高考生物 第十单元第37讲.docx
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高考生物第十单元第37讲
第37讲 酶的应用
[考纲要求] 1.果汁中的果胶和果胶酶。
2.α淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测。
考点一 果汁中的果胶和果胶酶
1.果胶
(1)果胶是植物细胞壁的主要组成成分之一,它由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成。
(2)果胶与果汁加工:
果胶不仅影响出汁率,还会使果汁浑浊。
2.果胶酶
(1)来源:
黑曲霉、苹果青霉。
(2)组成:
果胶酶并不是特指某一种酶,而是分解果胶的一类酶的总称,主要包括果胶酶和果胶甲酯酶。
(3)作用:
将果胶分解成可溶性的分子,使出汁率提高,也使浑浊的果汁变得澄清。
3.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)实验流程设计
[思维诊断]
(1)果胶酶和果胶甲酯酶可水解果胶( √ )
(2)将果胶酶用于果胶生产,既能提高果肉的出汁率又能提高果汁的澄清度( √ )
(3)酶的活性受温度、pH和酶用量等因素的影响( × )
(4)果胶起着将植物细胞粘合在一起的作用,它溶于乙醇( × )
题组 果胶酶在果汁生产中的应用
1.获得具有一定酒精度的苹果酸,添加蜂蜜、色素、香精、防腐剂等,按一定比例试制苹果醋复合饮料。
苹果醋以及复合型饮料的主要工艺流程如下:
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
请回答:
(1)苹果汁中的果胶组成为半乳糖醛酸和____________。
果胶是植物细胞壁的主要成分,它不溶于____________,这是鉴别果胶的一种简易方法。
苹果汁生产时,可加入果胶酶和____________________酶以提高果汁的出汁率和澄清度。
(2)采用________方法可以最大限度地保存苹果汁的色香味和营养价值。
A.15min高压蒸汽灭菌B.高锰酸钾消毒
C.70%酒精消毒D.低温消毒
(3)上述流程中,X为________过程,该过程理论上________(填“有”或“无”)CO2产生。
酒精发酵和X过程分别利用的是________和________两种微生物的发酵原理。
由酒精发酵转变成X过程时,装置的充气口需要改变的主要环境条件是________________________________________________________________________。
答案
(1)半乳糖醛酸甲酯 乙醇 果胶甲酯
(2)D (3)醋酸发酵 无 酵母菌 醋杆菌(醋化醋杆菌) 通入无菌空气
2.某校生物兴趣小组为探究不同浓度果胶酶对澄清苹果汁出汁率的影响,进行了如下实验。
实验步骤:
①制备苹果汁:
将苹果洗净,切成小块,用榨汁机打碎成苹果汁匀浆。
加热苹果汁到100℃,再冷却至50℃左右。
②配制不同浓度的酶液:
取5支10mL的试管,依次编号为2~6号。
分别加入不同量的质量浓度为10g/mL的果胶酶溶液,再分别加入苹果酸定容至10mL,获得质量浓度分别为2g/mL、4g/mL、6g/mL、8g/mL、10g/mL的果胶酶溶液备用。
③降解苹果汁(如下图)
④沉淀:
向上述6只烧杯中添加明胶、活性炭等物质搅拌处理,充分混匀后静置,分别过滤。
记录并处理结果:
用量筒测量澄清滤液(即苹果汁)的体积,记入表格,并计算出汁率。
请回答下列问题。
(1)果胶酶能提高苹果的出汁率并使果汁澄清的原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)步骤①中,苹果汁先加热到100℃的目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)步骤②中,在2~6号试管中加入10g/mL果胶酶溶液的量分别是____________________________;步骤③中,在1号烧杯中加入1mL______________。
(4)根据预期结果,请绘制出澄清苹果汁出汁率与果胶酶浓度之间大致的关系曲线,并在坐标轴上标出澄清苹果汁最高出汁率所需的果胶酶最佳浓度。
答案
(1)果胶酶能分解果胶,瓦解细胞壁
(2)使苹果中的酶失活,防止对实验结果产生干扰 (3)2mL、4mL、6mL、8mL、10mL 苹果酸 (4)如图 关注坐标含义,曲线变化趋势,起点,最佳浓度
解析 欲获得xg/mL的浓度,应加入xmL果胶酶量。
出汁率曲线起点于纵轴某点,在一定范围内随果胶酶浓度升高,出汁率上升达饱和点后可稳定。
定量探究某实验变量对实验结果的影响的三个步骤
第一步:
通过设置一系列具有一定梯度的自变量进行实验。
第二步:
根据实验结果分析实验自变量的取值范围是否合适(即是否出现最适值)。
①如果出现最适值,说明自变量的范围设置合理。
②如果不出现最适值,说明自变量的范围设置不合理,可将此实验作为预实验,然后根据实验结果重新设置自变量的梯度和范围。
第三步:
如果要提高实验的精度,应减小实验自变量的梯度,且梯度差越小,实验结果越精确。
考点二 α淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测
1.α淀粉酶的固定化
(1)固定化酶
①概念:
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。
②方法:
吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等。
(2)α淀粉酶的固定化
①α淀粉酶作用的最适条件:
最适pH为5.5~7.5;最适温度为50_~75_℃。
②方法:
吸附法。
③淀粉的水解作用
淀粉
糊精
麦芽糖
葡萄糖
遇碘显蓝色 遇碘显红色 遇碘不显色
2.淀粉水解的测定实验
固定α淀粉酶→滴管滴加淀粉溶液→加KII2溶液→观察→洗涤→几天后重复实验。
3.α淀粉酶固定化实验过程
固定化α淀粉酶,装入注射器中
↓
以0.3mL/min的流速滴加淀粉溶液过柱
↓
流出5mL淀粉溶液后接收0.5mL
↓
滴加KII2溶液,观察颜色,稀释1倍后再观察颜色
↓
以10倍柱体积的蒸馏水洗涤固定化柱,放置在4℃冰箱中,几天后重复实验
[深度思考]
(1)固定化技术对酶产生怎样的影响?
提示 固定化酶改变了酶的存在状态,不改变酶的特性,因此利用固定化酶仍要严格控制温度、pH等环境条件,以利于酶发挥作用。
(2)固定化酶的优点是什么?
提示 固定化酶能够连续使用,但不是永久使用。
酶是具有生物活性的大分子,因此随着使用次数的增多,酶活性也会降低,如果酶活性降低到一定程度,就会失去使用价值。
题组 固定化酶的作用
1.
(1)酶是生物体中生化反应的催化剂,酶催化的反应是在__________条件下进行的,酶催化的应用日益广泛。
在历史悠久的食品工业中也有广泛的应用。
在年轻人群中果汁有相当大的消费群体。
食品工业中应用酶大量生产果汁,果汁生产的原料来源是水果粉碎后的果肉浆。
要获得澄清的果汁需要用到________酶和__________酶,这两种酶的作用对象是________,该物质在植物体内的功能是__________________。
在探究温度对果胶酶活性的影响实验中,实验自变量是________。
在探究利用果胶酶制作果汁的最佳条件实验中,加入95%乙醇的目的是________________________________________。
(2)固定化酶是将____________________的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上,使之成为____________________________________的制剂。
教材实验中用吸附法将α淀粉酶固定在__________上。
答案
(1)温和适宜 果胶 果胶甲酯 果胶 细胞间的黏连成分(或将植物细胞粘合在一起的作用) 温度 利用果胶不溶于乙醇的特性来鉴别果胶
(2)水溶性 不溶于水而又有酶活性 石英砂
2.果胶酶是分解果胶的一类酶的总称,常用于果汁的生产。
(1)果胶酶用于果汁生产,是因为它能分解果胶,可解决果肉出汁率低和____________等问题。
(2)果胶由________________和________________组成。
(3)若要检测苹果汁中是否还含有果胶,可取一定量的果汁与________混合,若出现________现象,说明果胶还没有被完全分解。
(4)右图为某同学进行的澄清苹果汁生产实验,下列相关叙述正确的是________。
A.实验中所用的固定化果胶酶可由某些物质吸附,吸附后的酶可永久使用
B.为防止杂菌污染,图示装置制作完毕后需瞬间高温灭菌
C.通过控制阀调节苹果汁流出的速率,保证反应充分进行
D.固定化果胶酶不可重复使用,每次生产前需重新装填反应柱
(5)固定化酶技术是将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上,使酶能与________接触,又能与________分离。
(6)在“α淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测”这一实验中,α淀粉酶固定在石英砂上,使用了下图中的________。
答案
(1)果汁浑浊
(2)半乳糖醛酸 半乳糖醛酸甲酯
(3)乙醇 浑浊 (4)C (5)底物(反应物) 产物
(6)③
酶的固定化方法及适用对象
名称
原理
图示
包埋法
将微生物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,或将其结合到载体上
物理
吸附法
通过物理吸附作用,把酶固定在纤维素、琼脂糖、多孔玻璃或离子交换树脂等载体上
探究高考 明确考向
1.(2013·浙江自选模块,17节选)利用紫甘薯制酒可提高其附加值。
请回答:
(1)为提高紫甘薯的利用率,工厂化生产时,可加入果胶酶和淀粉酶,其中果胶酶可来自______________等微生物。
由于酶在水溶液中不稳定,因此常将酶固定在某种介质上制成________。
(2)果胶酶可将紫甘薯匀浆中的果胶水解成________。
A.半乳糖醛酸和葡萄糖
B.半乳糖和果糖
C.半乳糖醛酸甲酯和果糖
D.半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯
(3)紫甘薯匀浆流经α淀粉酶柱后,取适量流出的液体,经脱色后加入KII2溶液,结果液体呈红色,表明该液体中含有________。
A.淀粉B.糊精
C.麦芽糖D.葡萄糖
答案
(1)黑曲霉(或苹果青霉) 固定化酶
(2)D (3)B
解析
(1)、
(2)果胶酶可将紫甘薯匀浆中的果胶水解成半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯,以提高紫甘薯的利用率;有些微生物,如黑曲霉、苹果青霉都可用于生产果胶酶;由于酶在水溶液中不稳定,所以常将酶固定在某种介质上制成固定化酶。
(3)紫甘薯匀浆流经α淀粉酶柱后,淀粉会被水解成糊精,糊精经脱色后加入KII2溶液后呈红色。
2.(2010·浙江自选模块,17)某同学进行苹果汁制作实验,工艺如下图所示。
请据图回答:
(1)图中用KMnO4溶液浸泡苹果的目的是________。
黑曲霉提取液中含有的________可水解果胶,从而使果汁澄清。
固定化柱中填充的石英砂通过________方式将酶固定化,酶被固定后用蒸馏水洗涤固定化柱是为了除去____________。
(2)实验中,操作流程A和B的先后顺序为________。
在苹果汁澄清过程中,应关闭的流速调节阀是______。
要测定从固定化柱流出的苹果汁中是否有果胶,可取一定量的果汁与等量的________混合,如果出现________现象,说明果胶还没有被完全水解。
为使果胶完全水解,应将流速调________。
(3)实验后,将洗涤过的固定化柱在低温环境中保存若干天,该固定化柱仍可用于苹果汁制作实验,说明固定化酶可被________使用。
答案
(1)消毒 果胶酶 吸附 未被固定的酶等
(2)A、B 阀1 乙醇 浑浊(沉淀) 慢 (3)重复
解析
(1)KMnO4有杀菌消毒的作用,可将苹果表面的杂菌杀死。
果汁中因含有果胶等而使苹果汁浑浊,用果胶酶处理可使果胶水解,使果汁澄清。
固定化酶技术是将酶固定在固定化柱的载体上,固定化柱内填充的石英砂可以起到很好的吸附作用。
酶被固定后用蒸馏水冲洗是为了除去未被固定的酶。
(2)具体操作时,先提取果胶酶,将果胶酶固定在固定化柱中,再将阀2打开,使苹果汁进入固定化柱,与酶接触,固定的果胶酶就能将果汁中的果胶分解,而果胶酶不流失。
果胶中的果胶酸钙能与乙醇作用形成沉淀,故可用乙醇鉴定果汁中的果胶,如有浑浊现象,说明果汁中仍有果胶存在,此时应控制阀门2的流量,调慢果汁流速。
(3)酶被固定化后,便于与反应物和产物分离,可重复利用,提高酶的利用率。
练出高分
1.酶是生物体内细胞合成的生物催化剂,没有酶,生物体内的代谢反应就不能进行。
随着生物科学技术的发展,酶已经走出实验室走进人们的生产和生活。
下列是一组关于酶的制备及应用的知识,请回答相关问题:
(1)汇源果汁在口感和澄清度上比自制的果汁好,是因为生产时使用了____________,工业上通常采用______________________________来生产该物质。
(2)所谓固定化酶就是将酶固定在不溶于水的载体上,其最大的优点是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)下图是某课题研究小组的同学为探究果胶酶的某些特性所做的实验:
①实验方法:
用制备的苹果泥根据图中所示的顺序进行操作,设计对照实验。
②实验结果:
对照组与实验组进行了相同的时间,如图中甲曲线所示。
a.该实验中的自变量是__________________。
b.该实验小组改变了实验条件后重做,经过相同时间后得到曲线乙,则可能改变了哪些条件?
__________________________、______________________。
曲线甲、乙中,苹果汁澄清度的最高点位于横坐标同一位置的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
c.在混合苹果泥和果胶酶之前,要将苹果泥和果胶酶分装在不同的试管。
为什么在混合苹果泥和果胶酶之前,要将苹果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)果胶酶 曲霉和青霉等微生物的发酵
(2)可以反复利用 (3)②a.温度 b.减少酶的量 增加底物的量 同一酶最适温度是一定的,不会由于酶的用量和底物的量不同而不同。
c.可以保证底物和酶在混合时的温度是相同的,避免了苹果泥和果胶酶混合时影响混合物的温度,从而影响酶的活性。
2.某同学进行葡萄产品开发的实验,设计的简易工艺流程如下图所示。
葡萄―→
―→
―→
―→葡萄酒
(1)浑浊的葡萄汁通过固定化酶后变得澄清,这是________________催化果胶水解的结果。
(2)固定化酶的方法有吸附法、__________________、__________________和包埋法等。
(3)制作葡萄酒所需的微生物是________,从野生菌群中分离纯化菌种,常使用的方法是______________和________________________________________________________________________。
(4)利用果酒发酵生产果醋,需要接种________,将发酵温度改变为30~35℃,并________________________________________________________________________。
(5)图中能表示葡萄汁发酵过程pH变化的曲线是________________________________________________________________________。
答案
(1)果胶酶
(2)共价偶联法 交联法 (3)酵母菌 划线分离法 涂布分离法 (4)醋化醋杆菌 适时通过充气口充气 (5)②
3.回答下列有关固定化酶技术的问题。
(1)酶是生物体中生化反应的催化剂,在工业生产和食品加工中的应用日益广泛。
为提高酶的利用率以及提高产品的纯度,一般需要对酶进行固定化处理,即将酶用物理或化学方法固定在________________________________介质上,具体方法有:
吸附法、共价偶联法、______________________法和交联法。
(2)
如图为装有固定化酶a的实验装置。
其中b是反应柱,c是催化底物。
若装置中的固定化酶为α淀粉酶,则通常是利用吸附法进行固定的,介质一般为____________________________。
利用该装置进行淀粉水解实验时,在漏斗中加入反应液后的操作是__________________________,以保证反应充分。
对流出的液体用________________________检测,若呈现__________________________________色,说明淀粉被水解成糊精。
若a是固定化酵母,要想得到较多的酒精,加入反应液后的操作是______________________,装置中的长导管起的作用是________________________________。
(3)研究认为,用固定化酶处理污染物是很有前途的,如将从大肠杆菌得到的磷酸三酯酶固定到尼龙膜上制成制剂,可用于降解残留在土壤中的有机磷农药,与用微生物降解比,其作用不需要适宜的______________。
A.温度B.水分
C.pHD.营养
答案
(1)非水溶性 包埋
(2)石英砂 打开活塞1和2,并控制流速 碘—碘化钾溶液 红 关闭活塞1和2 排放气体CO2,防止杂菌进入反应柱 (3)D
4.为了提高果胶酶的利用率,科学家进行了固定化果胶酶的相关研究。
(1)果胶酶的固定化:
取磁性壳聚糖微球固体颗粒,加入果胶酶溶液,30℃条件下震荡1h,装入图甲反应柱中,用蒸馏水洗去________________________,放置在4℃冰箱中保存。
上述固定化果胶酶的方法属于________。
A.包埋法B.吸附法
C.共价偶联法D.交联法
(2)果胶酶活力测定方法:
以果胶酶单位时间内催化产生的主要产物________________的量计算酶的活力。
已知3,5二硝基水杨酸与果胶水解的主要产物共热能产生棕红色的氨基化合物,在一定范围内产物的量和反应液颜色深浅成正比,可用________________法测定产物的量。
此方法需要制作标准曲线,如图乙所示,其中纵坐标一般为______________。
(3)下图是固定化果胶酶的部分研究结果,据图可知用上述方法制备的固定化果胶酶与游离酶相比最适温度____________(升高/降低),最适pH__________(升高/降低)。
(4)在果汁生产中使用固定化果胶酶具有很多优点,以下说法中不属于其优点的是____________________。
A.固定化果胶酶可以重复回收,多次利用
B.固定化果胶酶可以提高酶的稳定性和果汁的质量
C.便于果汁加工工艺操作的连续化、自动化
D.用于处理破碎果实,可以提高出汁率,促进澄清
答案
(1)未固定的游离果胶酶 B
(2)半乳糖醛酸 光电比色 光密度值(OD值) (3)升高 降低 (4)D
5.(2014·浙江自选模块,17)下面是关于固定化酶和细菌培养实验的问题。
请回答:
(1)某兴趣小组欲利用固定化酶进行酶解淀粉的实验,分组见下表。
组别
甲
乙
丙
丁
固定化酶柱长度(cm)
10
10
15
15
淀粉溶液的流速(mL·min-1)
0.3
0.5
0.3
0.5
将吸附了α淀粉酶的石英砂装入柱中后,需用蒸馏水充分洗涤固定化酶柱,以除去________________。
按上表分组,将配制好的淀粉溶液加入到固定化酶柱中,然后取一定量的流出液进行KII2检测。
若流出液呈红色,表明有________________生成;若各组呈现的颜色有显著差异,则流出液中淀粉水解产物浓度最高的是________________组。
(2)下列关于上述固定化酶实验的叙述,错误的是________________________________________________________________________。
A.固定化酶柱长度和淀粉溶液流速决定了酶柱中酶的含量
B.淀粉溶液流速过快会导致流出液中含有淀粉
C.各组实验所用的淀粉溶液浓度应相同
D.淀粉溶液的pH对实验结果有影响
(3)现有一份污水样品,某兴趣小组欲检测其中的细菌数,进行以下实验。
将一定量的污水样品进行浓度梯度稀释。
取适量不同稀释度的稀释液,用________________法分别接种于固体平面培养基上,经培养后进行计数。
该实验应注意,接种前,从盛有________________的容器中将玻璃刮刀取出,放在酒精灯火焰上灼烧,冷却后待用;分组时,需用________________作为对照。
(4)在上述细菌培养实验中进行计数时,应计数的是接种了________。
A.各个稀释度样品的培养基上的细菌数
B.合理稀释度样品的培养基上的细菌数
C.各个稀释度样品的培养基上的菌落数
D.合理稀释度样品的培养基上的菌落数
答案
(1)未吸附的α淀粉酶 糊精 丙
(2)A (3)涂布分离 70%酒精 未接种的培养基 (4)D
解析
(1)利用固定化酶进行酶解淀粉的实验时,先要将酶固定化。
此题中利用石英砂吸附α淀粉酶,装入固定化酶柱时有些酶没有完全吸附在石英砂上,需用蒸馏水充分洗涤固定化酶柱,以除去未吸附的游离的α淀粉酶。
α淀粉酶可使淀粉水解成糊精,如果用淀粉指示剂(KII2)检测糊精,则呈现红色。
酶的量不同,水解的效果也不同,丙组固定化酶柱的长度较长,其固定化酶的总量较多,且柱中淀粉溶液的流速也较慢,反应充分,故产物浓度高,颜色最深。
(2)A项,固定化酶柱的长度决定了酶的含量,反应是否充分与淀粉溶液的流速有关,从而决定了产物的浓度。
B项,如果淀粉溶液的流速过快,则淀粉与酶接触不充分,从而使淀粉不能被充分水解。
C项,各组淀粉
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