資源簡介

專題4
酶的研究與應(yīng)用
課題3
酵母細胞的固定化
庖丁巧解牛
知識 巧學
一、固定化酶的應(yīng)用實例
1.高果糖漿的生產(chǎn)?
葡萄糖異構(gòu)酶：能催化葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖。
誤區(qū)警示
并不是所有的葡萄糖經(jīng)異構(gòu)化后都轉(zhuǎn)化成果糖。這是因為葡萄糖異構(gòu)酶催化效率最高時（溫度為60～70
℃），葡萄糖轉(zhuǎn)化成果糖的比例也只有53.5%～56.5%，并且要使這一催化反應(yīng)達到平衡，需要很長的時間，因此生產(chǎn)上葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖的比率實際上只有42%～45%,其余的是葡萄糖，也就是說，這樣的產(chǎn)品實際上是葡萄糖與果糖的混合物，叫做果葡糖漿。
直接使用酶生產(chǎn)的優(yōu)點是：穩(wěn)定性好，可以持續(xù)發(fā)揮作用。不足是：葡萄糖異構(gòu)酶溶解于葡萄糖溶液后，無法從糖漿中回收，造成很大的浪費。
2.通過使用固定化酶技術(shù)，能將酶固定在顆粒狀的載體上，催化反應(yīng)完畢后能回收，從而大大降低了生產(chǎn)成本。
知識拓展
果葡糖漿簡稱HFCS，是一種新發(fā)展的淀粉糖品，因為糖分組成主要是果糖和葡萄糖，故稱為果葡糖漿。工業(yè)上生產(chǎn)這種糖漿是用淀粉，經(jīng)糖化生成葡萄糖，再經(jīng)葡萄糖異構(gòu)酶作用于葡萄糖溶液，使一部分葡萄糖發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng)轉(zhuǎn)變成果糖所以叫“異構(gòu)”糖漿，也有的將42％和55％的糖漿叫做高果糖漿。果葡糖漿的甜度與蔗糖相等，適于各種食品中應(yīng)用的甜味劑，與甘蔗糖和甜菜糖比較，果葡糖漿具有很多優(yōu)點，果萄糖漿具有溶解度高，發(fā)酵速度快，化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好、滲透壓大、吸潮性和保濕性強等特點。果葡糖漿生產(chǎn)可用任何一種淀粉為原料，在任何地區(qū)幾乎都有適當?shù)脑仙a(chǎn)淀粉，因此生產(chǎn)不受地區(qū)限制，淀粉來源充足，不受季節(jié)限制。本工藝采用酶法工藝，生產(chǎn)條件溫和、設(shè)備簡單、投資費用較低，并節(jié)能。
二、固定化細胞技術(shù)
固定化酶和固定化細胞是利用物理或化學方法將酶或細胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)，包括包埋法、化學結(jié)合法（將酶分子或細胞相互結(jié)合，或?qū)⑵浣Y(jié)合到載體上）和物理吸附法。
一般來說，酶更適合采用化學結(jié)合和物理吸附法固定化，而細胞多采用包埋法固定化。
辨析比較
類　型
優(yōu)　點
不　足
直接使用酶
催化效率高，低耗能、低污染等。
對環(huán)境條件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很難回收，不能被再次利用，提高了生產(chǎn)成本；反應(yīng)后酶會混在產(chǎn)物中，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量。
固定化酶
酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離，同時，固定在載體上的酶還可以被反復利用。
一種酶只能催化一種化學反應(yīng)，而在生產(chǎn)實踐中，很多產(chǎn)物的形成都通過一系列的酶促反應(yīng)才能得到的。
固定化細胞
成本低，操作更容易。
固定后的酶或細胞與反應(yīng)物不容易接近，可能導致反應(yīng)效果下降等。
三、實驗操作?
1.制備固定化酵母細胞?
（1）酵母細胞的活化?
在缺水的狀態(tài)下，微生物會處于休眠狀態(tài)。活化就是讓處于休眠狀態(tài)的微生物重新恢復正常的生活狀態(tài)。酵母細胞所需要的活化時間較短，一般需要0.5～1
h，需要提前做好準備。此外，酵母細胞活化時體積會變大，因此活化前應(yīng)該選擇體積足夠大的容器，以避免酵母細胞的活化液溢出容器外。?
（2）配制物質(zhì)的量濃度為0.05
mol/L的CaCl2溶液。?
CaCl2在這里是作為凝膠化劑，其中Ca2+與海藻酸根離子螯合形成不溶于水的海藻酸鈣凝膠。
（3）配制海藻酸鈉溶液?
加熱使海藻酸鈉溶化是操作中最重要的一環(huán)，涉及到實驗的成敗。海藻酸鈉的濃度涉及到固定化細胞的質(zhì)量。如果海藻酸鈉濃度過高，將很難形成凝膠珠；如果濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細胞的數(shù)目少，影響實驗效果。
要點提示
海藻酸鈉在水中溶解的速度較慢，需要通過加熱促進其溶解，溶解海藻酸鈉，最好用小火間斷加熱的方法。加熱太快，海藻酸鈉會發(fā)生焦煳。
（4）海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合?
一定要冷卻至室溫，否則可能將活化的酵母細胞殺死。在已冷卻至室溫的海藻酸鈉溶液，加入已活化的酵母細胞，充分攪拌，混合均勻。?
（5）固定化酵母細胞?
將海藻酸鈉溶液與酵母細胞的混合液轉(zhuǎn)移至注射器中，以恒定速度緩慢將注射器中的溶液滴加到CaCl2溶液中，液滴會逐漸形成凝膠珠。
剛形成的凝膠珠應(yīng)在CaCl2?溶液中浸泡一段時間，以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。
方法點撥
檢驗?zāi)z珠的質(zhì)量是否合格，可以使用下列方法：一是用鑷子夾起一個凝膠珠放在實驗桌上用手擠壓，如果凝膠珠不容易破裂，沒有液體流出，就表明凝膠珠的制作成功。二是在實驗桌上用力摔打凝膠珠，如果凝膠珠很容易彈起，也能表明制備的凝膠珠是成功的。
2.用固定化酵母細胞發(fā)酵
（1）將固定好的酵母細胞（凝膠珠）用蒸餾水沖洗2～3次，以去除上面附著的電解質(zhì)。
（2）將150
mL質(zhì)量分數(shù)為10％的葡萄糖溶液轉(zhuǎn)移到200
mL的錐形瓶中，再加入固定好的酵母細胞，置于25
℃下發(fā)酵24
h。
問題 探究
?
問題1
如何驗證實驗中用海藻酸鈉凝膠固定的酵母細胞（凝膠珠）能發(fā)酵產(chǎn)生酒精？
思路:能否產(chǎn)生酒精可以通過重鉻酸鉀檢測，是否是凝膠珠的作用可通過設(shè)置對照實驗得出結(jié)論。?
探究:分別取150
mL質(zhì)量分數(shù)為10％的葡萄糖溶液轉(zhuǎn)移到200
mL的錐形瓶中，標記為A、B，然后向其中分別加入等量含有酵母菌的凝膠珠和不含有酵母菌的凝膠珠，置于25
℃下發(fā)酵24
h。最后各取發(fā)酵液2
mL，先滴加3
mol/l的H2SO43滴，震蕩混勻，最后滴加常溫下飽和的重鉻酸鉀溶液3滴，震蕩試管，如A中呈現(xiàn)灰綠色，B中不呈現(xiàn)灰綠色，則可證明凝膠珠能發(fā)酵產(chǎn)生酒精。
問題2
是否可以利用固定化酵母細胞制作果酒和果醋？?
思路:固定化細胞和細胞本身相比，在功能上沒有根本的改變，只是固定化細胞能更好地脫離發(fā)酵產(chǎn)物和用于連續(xù)生產(chǎn)。?
探究:將酵母細胞和醋酸桿菌吸附到多孔性塑料的表面或包埋在瓊脂中，制成的固定化酵母細胞和固定化醋酸菌能夠用于酒類和醋的生產(chǎn)，并且可以達到連續(xù)生產(chǎn)的目的。
典題 熱題
例1下列關(guān)于固定化細胞的說法錯誤的是（　　）?
A.固定化細胞是利用物理或化學方法將細胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)?
B.酶固定化技術(shù)是固定化細胞技術(shù)的基礎(chǔ)?
C.一般來說，細胞常采用物理吸附法固定?
D.包埋法常用的載體有明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素和酰胺等?
解析：一般來說，酶更適合采用化學結(jié)合和物理吸附法固定化，而細胞多采用包埋法固定化。
答案：C
辨析比較
細胞個大，而酶分子很小；個大的細胞難以被吸附或結(jié)合，而個小的酶容易從包埋材料中漏出，所以酶更適合采用化學結(jié)合和物理吸附法固定化，而細胞多采用包埋法固定化。
例2在制定固定化酵母細胞的實驗中，CaCl2溶液的作用是（　　）?
A.用于調(diào)節(jié)溶液的pH?
B.用于進行離子交換?
C.用于膠體聚沉?
D.用于為酵母菌提供Ca2+
解析：海藻酸鈉膠體在CaCl2溶液，發(fā)生聚沉形成凝膠珠，其作用機理是由于鹽離子的電荷與膠體微粒相互吸引，形成更大的膠體顆粒，類似于人體紅細胞與抗凝集素之間的凝集反應(yīng)。
答案：C專題4
酶的研究與應(yīng)用
課題2
探討加酶洗衣粉的洗滌效果
庖丁巧解牛
知識 巧學

一、加酶洗衣粉
1.定義：是指含有酶制劑的洗衣粉。常用的酶制劑有四類：蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纖維素酶。
要點提示
添加在洗衣粉中的幾種酶的作用：?
（1）蛋白質(zhì)多肽氨基酸；（2）脂肪甘油+脂肪酸；（3）淀粉麥芽糖；（4）纖維素葡萄糖
2.普通洗衣粉的化學成分：普通洗衣粉中通常包含有表面活性劑、水軟化劑、堿劑、漂白劑等成分，有的洗衣粉中還含有增白劑、香精和色素，以及填充劑等。
3.影響酶活性的因素?
酶的活性受溫度、酸堿度和表面活性劑的影響。科學家通過基因工程生產(chǎn)出了能夠耐酸、耐堿、能忍受表面活性劑和較高溫度的酶，并且通過特殊的化學物質(zhì)將酶層層包裹，與洗衣粉的其他成分隔離。這些隔離層遇到水后，就會很快溶解，包裹在其中的酶就能迅速發(fā)揮催化作用了。?
二、實驗設(shè)計?
1.子課題一：探究不同溫度對加酶洗衣粉的洗滌效果的影響?
（1）實驗材料：添加了復合酶的洗衣粉，大小相同的白棉布4塊（在上面分別滴加4滴同種的植物油，放置至干燥）。?
水溫、水質(zhì)及水量：水溫的溫度梯度為5
℃、15
℃、25
℃和35
℃（其中5
℃可以通過冰箱冷藏室來控制，其他溫度可以通過水浴控制）；水質(zhì)為自來水；水量為500
mL。?
（2）實驗儀器：1
000
mL的燒杯、玻璃棒等。?
（3）方法步驟：?
①取大小相同的白棉布4塊，在上面分別滴加4滴同種的植物油，放置至干燥。?
②取大小相同的大燒杯4只，標號為1、2、3、4，分別加入等量的自來水，分別處理水溫為5
℃、15
℃、25
℃和35
℃，加入等量的同種加酶洗衣粉和準備好的白面布，浸泡相同時間。?
③用玻璃棒以同樣的速度、力量攪拌相同的時間。?
④取出白面布，觀察記錄油漬的殘留情況。
要點提示
實驗中可以用滴管控制污物的量，待污物干燥后再進行實驗；布料應(yīng)放在洗衣粉溶液中浸泡相同的時間；采用玻璃棒或筷子攪拌的方式模擬洗衣過程；模擬攪拌的時間、次數(shù)和力量應(yīng)基本相同。
2.子課題二：不同種類的加酶洗衣粉對同一污漬或不同污漬的洗滌效果的比較?
比較子課題一與子課題二：在子課題一中，水溫是變量，其他因素在實驗中保持不變；而在子課題二中，水溫則應(yīng)保持不變。在實施子課題二時，通常應(yīng)采用當?shù)氐某兀绻嵌舅疁剡^低，就應(yīng)采用水浴的方法，使溫度達到25～35
℃。
誤區(qū)警示
探討含有蛋白酶的洗衣粉的洗滌效果時，不能用絲綢、毛料等作為洗滌材料，因為其主要成分是蛋白質(zhì)，它會被加酶洗衣粉中的蛋白酶分解，損壞衣物。
市場中的洗衣粉有多種類型，應(yīng)選擇不同種類的加酶洗衣粉和普通洗衣粉。污物的選擇也應(yīng)該多樣化，只有這樣才具有實踐指導意義。此外，也可以針對污漬相同、布料（如化纖或棉布）的不同情況，探究不同種類洗衣粉的洗滌效果。
疑點突破
使用加酶洗衣粉時必須注意：（1）堿性蛋白酶能使蛋白質(zhì)水解，因此，蛋白質(zhì)類纖維（羊毛、蠶絲等）織物就不能用加酶洗衣粉來洗滌，以免使纖維受到破壞；（2）使用加酶洗衣粉時，必須注意洗滌用水的溫度。堿性蛋白酶在35～50
℃時活性最強，在低溫下或70
℃以上就會失效；（3）加酶洗衣粉也不宜長期存放，存放時間過長會導致酶活力損失；（4）加酶洗衣粉不宜與三聚磷酸鹽共存，否則酶的活性將會喪失；（5）添加了堿性蛋白酶的洗衣粉可以分解人體皮膚表面蛋白質(zhì)，而使人患過敏性皮炎、濕疹等，因此，應(yīng)避免與這類洗衣粉長時間地接觸。
問題 探究
問題1
加酶洗衣粉中的洗滌效果為什么比普通洗衣粉強？?
思路:加酶洗衣粉中一般添加了蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和纖維素酶等。酶是一種專一性的生物催化劑，能有效去除各種污漬。?
探究:蛋白酶可以催化水解肉、蛋和奶漬，淀粉酶可以催化水解醬、粥等污漬，脂肪酶可以催化水解各類動植物油脂和人體皮脂腺分泌物及化妝品污垢，纖維素酶可使織物增艷（新）、去除顆粒性污垢。
問題2
加酶洗衣粉的酶制劑中應(yīng)用最廣泛、效果最明顯的是堿性蛋白酶和堿性脂肪酶。為什么強調(diào)“堿性”二字？?
思路:酸堿度會影響酶的活性。而一般洗衣粉配方中都含有堿劑，為解決這一矛盾，必須選擇使用耐堿能力較強的酶制劑。?
探究:在適當?shù)膲A度下，纖維和污垢可被最大限度地離子化，更易于污垢的水解和分散。一般洗衣粉配方中都含有純堿和硅酸鈉，其中硅酸鈉還具有使污垢顆粒懸浮、防止再沉積的作用。加酶洗衣粉中的酶制劑的活性受洗滌環(huán)境中pH的影響，為了最大限度的發(fā)揮催化作用，應(yīng)使用耐堿能力較強的酶制劑，如堿性蛋白酶和堿性脂肪酶。
典題 熱題
例1下列不屬于加酶洗衣粉常用的酶制劑的是（　　）?
A.蛋白酶
B.脂肪酶
C.核酸酶
D.纖維素酶?
解析：加酶洗衣粉是指含有酶制劑的洗衣粉。常用的酶制劑有四類：蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纖維素酶。應(yīng)用最廣泛、效果最明顯的：堿性蛋白酶和堿性脂肪酶。?
答案：C
辨析比較
普通洗衣粉
加酶洗衣粉
相同點
表面活性劑可以產(chǎn)生泡沫，可以將油脂分子分散開；水軟化劑可以分散污垢；等等。
不同點
酶可以將大分子有機物分解為小分子有機物，小分子有機物易溶于水，從而與纖維分開。
例2下列關(guān)于加酶洗衣粉的敘述正確的是（　　）?
①加酶洗衣粉能將衣服上的蛋白質(zhì)、脂肪等水解成溶于水的小分子物質(zhì)　②加酶洗衣粉最常用的酶制劑是堿性蛋白酶和堿性脂肪酶　③使用加酶洗衣粉時一般先用開水浸開，然后調(diào)至適宜溫度　④使用加酶洗衣粉可減少對環(huán)境的污染　⑤加酶洗衣粉的酶用特殊化學物質(zhì)將酶層層包裹，遇水后溶解　⑥實際生活中，用加酶洗衣粉的水溫在25～35
℃之間較適宜　⑦溫度過高或過低均不宜用加酶洗衣粉　⑧使用加酶洗衣粉時應(yīng)注意衣服的承受能力?
A.①②③④⑤⑥⑦⑧
B.①②④⑤⑥⑦⑧?
C.①②③④⑤⑥⑦
D.①②③④⑤⑦⑧?
解析：加酶洗衣粉所含的堿性蛋白酶能將血漬、奶漬等含有的大分子蛋白質(zhì)水解成可溶性的氨基酸或小分子肽；所含有的堿性脂肪酶、淀粉酶和纖維素酶也能將大分子的脂肪、淀粉和纖維素水解為小分子物質(zhì)，使污跡容易脫落。普通洗衣粉含磷，含磷污水排放可造成水體污染。加酶洗衣粉使洗滌劑朝低磷、無磷的方向發(fā)展，加酶洗衣粉中的酶制劑及其分解產(chǎn)物能夠被微生物分解，減少對環(huán)境污染。為了保護酶的活性，加酶洗衣粉的酶用特殊化學物質(zhì)將酶層層包裹，遇水后才溶解，這樣酶不跟洗滌劑直接接觸，它才能在洗衣粉中保持穩(wěn)定，存放兩、三年，酶都有活性。考慮洗滌成本，用加酶洗衣粉的水溫在25～35
℃之間。溫度過高或過低，酶的活性降低，溫度過高時甚至失活。使用加酶洗衣粉時應(yīng)注意衣服的承受能力，如毛料和絲織品不宜用含蛋白酶的洗衣粉，因為毛料和絲織品主要成分是蛋白質(zhì)，它會被加酶洗衣粉中的蛋白酶分解，損壞衣服。?
答案：B
例3使用加酶洗衣粉的好處，不正確的是（　　）?
A.有效去除衣服上的油漬、汗?jié)n或血漬?
B.使用加酶洗衣粉可減少對環(huán)境的污染?
C.各種加酶洗衣粉的酶制劑對人體皮膚都沒有傷害作用?
D.水溫過低時不宜使用加酶洗衣粉?
解析：加酶洗衣粉可有效去除衣服上的油漬、汗?jié)n或血漬，加酶洗衣粉可以降低表面活性劑和三聚磷酸鈉的用量，使洗滌劑朝低磷無磷的方向發(fā)展，減少對環(huán)境的污染，堿性蛋白酶的洗衣粉可以分解人體皮膚表面蛋白質(zhì)。?
答案：C
誤區(qū)警示
水溫過低時，使酶的活性受到抑制，但酶不會失活，溫度過高、pH過高、pH過低，都會使酶失活。專題4
酶的研究與應(yīng)用
課題1
果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用
庖丁巧解牛
知識 巧學

一、果膠酶的作用
果膠是植物細胞壁以及胞間層的主要組成成分之一，它是由半乳糖醛酸聚合而成的一種高分子化合物，不溶于水。果膠酶是能催化果膠分解，從而提高水果的出汁率并使果汁變得澄清的一類酶的總稱。包括多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶和果膠酯酶等。?
在果汁加工中，果膠不僅會影響出汁率，還會使果汁渾濁。果膠酶能夠分解果膠，瓦解植物的細胞壁及胞間層，使榨取果汁變得更容易，而果膠分解成可溶性的半乳糖醛酸，也使渾濁的果汁變得澄清。
二、酶的活性與影響酶活性的因素
1.酶的活性：是指酶催化一定化學反應(yīng)的能力。
2.酶反應(yīng)速度：
在科學研究與工業(yè)生產(chǎn)中，酶反應(yīng)速度用單位時間內(nèi)、單位體積中反應(yīng)物的減少量或產(chǎn)物的增加量來表示。酶活性的高低可以用在一定條件下，酶所催化的某一化學反應(yīng)的反應(yīng)速度來表示。
3.溫度、pH和酶的抑制劑等條件會影響果膠酶的活性。??
三、果膠酶的用量?
生產(chǎn)果汁時，為了使果膠酶得到充分的利用，節(jié)約成本，需要控制好酶的用量。??
四、實驗設(shè)計
1.探究溫度和pH對果膠酶活性的影響
（1）實驗思路?
①在一恒定溫度下通過設(shè)置pH梯度來確定酶催化反應(yīng)的最適pH，在一恒定pH下通過設(shè)置溫度梯度來確定酶催化反應(yīng)的最適溫度；?
②注意遵循單一變量對照原則。
方法點撥
在探究溫度或pH的影響時，需要設(shè)置對照，不同的溫度梯度之間或不同的pH梯度之間就可以作為對照，這種對照稱為相互對照。
（2）實驗方案?
難點剖析
（1）當探究溫度對果膠酶活性的影響時，自變量是溫度，因變量是濾出的蘋果汁的體積大小。因為果膠酶將果膠分解為小分子物質(zhì)，小分子物質(zhì)可以通過濾紙，所以蘋果汁的體積大小反應(yīng)了果膠酶催化分解果膠的能力。在不同的溫度下，果膠酶的活性越大，蘋果汁的體積就越大。?
（2）各實驗組除自變量——溫度不同外，應(yīng)控制好果泥量、果膠酶的濃度和用量、水浴時間和混合物的pH等無關(guān)變量不變，只有這樣才能保證只有溫度一個變量對果膠酶的活性產(chǎn)生影響。
②動手實驗：制備水果泥配制果膠酶水果泥與果膠酶分別水浴保溫將水果泥與果膠酶混合保溫過濾出果汁記錄果汁量改變不同的溫度后重復上面的實驗（也可以同時進行不同溫度的實驗）?
③記錄實驗數(shù)據(jù)
溫度/℃
10
20
30
40
50
60
果汁量/
mL
④得出結(jié)論
方法點撥
探究pH對果膠酶活性的影響，只須將溫度梯度改成pH梯度，并選定一個適宜的溫度進行水浴加熱。反應(yīng)液中的pH可以通過體積分數(shù)為?0.1%?的氫氧化鈉或鹽酸溶液進行調(diào)節(jié)。
2.探究果膠酶的用量?
如果隨著酶的用量增加，過濾到的果汁體積也增加，說明酶的用量不足；當酶的用量增加到某個值后，再增加酶的用量，過濾到的果汁體積不再改變，說明酶的用量已經(jīng)足夠，那么，這個值就是酶的最適用量。
疑點突破
探究果膠酶的用量是建立在探究最適溫度和pH對果膠酶活性影響的基礎(chǔ)之上的。此時，研究的變量是果膠酶的用量，其他因素都應(yīng)保持不變。實驗時可以配制不同濃度的果膠酶溶液，也可以只配制一種濃度的果膠酶溶液，然后使用不同的體積即可。需要注意的是，反應(yīng)液的pH必須相同，否則將影響實驗結(jié)果的準確性。
問題 探究
?
問題1
當探究溫度對果膠酶活性的影響時，哪個因素是變量，哪些因素應(yīng)該保持不變？
思路:實驗中要遵循單一變量對照原則。未知的、需要研究的事物，稱為實驗組，相關(guān)變量即為實驗變量。?
探究:當探究溫度對果膠酶活性的影響時，溫度是變量，應(yīng)控制果泥量、果膠酶濃度和用量、水浴時間和混合物的pH等所有其他條件不變。只有這樣才能保證探究清楚溫度對果膠酶活性的影響。
問題2
為什么在混合蘋果泥和果膠酶之前，要將蘋果泥和果膠酶分裝在不同的試管中恒溫處理？?
思路:溫度對酶活性是有影響的。若蘋果泥和果膠酶的溫度不同，混合后會影響混合物的溫度，從而干擾實驗結(jié)果。?
探究:在混合蘋果泥和果膠酶之前，一定要將蘋果泥和果膠酶分裝在不同的試管中恒溫處理，只有這樣才可以保證底物和酶在混合時的溫度是相同的，避免了果泥和果膠酶混合時影響混合物的溫度，從而影響實驗結(jié)果。
典題 熱題
例1下列關(guān)于果膠酶的敘述正確的是（　　）?
①具有分泌功能的細胞產(chǎn)生的　②凡是活細胞都能產(chǎn)生果膠酶　③果膠酶能將果膠分解成半乳糖醛酸　④植物、霉菌、酵母菌和細菌均能產(chǎn)生果膠酶　⑤果膠酶特指分解果膠的一種酶　⑥纖維素酶和果膠酶可用于去除植物細胞壁　⑦組成果膠酶的基本單位是氨基酸或核苷酸?
A.①②⑤　　　　
B.②③⑦　　　　
C.③④⑥　　　　
D.③④⑤?
解析：所有活細胞都能產(chǎn)生酶，但不同細胞產(chǎn)生的酶不一定相同，產(chǎn)生果膠酶的生物有植物、霉菌、酵母菌和細菌等，所以①②不正確。果膠酶的作用是將果膠分解成半乳糖醛酸；植物細胞壁有纖維素和果膠組成，可用果膠酶去除植物細胞壁。所以③④⑥正確。果膠酶的成分是蛋白質(zhì)，其組成單位只能是氨基酸，所以⑦不正確。果膠酶特指分解果膠的一類酶的總稱，包括多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶和果膠酯酶等，所以⑤不正確。?
答案：C
例2探究果膠酶用量的實驗中，不正確的是（　　）?
A.實驗時可配制不同濃度的果膠酶溶液?
B.底物濃度一定時，酶用量越大，濾出果汁越多?
C.本實驗應(yīng)控制在適宜溫度和pH條件下?
D.反應(yīng)液的pH必須相同
解析：底物濃度一定時，酶用量有一最適值，超過最適值，即使增加酶的用量，生成物也不會再增加。?
答案：B
例3下列A、B、C圖依次表示果膠酶濃度一定時，果膠酶的反應(yīng)速度與濃度、溫度、pH之間的關(guān)系，據(jù)圖回答：?
（1）圖A中，反應(yīng)物達到某一濃度時，反應(yīng)速度不再上升的原因___________________
_______________________________。?
（2）圖B中，b點所對應(yīng)的溫度稱__________。如果你根據(jù)實驗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成的曲線圖無法判斷果膠酶的最適溫度，你將如何改進？______________________________。
（3）圖B中，曲線ab段表明____________________，bc段表明____________________。
（4）將裝有果膠酶與反應(yīng)物的甲、乙兩試管分別放入12
℃和90
℃
水浴鍋中，20分鐘取出轉(zhuǎn)入40
℃的水浴鍋保溫，兩試管內(nèi)的反應(yīng)：甲____________________,乙____________________，原因是____________________。?
（5）圖C表示了果膠酶濃度、反應(yīng)物濃度、溫度等一定時，
果膠酶催化反應(yīng)的速率隨pH變化的曲線，實驗時可根據(jù)__________來判定果膠酶的最適pH。?
解析：酶是生物體內(nèi)具有催化能力的蛋白質(zhì)，其催化效率，在酶濃度一定的條件下，受反應(yīng)物濃度、溫度、pH
的影響。酶的催化作用又有高效性。?
答案：（1）酶雖然有高效性，但催化能力也有一定限度，當所有酶都發(fā)揮了最高效能后，反應(yīng)物濃度再增加，反應(yīng)速度也不會增加了　（2）最適溫度　應(yīng)據(jù)適宜溫度范圍確定間隔近的溫度梯度，重新實驗　（3）溫度升高，酶活性升高溫度降低，酶活性降低?（4）反應(yīng)速度增加　無催化反應(yīng)　由于甲試管溫度較低，所以酶活性較低，反應(yīng)速度很慢，當轉(zhuǎn)入40
℃（酶反應(yīng)適宜溫度）的水浴鍋中加熱時其反應(yīng)速度迅速增加。乙試管在90
℃高溫下，酶結(jié)構(gòu)被破壞，酶變性失活，當轉(zhuǎn)入40
℃的水浴鍋中保溫時，酶活性也不再恢復。故無催化反應(yīng)　（5）果汁的量
誤區(qū)警示
溫度過高、pH過高、pH過低，都會使酶失活，而溫度過低，酶的活性降低，而不會失活。課題2　探討加酶洗衣粉的洗滌效果
一覽眾山小
三維目標
1.說出加酶洗衣粉的洗滌原理；探討溫度對加酶洗衣粉洗滌的影響；探討不同種類的加酶洗衣粉對同一污物和不同污物洗滌效果的區(qū)別。?
2.設(shè)計實驗方案，觀察記錄實驗現(xiàn)象，得出結(jié)論。?
3.在實驗過程中，注意控制各種變量，認真體驗實驗過程，提高實驗技能。
學法指導
大家在學習本課題時，首先要回顧初中和高中生物課已經(jīng)學習過的有關(guān)消化酶作用的知識，以加深對加酶洗衣粉中酶作用的理解。?
本課題主要探究“不同溫度對加酶洗衣粉的洗滌效果的影響”“不同種類的加酶洗衣粉對同一污漬或不同污漬的洗滌效果的比較”。探究時，要注意聯(lián)系生活實際，并將探究結(jié)果用于指導日常生活中衣物的洗滌。在學習過程中，不要只注重基本原理，而忽視了本課題在現(xiàn)實生活中的作用。
誘學導入
材料：一般洗衣粉不易清除衣物上的血漬或奶漬，但加酶洗衣粉可以。一般加酶洗衣粉包裝袋上印有以下說明：?
成分：略?
用法：洗滌前先將衣物浸于加有適量洗衣粉的水內(nèi)數(shù)小時；使用溫水效果最佳；切勿用60
℃以上的水。?
注意：切勿用于絲質(zhì)及羊毛衣料；用后徹底清洗雙手。?
問題：（1）該洗衣粉較易清除衣物上的血漬或奶漬，該洗衣粉加入的是什么酶？請說明理由。?
（2）為什么洗滌前先將衣物浸于加有適量洗衣粉的水內(nèi)數(shù)小時？如何縮短衣物浸泡時間？
（3）為什么袋上的用法指明切勿用60
℃以上的水中使用該洗衣粉？?
（4）試解釋為什么此洗衣粉不能用于絲質(zhì)及羊毛衣料。?
（5）試解釋為什么用后須徹底清洗雙手。?
導入：結(jié)合生活經(jīng)驗和已學知識，通過本課題的探討，從酶的專一性、加酶洗衣粉的使用要求如水溫、布料等角度思考、回答上述問題。專題4
酶的研究與應(yīng)用
課題2
探討加酶洗衣粉的洗滌效果
教材習題點撥
（一）旁欄思考題
1．查閱資料，看看普通洗衣粉中包含哪些化學成分？
提示：普通洗衣粉中通常包含有：表面活性劑、水軟化劑、堿劑、漂白劑等成分，有的洗衣粉中還含有增白劑、香精和色素，以及填充劑等。
2．在本課題中你打算使用什么方法和標準判斷洗滌效果？
提示：可在洗滌后比較污物的殘留狀況，如：已消失、顏色變淺、面積縮小等，最好能進行定量的比較。
（二）練習
1．答：列表比較如下。
普通洗衣粉
加酶洗衣粉
相同點
表面活性劑可以產(chǎn)生泡沫，可以將油脂分子分散開；水軟化劑可以分散污垢；等等
不同點
酶可以將大分子有機物分解為小分子有機物，小分子有機物易溶于水，從而與纖維分開
2．答：不合適。因為絲綢的主要成分是蛋白質(zhì)，它會被加酶洗衣粉中的蛋白酶分解，損壞衣物。專題4
酶的研究與應(yīng)用
課題1
果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用
教材習題點撥
（一）旁欄思考題
1．為什么在混合蘋果泥和果膠酶之前，要將果泥和果膠酶分裝在不同的試管中恒溫處理？
提示：將果泥和果膠酶分裝在不同的試管中恒溫處理，可以保證底物和酶在混合時的溫度是相同的，避免了果泥和果膠酶混合時影響混合物的溫度，從而影響果膠酶活性的問題。
2．在探究溫度或pH的影響時，是否需要設(shè)置對照？如果需要，又應(yīng)該如何設(shè)置？為什么？
提示：需要設(shè)置對照實驗，不同的溫度梯度之間或不同的pH梯度之間就可以作為對照，這種對照稱為相互對照。
3．A同學將哪個因素作為變量，控制哪些因素不變？為什么要作這樣的處理？B同學呢？
提示：A同學將溫度或pH作為變量，控制不變的量有蘋果泥的用量、果膠酶的用量、反應(yīng)的時間和過濾的時間等。只有在實驗中保證一個自變量，實驗結(jié)果才能說明問題。B同學對于變量的處理應(yīng)該與A同學相同，只是觀察因變量的角度不同。
4．想一想，為什么能夠通過測定濾出的蘋果汁的體積大小來判斷果膠酶活性的高低？
提示：果膠酶將果膠分解為小分子物質(zhì)，小分子物質(zhì)可以通過濾紙，因此蘋果汁的體積大小反映了果膠酶的催化分解果膠的能力。在不同的溫度和pH下，果膠酶的活性越大，蘋果汁的體積就越大。
5．當探究溫度對果膠酶活性的影響時，哪個因素是變量，哪些因素應(yīng)該保持不變？
提示：溫度是變量，應(yīng)控制果泥量、果膠酶的濃度和用量、水浴時間和混合物的pH等所有其他條件不變。只有這樣才能保證只有溫度一個變量對果膠酶的活性產(chǎn)生影響。
（二）練習
答：大規(guī)模生產(chǎn)與實驗室制備的主要不同點是：
1．有兩次瞬間高溫滅菌；
2．酶處理的時間相對較長；
3．有離心分離步驟和濃縮步驟。課題3　酵母細胞的固定化
一覽眾山小
三維目標
1.知道從酶到國定化酶，再到固定化細胞的探索發(fā)展過程，以生產(chǎn)中遇到的實際問題為突破口，正確理解固定化技術(shù)帶來的巨大效益。?
2.能夠準確說出常用的固定化技術(shù)及其適用范圍，明確固定化技術(shù)的應(yīng)用原理，知道固定化酵母細胞的基本步驟、觀察實驗中的現(xiàn)象。在實踐中培養(yǎng)良好的科研習慣，體驗科學的創(chuàng)新性和嚴謹性。?
3.通過動手實踐，規(guī)范實驗操作，分析實驗的成功與不足，體驗合作交流的愉悅。
學法指導
學習本課題之前，首先要回顧有關(guān)酶的本質(zhì)、作用，酶的高效性、專一性、需要適宜的溫度和pH等特性，以及探究酶的最適宜條件的實驗方法等。?
固定化技術(shù)的提出是要解決傳統(tǒng)工業(yè)用酶過程中出現(xiàn)的不足等問題的，要結(jié)合具體的固定化操作分析該技術(shù)能解決哪些問題，明確載體是如何將酶或細胞固定的，運用比較的方法了解常用的固定化方法。在實驗操作過程中，要注意防止各種理化因素導致酶活性降低。
誘學導入
材料：固定化酶的應(yīng)用?
（1）采用固定化酶技術(shù)生產(chǎn)L－氨基酸。1969年日本利用固定化氨基酸酶，由乙酸?化－DL－氨基酸連續(xù)生產(chǎn)L－氨基酸獲得成功，是世界上固定化酶大規(guī)模應(yīng)用的首例。1974年以來，已能將米曲霉的氨基酸化酶固定在DEAE－Sephadex上生產(chǎn)出L－蛋氨酸、L－苯丙氨酸等。工業(yè)成本降低約40％，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等等。?
（2）采用固定化酶生產(chǎn)高果糖漿。用α－淀粉酶將玉米粉水解生成寡糖，再用葡萄糖淀粉酶處理產(chǎn)生95％～97％葡萄糖。由于葡萄糖的甜度比蔗糖低得多，所以利用葡萄糖異構(gòu)酶將葡萄糖異構(gòu)化轉(zhuǎn)變成果糖，就可以解決這一問題。現(xiàn)通過α－淀粉酶、糖化酶和固定化葡萄糖異構(gòu)酶，將玉米粉轉(zhuǎn)化成含葡萄糖50％、果糖42％、其他糖8％的反應(yīng)物，稱為高果糖漿或果葡糖漿。它雖然是一種混合物，但甜度與蔗糖相當，比葡萄糖高出許多。因此，在飲料、食品生產(chǎn)中大量應(yīng)用。現(xiàn)在，一些發(fā)達國家高果糖漿的年產(chǎn)量已達幾百萬噸，高果糖漿在許多飲料的制造中已經(jīng)逐漸代替了蔗糖。
問題：為什么采用固定化酶技術(shù)，能降低國內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)氨基酸的成本？怎么固定？?
導入：酶通過分離和提純之后，應(yīng)用方便，但浪費大。這對工業(yè)化生產(chǎn)來說，成本高，效益低。因此，必須找到能反復應(yīng)用酶的技術(shù)，這就是酶固定化技術(shù)。把酶固定在一個載體上，使它不能“跑”，就可以多次應(yīng)用了。固定的技術(shù)大致可以分為三類：一是吸附法，讓酶吸附在載體上，使它固定不動；二是化學反應(yīng)法，通常先把酶分子吸附在載體上，然后通過某種化學反應(yīng)使酶分子與載體分子結(jié)合在一起，達到固定酶的目的；三是包埋法，用半透明膜或者有網(wǎng)眼的凝膠，將酶包裹起來，就好象把球放在網(wǎng)袋內(nèi)一樣。固定好的酶既可在生物化學反應(yīng)中起作用，又不會跑掉。不論哪種固定酶技術(shù)，在酶發(fā)揮其特殊的催化作用之后，都很容易洗滌、過濾，然后進行回收，供下次再用。大多數(shù)酶經(jīng)過固定，會變得更加穩(wěn)定。如果把酶裝成管式或柱式加以固定，更加有利于連續(xù)化、管道化和自動化生產(chǎn)，可以大大降低生產(chǎn)成本，提高效益。課題1　果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用
三維目標
1.簡述果膠酶的作用；說出影響果膠酶活性的因素。檢測果膠酶的活性；探究溫度和pH對果膠酶活性的影響以及果膠酶的最適用量；搜集有關(guān)果膠酶應(yīng)用的資料。?
2.設(shè)計實驗方案，定量研究酶的活性，觀察記錄實驗現(xiàn)象，得出結(jié)論。?
3.學會搜集資料的方法，在探究實驗的過程中，提高分析問題，聯(lián)系生活實際解決問題的能力。
學法指導
學習本課題先要復習有關(guān)酶的基礎(chǔ)知識，充分理解酶的概念、影響酶活性的因素及酶的作用機理。本課題的探究有兩個側(cè)重點：一是酶的活性不是通過定性分析而是通過定量分析來進行探究的；二是本課題并不僅僅滿足于探究溫度和pH對酶活性的影響，還探究了果膠酶的最適用量，對生產(chǎn)實踐具有指導意義。在學習過程中，要注意聯(lián)系生活實際，積極參與探究，主動與同學交流和合作。
誘學導入
材料：水果汁液中含有果膠，用含有果膠的果汁制備的濃縮果汁黏稠，而且穩(wěn)定性較差。果汁經(jīng)果膠酶處理后，黏度迅速下降，過濾速度可提高10～20倍，澄清度達93%～98%，澄清倍數(shù)在4～21之間。經(jīng)果膠酶澄清處理后的果汁，無論是直接還是濃縮后用來制成的成品果汁，均具有較好的穩(wěn)定性。果膠能引起果酒失光、混濁和出現(xiàn)沉淀，在果酒制備過程中使用果膠酶，不僅使酒易于壓榨
、澄清和過濾，而且使酒的收率和成品酒的穩(wěn)定性均提高。含有纖維酶、半纖維酶的粗果膠酶制劑，在適宜條件下，能夠作用于果實皮層，使其細胞分離，結(jié)構(gòu)破壞而脫落。果膠酶對桔子脫囊衣、蓮籽去內(nèi)皮、大蒜去內(nèi)膜，效果均極佳。
問題：果膠酶可用于果汁、果酒的提取、澄清、過濾和果膠分解。果膠酶特指一種酶嗎？果膠酶能分解哪些物質(zhì)？?
導入：果膠酶是一類酶的總稱，包括多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶和果膠酯酶等。果膠酶能夠分解果膠，瓦解植物的細胞壁及胞間層，使榨取果汁變得更容易，而果膠分解成可溶性的半乳糖醛酸，也使渾濁的果汁變得澄清。

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