届 新高考 一轮复习人教版酶的应用 教案.docx
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届新高考一轮复习人教版酶的应用教案
考点二 酶的应用
一、果胶酶在果汁生产中的作用
1.果胶
(1)作用:
以及胞间层的主要组成成分之一;在果汁加工中,果胶会影响 并使果汁混浊。
(2)成分:
由 聚合而成的一种高分子化合物。
(3)特点:
不溶于水。
2.果胶酶
(1)成分:
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 等。
(2)作用:
果胶
可溶性的 。
3.酶的活性与影响酶活性的因素
(1)酶活性的概念:
酶催化一定 的能力。
(2)酶活性高低的表示方法:
用在一定条件下,酶所催化的某一化学反应的 来表示。
(3)酶反应速度的表示方法:
用单位时间内、单位体积中 或 来表示。
(4)影响酶活性的因素:
、 和酶的抑制剂等。
二、加酶洗衣粉在洗涤中的作用
1.加酶洗衣粉:
含 的洗衣粉。
2.酶制剂的种类与洗涤原理
种类
洗涤原理
洗涤的物质种类
蛋白酶
蛋白质→ 或氨基酸
血渍、奶渍等
脂肪酶
脂肪→
食品的油渍、人体皮脂、口红等
淀粉酶
淀粉→
来自面粉等的污垢
酶
使纤维的结构变得蓬松
棉纺品的表面浮毛
3.对加酶洗衣粉的洗涤效果的探究方法
(1)洗涤效果的判断:
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。
(2)实验设计遵循的原则是对照原则和 原则,变量分析如下表:
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
① (普通和加酶)
洗涤
效果
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、洗涤的③ 等
探究不同种类加酶洗衣粉的洗涤效果
加酶洗衣粉中②
探究不同温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影响
温度
三、固定化酶和固定化细胞
1.固定化技术
(1)概念:
固定化酶和固定化细胞技术是利用 或化学方法将酶或细胞固定在 内的技术。
(2)常用方法:
主要是 、 和 。
(3)适用对象:
一般来说,酶更适合采用 和 固定化,细胞多采用 固定化。
2.固定化酵母细胞的实验流程
图11-35-6
(1)海藻酸钠溶液的配制是固定化酵母细胞的关键,若浓度高则很难形成 ;若浓度过低,则形成的凝胶珠中包埋的酵母细胞 ,影响实验效果。
(2)溶化海藻酸钠时应 ,避免焦糊;溶化后应先冷却至室温再与酵母细胞混合,避免高温 。
(3)无菌化操作
①酵母细胞固定化要在 的条件下进行。
②反复使用固定化酵母细胞时,需要避免 。
【易错辨析】
(1)果胶在果汁加工中影响出汁率,会使果汁混浊。
( )
(2)果胶酶是一种只能分解果胶的酶,这种酶同样具有专一性。
( )
(3)酶的活性是指一定条件下酶所催化的某一化学反应的速率。
( )
(4)直接将酶添加到洗衣粉中制成加酶洗衣粉。
( )
(5)加酶洗衣粉也有保质期,时间长了,酶活性会降低或丧失。
( )
(6)加酶洗衣粉中的纤维素酶不能直接去除污垢,但可以增强洗涤效果。
( )
(7)一般来说,酶更适合用包埋法固定化,细胞更适合用化学结合法和物理吸附法固定化。
( )
(8)海藻酸钠溶液浓度越高,形成凝胶珠越容易,包埋的酵母细胞数量越多。
( )
(9)采用化学结合法制备固定化酶或固定化细胞是利用氢键的作用力将酶分子或细胞相互连接起来。
( )
图甲是有关制备固定化酵母细胞的操作,图乙是进行葡萄糖发酵的装置(a是固定化酵母细胞,b是反应柱,c是分布着小孔的筛板),请分析回答:
图11-35-7
(1)图甲中,为什么刚形成的凝胶珠要在CaCl2溶液中浸泡30min左右?
。
(2)如果制作的凝胶珠颜色过浅,呈白色,其原因可能是什么?
。
(3)图乙装置中长导管的作用是什么?
。
(4)图乙实验过程一定要在无菌条件下进行的目的是什么?
。
(5)图乙装置中,糖类除了作为反应底物外,还有什么作用?
。
1.探究温度和pH对酶活性的影响
(1)实验原则:
单一变量原则、对照原则。
严格控制变量,尽量减少无关变量的影响。
(2)实验原理:
果胶酶活性受温度、pH或酶的抑制剂等条件的影响,在最适温度或pH时,果胶酶活性最高,果肉的出汁率、果汁的澄清度都与果胶酶的活性有关。
(3)实验流程
制备果泥
↓
设置一系列具有梯度的pH或温度
↓
加入果胶酶反应一段时间
↓
过滤果汁
(4)分析:
该实验的自变量是温度或pH,因变量是酶的活性,检测因变量是通过测定果汁的体积或比较果汁的澄清度来实现的。
2.探究果胶酶的最适用量
(1)实验思路
如果随着酶浓度的增加,过滤得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,过滤得到的果汁的体积不再改变,说明酶的用量已经足够,这个值就是酶的最适用量。
(2)实验流程
图11-35-8
3.探究加酶洗衣粉洗涤效果的注意事项
(1)洗涤方式和材料的选择
①采用全自动洗衣机比较好,并且应该尽量使用同一型号小容量的洗衣机,使其机械搅拌作用相同。
②洗涤材料的选择也有一些讲究。
选用布料作为实验材料比较适合。
在设置对照实验时,应控制布料的大小、颜色及污物的量,使其相同,这便于洗涤效果的比较。
(2)水量、水质和洗衣粉用量的控制
①水量和布料的大小是成正比的。
做实验用的布料不宜过大,水量不宜过多,应该让布料充分浸泡在水中。
②实验中可以用滴管控制污物的量,待污物干燥后再进行实验;布料应放在洗衣粉溶液中浸泡相同的时间;采用玻棒搅拌的方式模拟洗衣过程;模拟搅拌的时间、次数和力量应基本相同。
4.固定化技术的比较
名称
原理
图示
包埋法
将酶或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,或将其结合到纤维素、琼脂糖等载体上
物理吸附法
通过物理吸附作用,把酶或细胞固定在活性炭、多孔玻璃等吸附剂表面
5.制备固定化酵母细胞的方法
图11-35-9
6.直接使用酶、固定化酶与固定化细胞的比较
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
适用方法
化学结合法、
物理吸附法
包埋法
营养物质
不需要
不需要
需要
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、耗能低、污染低
酶既能与反应物结合,又能与产物分离,还可以被反复利用
成本更低,操作更容易
缺点
对环境条件非常敏感,易失活;难回收,提高了成本,影响产品质量
不适用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,反应效率下降
1.以蓝莓为原料酿酒的流程如下:
蓝莓→清洗→沥干→破碎→酶解→过滤→蓝莓原汁→果汁加糖→接种发酵→蓝莓果酒。
回答下列问题:
(1)在酶解过程中,利用果胶酶处理蓝莓果泥,可瓦解植物的 ,提高出汁率,将果胶分解为可溶性的 ,使果汁变得澄清。
在最适温度和最适pH条件下,探究得到果胶酶的最适用量为X,若增加催化反应的时间或增加蓝莓果泥的用量,X的变化分别是 。
(2)蓝莓原汁中需要加入适量葡萄糖才能进行果酒发酵,某小组进行了相关实验,获得的数据如下表所示。
果汁初始糖度(Bx)
10
14
18
22
26
果酒酒精度(%)
3.0
5.5
6.8
6.8
6.0
本实验的目的是 。
初始糖度为26时,酒精度下降的原因是 。
(3)传统果酒发酵的缺点之一是酵母细胞无法重复利用,因此可以利用 技术将酵母细胞结合在载体上,以海藻酸钠作为载体时,可用 使其凝固成凝胶珠。
若海藻酸钠溶液浓度过低,则形成的凝胶珠中 ,影响发酵效果。
2.[2021·贵州贵阳一中月考]某校研究性学习小组为研究市场售卖的一种含碱性蛋白酶的洗衣粉使用时的最适温度,设计的相关实验装置及实验结果如图11-35-10所示,请依据所学知识并结合图示回答相关问题:
图11-35-10
(1)与普通洗衣粉相比,加酶洗衣粉能更有效地清除顽渍。
加酶洗衣粉是指 。
(2)现实生活实践中,上述市售洗衣粉可以很好地清除衣物的血渍和奶渍等污迹,主要是因为碱性蛋白酶能 。
而包装袋上注明“切勿用于丝质及羊毛衣料”。
你认为原因是 。
(3)在该实验过程中可通过直接测定 (填指标)来表示该洗衣粉中酶的催化效率。
为缩短反应的时间,你认为可以采取的措施有 (只需要答出1条合理措施即可)。
(4)工业上生产碱性蛋白酶成本高,目前可以采用固定化酶技术使酶能够重复使用以降低成本。
一般来说,酶更适合采用 和 固定化。
3.[2020·山西太原五中二模]葡萄糖异构酶经固定化后,可用于工业化生产高果糖浆。
请回答下列问题:
(1)戊二醛是一种交联剂,能与葡萄糖异构酶通过化学键交联。
将酶液、戊二醛溶液先后加入海藻酸钠溶液中并搅拌均匀,用注射器将混合液注入 溶液中可得到凝胶珠,此过程所用的固化酶方法为 。
(2)海藻酸钠的浓度影响会到凝胶珠的形状,若凝胶珠呈“蝌蚪”状,有明显的拖尾现象,说明 ,此珠粒中固化酶活力较低,原因是 。
(3)1个葡萄糖异构酶活力单位常定义为每分钟产生1μmol 所需的酶量。
图11-35-11是温度对葡萄糖异构酶的固化酶和游离酶活力的影响曲线,该曲线表明 。
图11-35-11
(4)在用葡萄糖异构酶凝胶反应柱生产高果糖浆时,若糖液在1次流经反应柱后果糖的浓度低于产品标准,对此你提出的改进方案是 (答出2点)。
考点二
●基础自主梳理
一、1.
(1)植物细胞壁 出汁率
(2)半乳糖醛酸
2.
(1)果胶酯酶
(2)半乳糖醛酸
3.
(1)化学反应
(2)反应速度
(3)反应物的减少量 产物的增加量
(4)温度 pH
二、1.酶制剂
2.小分子肽 甘油和脂肪酸 麦芽糖、葡萄糖 纤维素
3.
(2)单一变量 ①洗衣粉种类 ②酶的种类 ③时间
三、1.
(1)物理 一定空间
(2)包埋法 化学结合法 物理吸附法
(3)化学结合法 物理吸附法 包埋法
2.活化 CaCl2 海藻酸钠 固定化
(1)凝胶珠 过少
(2)用小火或者间断加热 杀死细胞
(3)①无菌 ②微生物的污染
【易错辨析】
(1)√
(2)× (3)× (4)× (5)√ (6)√ (7)× (8)× (9)×
[解析]
(2)果胶酶是指分解果胶的一类酶的总称。
(3)酶的活性是指酶催化一定化学反应的能力。
(4)加酶洗衣粉是含有酶制剂的洗衣粉,添加到洗衣粉中的是酶制剂。
(7)酶更适合用化学结合法和物理吸附法固定化,而细胞多采用包埋法固定化。
(8)海藻酸钠的浓度过高,不易形成凝胶珠。
(9)采用化学结合法制备固定化酶或固定化细胞是利用共价键或离子键将酶分子或细胞相互连接起来。
【教材拓展】
(1)使凝胶珠形成稳定的结构
(2)海藻酸钠浓度过低
(3)释放CO2,减小反应柱内压力并可防止其他微生物污染
(4)避免污染,使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复利用
(5)为酵母菌提供营养和能量
●素养全面提升
1.
(1)细胞壁及胞间层 半乳糖醛酸 不变、增加
(2)探究果汁初始糖度对果酒酒精度的影响 初始糖度太高导致部分酵母细胞失水死亡,无法发酵产生酒精
(3)固定化细胞 CaCl2溶液 包埋的酵母细胞数量过少
[解析]
(1)果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要成分之一,利用果胶酶处理蓝莓果泥可以瓦解植物的细胞壁以及胞间层,提高出汁率,同时将果胶分解为可溶性的半乳糖醛酸,使果汁变得澄清。
在最适温度和最适pH条件下,增加催化反应的时间,不会改变酶的最适用量;增加蓝莓果泥的用量,即增加了反应底物的量,则酶的最适用量也会增加。
(2)观察表格信息可知,实验中自变量为果汁初始糖度,因变量为果酒酒精度,所以本实验是为了探究果汁初始糖度对果酒酒精度的影响。
果汁初始糖度从10增加至18,果酒酒精度一直在增加,果汁初始糖度从22增加至26,果酒酒精度反而下降,原因可能是果汁初始糖度太高,导致部分酵母细胞失水死亡,无法发酵产生酒精。
(3)为了使酵母细胞能够重复利用,可以利用固定化细胞技术,将酵母细胞结合在载体上。
操作过程中以海藻酸钠作为载体,将海藻酸钠溶液与酵母细胞混合均匀,转移至注射器中,以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加在配制好的CaCl2溶液中,使其凝固成凝胶珠。
海藻酸钠溶液的配制是固定化酵母细胞的关键,如果海藻酸钠溶液浓度过低,形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数量过少,会影响发酵效果。
2.
(1)含有酶制剂的洗衣粉
(2)将血渍、奶渍中的蛋白质水解成可溶性的氨基酸或小分子的肽,使污渍容易从衣物上脱落 丝质及羊毛衣料的主要成分是蛋白质,会被碱性蛋白酶破坏
(3)相同时间内蛋白质块的减少量或蛋白质块存在时间的长短 适当提高酶的浓度(或把蛋白质块切小)
(4)化学结合法 物理吸附法
[解析]
(1)加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉,与普通洗衣粉相比,加酶洗衣粉能更有效地清除顽渍。
(2)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的肽,使污渍容易从衣物上脱落,这是普通洗衣粉难以做到的,动物的蛛丝、蚕丝、羊毛等的主要成分是蛋白质,碱性蛋白酶能水解破坏它们。
(3)酶的催化效率可用单位时间内、单位体积反应体系中反应物的减少量来表示。
故该实验可以用相同时间内蛋白质块的减少量或蛋白质块存在时间长短或消失的时间长短作为直接指标来表示该洗衣粉中酶的催化效率。
要缩短反应时间,可以通过提高酶的浓度、减小蛋白质块的体积等方式来实现。
(4)将酶固定在不溶于水的载体上,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,可大大降低生产成本。
固定化酶技术是利用物理或化学方法将酶固定在一定空间内的技术,包括包埋法、化学结合法和物理吸附法,一般来说,酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化。
3.
(1)CaCl2 CaCl2包埋法、化学结合法
(2)海藻酸钠浓度过高 (交联后的)葡萄糖异构酶易从海藻酸钠中漏出
(3)果糖 固化酶和游离酶的最适温度相同;低于或高于最适温度时,固化酶的酶活力高于游离酶
(4)增加葡萄糖异构酶凝胶的装载量(或凝胶柱高);降低糖液流速(或将流出液再次加入反应柱;更换直径较细的柱筒等)
[解析]
(1)戊二醛是一种交联剂,能与葡萄糖异构酶通过化学键交联。
将酶液、戊二醛溶液先后加入海藻酸钠溶液中搅拌均匀,用注射器将混合液注入CaCl2溶液中可得到凝胶珠,此过程所用的固定化酶方法为CaCl2包埋法、化学结合法。
(2)海藻酸钠的浓度影响会到凝胶珠的形状,若凝胶珠呈“蝌蚪”状,有明显的拖尾现象,说明海藻酸钠的浓度过高。
此凝胶珠中活化酶活力较低的原因是交联后的葡萄糖异构酶易从海藻酸钠中漏出,影响酶与底物的结合。
此种固定化酶技术具有的优点是酶可以回收,能进行反复利用;节约成本;酶与产物可分离等。
(3)高果糖浆生产需要的酶是葡萄糖异构酶,1个葡萄糖异构酶活力单位常定义为每分钟产生1μmol果糖所需的酶量。
通过分析温度对相对酶活力影响的曲线图可知,固化酶和游离酶的最适温度相同,均对应横坐标上同一点,低于或高于最适温度时,固化酶的酶活力都高于游离酶。
(4)改进方案主要有增加葡萄糖异构酶的装载量;降低糖液流速;将流出液再次加入反应柱;更换直径更细的柱筒等。
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