线。