学年高中生物 第二部分 酶的应用 第3课时 果汁中的果胶和果胶酶同步备课教学案 浙.docx

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学年高中生物第二部分酶的应用第3课时果汁中的果胶和果胶酶同步备课教学案浙

第3课时　果汁中的果胶和果胶酶

考试要求

知识内容

考试属性及要求

考情解读

果汁中的果胶和果胶酶

加试

1.得出制作果汁的最佳条件。

2.检测果胶酶的活性，观察果胶酶对果汁形成的作用。

3.说明果胶的化学性质及果胶酶的作用原理。

4.搜集果胶酶在其他方面应用的资料。

一、果胶与果胶酶

1.果胶

（1）果胶是植物细胞壁的主要成分。

在山楂（山里红）的果实中果胶含量最多。

（2）组成：

它由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成。

（3）作用：

能将植物细胞粘合在一起，去掉果胶，就会使植物组织变得松散。

由于果胶的作用，煮沸的山楂泥可制成山楂糕。

（4）特性：

不溶于乙醇，这是鉴别果胶的一种简易方法。

2.果胶酶

（1）化学本质：

蛋白质。

（2）作用：

果胶酶和果胶甲酯酶可水解果胶。

（3）可用于生产果胶酶的微生物有黑曲霉、苹果青霉等。

在生产中，制作果汁时由于果胶的存在，往往出汁率低、耗时长，而且果汁浑浊、易沉淀，人们常使用果胶酶来解决这些问题。

试结合教材思考果胶和果胶酶的知识。

1.填写下表掌握纤维素与果胶的区别

项目

相同点

不同点

纤维素

①都是高分子化合物

②都不溶于水

③都参与细胞壁的组成

①组成单位：

葡萄糖

②分解所需的酶：

纤维素酶

果胶

①组成单位：

半乳糖醛酸、半乳糖醛酸甲酯

②分解所需的酶：

果胶酶

2.说明果胶酶的组成及特点

果胶酶不是特指某一种酶，而是分解果胶的一类酶的总称；果胶酶的化学本质是蛋白质，其作用的底物为果胶。

能被蛋白质酶水解；果胶酶具有酶的通性：

只改变反应速度，不改变反应的平衡点。

1.果胶酶的作用底物是果胶，下列有关叙述正确的是（　　）

A.果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一

B.果胶酶可催化果胶分解成可溶性的半乳糖，使得浑浊的果汁变澄清

C.果胶是由半乳糖聚合而成的一种高分子化合物

D.果胶酶就是果胶分解酶的简称

答案　A

解析　果胶是由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成的；果胶被果胶酶分解后的产物是半乳糖醛酸；果胶酶是一类酶的总称，包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。

2.下列关于果胶酶的叙述，正确的是（　　）

①具有分泌功能的细胞产生的　②凡是活细胞都能产生果胶酶　③果胶酶能将果胶分解成半乳糖醛酸　④植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶　⑤果胶酶特指分解果胶的一种酶　⑥纤维素酶和果胶酶可用于去除植物细胞壁　⑦组成果胶酶的基本单位是氨基酸或核苷酸

A.①②⑦B.②③⑥C.③④⑥D.③④⑤

答案　C

二、探究利用苹果或山楂匀浆制作果汁的最佳条件的实验

1.实验原理

（1）果胶

半乳糖醛酸＋半乳糖醛酸甲酯。

（2）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成正比。

（3）果胶不溶于乙醇。

2.实验步骤

3.实验结果

烧杯号

管号

处理

加酒精前现象

加酒精后现象

A

1

加热

较澄清

沉淀物较少

2

不加热

最澄清

沉淀物最少

B

3

加热

最浑浊

沉淀物最多

4

不加热

较浑浊

沉淀物较多

4.实验结论

果胶酶能水解果胶，提高果汁的澄清度；高温会破坏果胶酶活性，不利于制作果汁。

阅读教材，试完成检测果胶酶的活性、探究制作果汁的最佳条件的实验，分析并思考下面的问题：

1.制作果汁的最佳条件

品质最好的果汁应该是：

（1）尽量保留水果中的营养成分；

（2）具有水果的原始口味；（3）有更多的固形物；（4）分散程度好，不沉淀，不上浮；（5）有原始的水果色彩；（6）除去所有的机械组织，更易消化。

由此看出，能使最多的水果成分溶解或分散在果汁中的条件就是最佳条件，达到这些条件的方法要温和，且对人体无害。

2.果胶酶在制作果汁中的作用

果胶是细胞间的黏连成分，也是果汁中的成分，加入果胶酶可将细胞离析，增加固形物的分散度。

此外，还降低了水果匀浆悬液的黏度，有利于过滤掉不溶物，并使果胶分解成半乳糖醛酸。

3.果胶酶的其他功能

果胶酶除用于制备果汁外，还用于果酒澄清，同时也作为洗衣粉的添加剂。

加果胶酶的洗衣粉可除去衣服上的果汁、果酱等污垢。

4.果胶酶水解果胶的最终产物是半乳糖醛酸。

要使果汁澄清，应同时使用果胶酶和果胶甲酯酶。

从微生物中获得的果胶酶都包括这两种酶。

因为，如果不使果胶完全降解成半乳糖醛酸，则不可能减少组织的分散性，许多水果中的固形物不能除去，这样会降低果汁的营养成分，也影响其澄清度。

5.探究温度、pH对果胶酶活性的影响以及果胶酶用量的实验中，因变量都相同，该因变量是什么？

答案　三个实验的因变量都是果汁量或果汁的澄清度。

6.下表是某小组利用部分材料进行的有关实验（“/”表示不加），材料如下提供。

现有磨浆机、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等实验材料及试剂。

请回答下列4个问题：

编号

项目

试管

甲

乙

丙

丁

1

在试管中加入苹果泥

2mL

2mL

2mL

2mL

2

①

2mL

/

2mL

2mL

3

加入不同的液体

2mL蒸馏水

4mL蒸馏水

2mL盐酸

2mL氢氧化钠

4

摇匀，恒温处理

15分钟

15分钟

15分钟

15分钟

（1）表中①处的内容是加入质量分数为2%的果胶酶溶液。

（2）若要验证果胶酶的作用，应把甲与乙两个试管同时取出并过滤相同时间，观察并比较，预期的实验现象与结果是甲果汁比乙澄清。

（3）比较试管甲、丙、丁可知，其实验目的是探究pH对果胶酶活性的影响。

为确保实验成功，请将表中的编号正确排序（用数字和箭头表示）：

2→3→1→4。

7.画出温度和pH对果胶酶活性的影响曲线图。

答案　如图所示

3.我国水果生产发展迅速，但由于收获的季节性强，易造成积压，腐烂变质，为了解决上述问题且满足不同人群的需求，可以将水果加工制作成果汁、果酒、果醋等。

在果汁生产中要用到果胶酶，某生物研究小组为了探究果胶酶的某些特性，进行了如图所示实验。

（1）实验方法：

请将图中所示的操作进行排序______________________________________。

（2）实验结果：

对照组与实验组进行了相同时间的实验，结果如图中曲线甲所示。

①图中自变量是温度，除此之外还可用________表示。

A.酶的浓度B.苹果泥的量

C.水的加入量D.pH

②图中的纵坐标还可用________来表示。

③实验小组改变了实验条件后重复做实验，得到曲线乙，两次实验中苹果汁的澄清度最高点对应的横坐标是同一位置的原因是_____________________________________。

④步骤c中在果胶酶和苹果泥混合前，将两者分装在不同试管中进行恒温处理的目的是________________________________________________________________________。

（3）下表是某实验小组的详细实验结果：

温度/℃

10

20

30

40

50

60

70

80

果汁的产量/mL

8

13

15

25

15

12

11

10

根据上述实验结果可知，当温度为________时果汁的产量最多，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。

________________________________________________________________________。

答案　

（1）acdb　

（2）①D　②苹果汁的体积　③同一种酶的最适温度是一定的，不会因酶的浓度、底物的量的不同而改变　④保证底物和酶在混合时的温度是相同的，避免底物和果胶酶混合时因二者温度不同而影响混合物的温度，进而影响果胶酶活性　（3）40℃　不能。

可以再设置多组实验，以40℃为中心，以更小的温度梯度（如0.5℃）设置自变量，测量在更小的温度范围内的果汁的产量，果汁的产量最高的温度更接近酶的最适温度

解析　

（1）实验顺序：

准备苹果泥和配置果胶酶、苹果泥和果胶酶分别水浴保温、苹果泥和果胶酶混合保温、过滤果汁后用量筒计量。

（2）果胶酶的活性受温度、pH等的影响，而与底物的量、酶的浓度和水的加入量没有关系。

每一种酶的最适pH和最适温度是一定的。

衡量实验结果的指标有两个，一个是果汁的产量，另一个是果汁的澄清度。

为使实验中反应的温度达到相应的设计温度，必须使酶与底物分别保温达到设计温度后才能混合。

在相同温度条件下，pH、酶的浓度和底物浓度也会影响反应速率。

（3）根据表格中数据可看出，在40℃时产生果汁量最多，因此40℃比较接近酶的最适温度。

要将最适温度确定得更加精确，可以40℃为中心，以更小的温度梯度（如0.5℃）设置自变量。

4.果胶酶是一种生物催化剂，很多因素都会影响该酶的活性。

下列叙述中正确的是（　　）

A.教材实验中沸水浴或酒精灯加热会使果胶酶失去活性，但温度下降后，其活性能再恢复

B.实验中间歇搅拌20～30min的目的是为了让果胶酶与果胶充分接触，使半乳糖醛酸的最终生成量增加

C.实验最后滴加乙醇所依据的原理是果胶不溶于乙醇

D.实验中选用黑曲霉提取液的原因是果胶酶只有在生物体内才能发挥催化作用

答案　C

解析　高温使酶失活以后，活性不能再恢复，A错。

酶与底物充分接触可以加快反应速率，但最终生成量取决于底物的多少，B错。

酶在生物体外也能发挥作用，D错。

一题多变

判断正误：

（1）植物细胞壁只含有果胶一种成分（　　）

（2）果胶不溶于乙醇，但溶于水（　　）

（3）果胶酶特指可水解果胶的一种酶（　　）

（4）探究实验应严格控制无关变量（　　）

（5）果胶酶的用量会影响果胶酶的活性（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）√　（5）×

果汁中的果胶和果胶酶

1.在不损伤高等植物细胞内部结构的情况下，下列哪种物质适于除去细胞壁（　　）

A.蛋白酶B.盐酸

C.果胶酶D.淀粉酶

答案　C

解析　细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，根据酶的专一性，用果胶酶和纤维素酶可达到目的。

2.在果汁生产中主要应用的酶包括（　　）

A.果胶酶、纤维素酶B.脂肪酶、淀粉酶

C.淀粉酶、果胶酶D.蛋白酶、纤维素酶

答案　A

解析　榨取果汁必须使细胞破裂，释放出其中的细胞液。

破坏植物细胞首先必须将细胞壁破坏，细胞壁的主要成分是纤维素和果胶。

3.在设计生物实验时，往往要科学地设计对照实验，以获得较为科学的结论，通常的对照可以分为自身对照、空白对照、相互对照、条件对照等。

在探究温度和pH对果胶酶活性的影响时，是否设置了对照实验，是什么对照实验（　　）

A.不需要对照实验B.有对照，空白对照

C.有对照，相互对照D.有对照，自身对照

答案　C

解析　在探究温度或pH对果胶酶的活性的影响实验中，分别设计了一系列温度梯度或pH梯度的反应液对酶的活性进行研究，其他条件相同，在各种实验中，只有一个变量（温度或pH），因此在一系列温度或pH梯度实验中，各种条件的实验相互之间可以形成对照，探究不同条件（温度或pH）对酶活性的影响。

4.假设你已经探究了果胶酶的最适温度（45℃）和最适pH（4.8），你还想进一步研究果胶酶的最适用量。

此时的实验变量是________。

合理设置果胶酶用量的梯度后，可通过苹果泥出汁的多少来判断酶的用量是否合适。

请根据所给的材料和用具完成以下探究实验。

（1）材料用具：

制备好的苹果泥、恒温水浴装置、试管、漏斗、滤纸、量筒、试管夹、质量分数为2%的果胶酶溶液、体积分数为0.1%的NaOH和HCl。

（2）实验步骤：

①取6只试管，编号1～6，分别加入______________，调整pH至4.8。

②向1～6号试管分别加入______________，然后放入45℃恒温水浴装置中__________________。

③________________________________________________________________________。

（3）结果与讨论：

请叙述怎样根据实验数据确定某一果胶酶用量是最适用量？

________________________________________________________________________。

答案　果胶酶用量　

（2）①等量的苹果泥　②不同体积的果胶酶溶液　保温相同时间　③过滤苹果泥并记录果汁体积　（3）随着果胶酶用量的增加，过滤得到的果汁的体积也增加，当果胶酶的用量增加到某个值后，再增加果胶酶的用量，过滤得到的果汁体积不再增加，则这个值（即果汁不再增加时果胶酶用量的最低值）就是果胶酶的最适用量

解析　根据题目要求探究的问题可知，实验的自变量是果胶酶的用量。

（2）实验步骤按照以下模式总结归纳，第一步：

分组编号；第二步：

实验变量控制，控制单一变量，平衡无关变量，消除无关变量对实验结果的影响；第三步：

观察记录实验的结果；第四步：

实验结果与结论的分析。

课时作业

[基础过关]

1.下列关于果胶酶的说法，正确的是（　　）

A.果胶酶可以分解细胞壁的主要成分——纤维素

B.果胶酶是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物

C.果胶酶不特指某种酶，而是分解果胶的一类酶的总称

D.果胶酶的化学本质是RNA

答案　C

解析　因为酶具有专一性，因此果胶酶只能分解果胶而不能分解纤维素，因此A错误；半乳糖醛酸是果胶的组成单位，而不是果胶酶的组成单位，因此B错误；果胶酶是能够分解果胶的一类酶的总称，其化学本质是蛋白质，基本组成单位是氨基酸，因此C正确、D错误。

2.下列关于果胶的叙述，不正确的是（　　）

A.果胶是植物细胞壁的主要成分

B.果胶由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成

C.果胶不溶于水，但能溶于乙醇

D.果胶对果汁的澄清度会产生影响

答案　C

解析　果胶既不溶于水，也不溶于乙醇，后者正是鉴别果胶的一种简易方法。

3.下列关于果胶酶作用的叙述，错误的是（　　）

A.果胶酶是一种催化剂，可以改变反应速度

B.果胶酶能够分解果胶，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.果胶酶能将乳糖醛酸分解成半乳糖醛酸

答案　D

解析　果胶酶是催化剂，可以改变反应速度；细胞壁和胞间层中含有果胶，在生产果汁时，加入果胶酶能提高出汁率，也能使果汁变得澄清；果胶酶能够将果胶分解为可溶性的半乳糖醛酸，从而达到使果汁变澄清的目的。

4.在“探究pH对酶活性的影响”实验中，不正确的是（　　）

A.自变量是不同的pH梯度

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的最适pH

D.pH过低时，果胶酶活性降低，但不会失活

答案　D

解析　过酸、过碱或温度过高，都会使酶变性，永久性失活。

5.下列关于“探究果胶酶最适用量的实验”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.实验温度为无关变量，要在相同的适宜温度条件下进行实验

C.用玻璃棒搅拌加酶的果泥，搅拌时间可以不相同

D.调节pH，使各组中的pH相同而且处于适宜状态

答案　C

解析　在探究果胶酶最适用量的实验中，果胶酶量为自变量，通过配制不同浓度的果胶酶溶液来控制；实验温度、搅拌时间、pH为无关变量，需要等量、适宜控制，A、B、D项正确，C项错误。

6.探究温度对果胶酶活性影响的实验中，得到如下实验结果。

据此分析其中不正确的是（　　）

温度（℃）

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

果汁量（mL）

3.5

4.6

8.6

10.9

12.3

11.7

10.1

5.4

3.9

4.8

5.6

A.实验过程中应先将苹果泥和果胶酶分别调节到对应温度后再混合

B.为了实验结果的科学性，各组混合处理时间和过滤果汁时间均应相同

C.应在50～55℃设置更细温度梯度进行实验，探究果胶酶的最适温度

D.该实验结果表明高温能使果胶酶失活，但高温也可能促进果胶分解

答案　C

解析　实验过程中应先将苹果泥和果胶酶分别调节到对应温度后再混合，A项正确；为了实验结果的科学性和控制单一变量，各组混合处理时间和过滤果汁时间均应相同，B项正确；实验中的温度梯度跨度较大，要想确定最适温度，需要设置更细温度梯度进行实验，分析数据可知，应该在45～55℃设置更细温度梯度进行实验，探究果胶酶的最适温度，C项错误；高温可以使酶失活，由表格数据可以看出，高温也可能促进果胶分解，D项正确。

7.蒸熟的苹果具有很好的止泻作用，这是因为苹果中果胶的“立场”不太坚定，未经加热的生果胶可软化大便，与膳食纤维共同起着通便的作用，而煮过的果胶则摇身一变，不仅具有吸收细菌和毒素的作用，而且还有收敛、止泻的功效。

下列有关果胶的叙述，不正确的是（　　）

A.果胶是植物细胞壁的主要成分之一

B.酵母菌可产生果胶酶，是因为酵母菌的细胞壁中也含有果胶

C.果胶酶能够分解果胶

D.果胶影响出汁率

答案　B

解析　果胶是植物细胞壁的组成成分。

细菌、真菌等虽然有细胞壁，但其细胞壁中不含果胶成分。

[能力提升]

8.如图中曲线表示的是温度和果胶酶活性之间的关系，此曲线不能说明的是（　　）

A.在B点之前，果胶酶的活性和温度接近成正比；之后，接近成反比

B.当温度到达B′点时，果胶酶的活性最高，催化能力最强

C.A点时，果胶酶的活性很低，但随着温度升高，果胶酶的活性可以上升

D.C点时，果胶酶的活性很低，当温度降低时，酶的活性可以上升

答案　D

解析　从图中可以看出：

在温度较低时，随着温度的不断升高，果胶酶的活性不断上升，到B点时，酶的活性达到最高；之后，随着温度的继续上升，酶的活性迅速下降。

A点和C点相比，虽然酶的活性都很低，但是A点对应的是低温条件，对酶的分子结构无影响，所以，随着温度的上升，其活性也会不断上升，而C点对应的是高温条件，已破坏了酶的分子结构，使酶的活性发生不可逆的变化，即使再降低温度，酶的活性也不会上升。

9.下列有关酶的叙述，正确的是（　　）

A.高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性

B.酶是活细胞产生并具有催化作用的蛋白质

C.果胶酶能使榨取果汁变得比较容易

D.细胞质中没有作用于DNA的解旋酶

答案　C

解析　在高温下酶的结构被破坏，失去活性不能恢复，在低温下酶只是活性降低；大多数酶的本质是蛋白质，少数是RNA；线粒体和叶绿体中有DNA，DNA复制和转录时需要解旋酶；果胶酶能分解植物的细胞壁和胞间层，使榨取果汁变得比较容易。

10.下表是某同学探究温度对果胶酶活性影响的实验结果。

该结果不能说明（　　）

温度/℃

10

20

30

40

50

60

果汁量/mL

2

3

4

5

6

5

A.温度影响果胶酶的活性

B.40℃与60℃时酶的活性相等

C.50℃是该酶的最适温度

D.若温度从10℃升高到40℃，酶的活性将逐渐增强

答案　C

解析　在低于最适温度时，随温度的升高，酶的活性增强；高于最适温度时，随温度的升高，酶的活性降低。

温度影响酶的活性，果胶酶的最适温度在40～60℃之间，上表不能说明50℃就是最适温度。

温度对酶活性的影响曲线图是钟罩形的，故40℃与60℃时酶的催化效率相同。

11.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、酶用量

答案　D

解析　实验变量又称自变量，指实验中由实验者所操纵的因素和条件。

探究温度对酶活性的影响时，需要设置不同的温度梯度作为对照，所以温度就是实验变量。

同理，研究pH对酶活性影响的实验，实验变量为pH；研究果胶酶的用量实验，实验变量为酶用量。

12.在原材料有限的情况下，下列曲线中能正确表示相同时间内果胶酶的用量对果汁产量影响的曲线是（　　）

答案　C

解析　在一定的条件下（温度、pH、反应物量、反应时间均相同），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，即使再增加酶的用量，果汁的体积也不再改变。

13.请你帮助完成以下有关探究果胶酶在果汁生产中的作用的实验课题。

实验用具和材料：

磨浆机、烧杯、试管、量筒、刀片、玻璃棒、漏斗、纱布、苹果、质量分数为2%的果胶酶溶液、蒸馏水等。

实验方法及步骤：

（1）将苹果洗净去皮，用磨浆机制成苹果泥，加入适量蒸馏水备用。

（2）取两个100mL洁净烧杯，编号为1、2号，按相应程序进行操作，请完成表中未填写的内容。

操作顺序

项目

烧杯

1

2

①

在烧杯中加入苹果泥

20mL

20mL

②

2mL

③

注入蒸馏水

④

在恒温水浴中保温，并用玻璃棒不断搅拌

10min

10min

（3）取两个烧杯，同时进行过滤。

观察或比较__________________________________________，并记录结果。

（4）实验结果的预测及结论：

如果________________________________________________________________________，

则说明果胶酶对果胶的水解具有催化作用。

答案　

（2）

操作顺序

项目

烧杯

1

2

①

在烧杯中加入苹果泥

20mL

20mL

②

在烧杯中加入2%的果胶酶溶液

2mL

③

注入蒸馏水

2mL

④

在恒温水浴中保温，并用玻璃棒不断搅拌

10min

10min

（3）相同时间内，滤出果汁体积和果汁的澄清度

（4）相同的时间内1号烧杯滤出的果汁体积比2号烧杯滤出的果汁体积大，澄清度高

14.如图是果胶酶在不同温度条件下的酶活性变化曲线，请回答下列问题。

（1）在35℃时，果胶酶的活性________。

（2）在________和________时，果胶酶的活性都降为0，但恢复至35℃时，________图的催化活性可恢复，请在图中画出恢复曲线，由此表明________图中所示酶的结构未受到破坏。

答案　

（1）最高　

（2）0℃　100℃　甲　如下图　甲

解析　从图中看出，果胶酶在35℃时催化效率最高，当温度降至0℃或升高至100℃时，催化效率均降至0。

果胶酶的化学本质是蛋白质，当温度升高至100℃时，果胶酶的分子结构发生改变，从而使酶变性失活，当温度再恢复到35℃时，酶也不会恢复活性。

而温度降至0℃时，酶的结构并没有发生变化，再恢复到35℃时，活性还会恢复。

[个性拓展]

15.某同学通过实验来探究pH对酶活性（最适温度约为50℃，最适pH约为7）的影响。

他准备了5支含有等量果胶酶溶液的试管，用0.1%的盐酸或氢氧化钠溶液调节至不同的pH，每支试管加五块0.1cm3的正方体苹果块，试管均置于25℃室