果胶酶载体的应用和制备的教学实施探索

摘要：本文以教材中的实验“果汁中的果胶和果胶酶”为载体，引导学生质疑实验中的关键步骤，优化设计实验步骤，通过探究加热和不同酶量对酶促反应的果汁澄清度和出汁率的影响，培养学生具备科学探究和科学思维的学科核心素养。

实验“果汁中的果胶和果胶酶”是浙科版高中生物学教材选修一课程中最重要的实验之一，在必修一学生已经学习过酶的实验。

本实验的内容是探究利用苹果或山楂匀浆制作果汁的最佳条件、检测果胶酶的活性、了解果胶酶对果汁形成的作用和收集果胶酶的应用材料。

教材中的实验出现了酶解反应之后加热这一关键步骤，不同的教参和期刊给出不同的答案，有的认为加热的作用是使酶失活，目的是终止反应；有的作者认为加热的主要目的应是“加热促进果胶从果汁中的释放出来，热处理使果胶的聚合度增加，果汁的黏度也增加”，细胞在加热后被破坏，但果胶分子未被分解，果胶从果浆中释放后，温度下降后，会逐渐聚合成“果胶集团块”[1]，所以加热后会更浑浊些。

有的资料认为加热会使不溶物析出，使酶解后的果汁更加澄清。

为了弄清这个问题，在实际教学过程中，笔者引导学生重新设计实验，并对教材和参考资料中的实验方案进行了讨论和实践，提出了改进措施。

实验前认真做好预实验，细化教材中的实验步骤，保障实验的顺利进行。

本实验的实验目的是探究制作果汁的最佳条件，最佳的果汁应是除去所有的机械组织，易消化，出汁率高，澄清度高，保留水果中的营养成分，有一定的固形物，有果汁的原始色泽，无褐变，口感好等等。

因此实验中要从这几个角度考虑。

学生通过查阅资料采用酶促温度为50℃，实验pH为5.0。

1 实验原理
果胶在水溶液中以胶体的形式存在，带正电荷的蛋白质被带负电荷的果胶包裹形成稳定的浑浊体系，经过果胶酶的处理，果胶被分解，内部蛋白质相互吸引聚集增大，最终形成聚合物凝沉使果汁澄清[2]。

2 设备用品及材料
匀浆机小刀烧杯水浴锅量筒酒精灯试管玻璃棒移液器天平纱布苹果橙子等水果果胶酶粉剂95%的乙醇
3 实验步骤
（1）将苹果去皮，去籽并切块，使用匀浆机按1:2的料水比例（以质量计）处理成匀浆。

（2）取烧杯，编号为A、B，各加入5 mL 匀浆液，于50℃水浴锅中预热。

（3）另取烧杯C和D，分别加入10 mL 果胶酶溶液，10 mL 水，预热。

将烧杯C中的10 mL 果胶酶溶液倒入烧杯A中，烧杯D中的水倒入烧杯B中，混匀，玻璃棒搅拌10~15分钟。

（4）取4 支试管，编号1~4，各取4 mL 烧杯A 中的液体放入1、2 管，各取4 mL 烧
杯B 中的液体放入3、4 管。

（5）将1、3 号试管加热，2、4 号试管不加热，观察4 号试管的变化，记录。

静止一段时间后，再观察记录。

（6）不同酶量对果汁澄清度和澄清度的影响：配置不同浓度的酶液（1%，0.5%，0.25%，0.125%，0.0625%，0），设置6个浓度梯度，重复上述步骤。

（7）出汁率比较: 观察比较相同时间内滤液体积，加入（7）处理后样品，一段时间后进行过滤，记录出汁体积。

取滤液各加入95%的乙醇4 mL，观察变化，记录。

4 实验结果及分析
4.1加热对果汁澄清度和出汁体积的影响
1-4号试管均出现不同程度的絮状物，静止一段时间后沉淀物下沉。

可以明显看出，加酶加热的1号试管中的果汁最澄清（图1）。

加酶不加热，2号试管结果如何？1号与2号试管相比，均加入了酶，自变量是是否加热，与1号试管相比，2号试管因为没有加热比较浑浊，沉淀现象不明显（图1）。

因此说明，加热使果汁更澄清。

1号试管和3号试管的自变量是是否加酶，1号试管比3号试管更澄清。

说明果汁澄清过程中，加入果胶酶是必须条件。

不加酶只加热，结果会怎样呢？比较3号和4 号试管可以得出，加热组的果汁比不加热组的果汁更加澄清。

2号试管和3号试管的澄清度不易区分。

经过多次试验，都是1号试管最澄
清，即酶解后需要加热才能使果汁变得澄清，实验证明加热确实增加了不溶物的凝聚，静止一段时间后沉淀下来，使果汁更加澄清。

对4支试管中的溶液进行过滤发现1号出汁率最高（表1）。

4.2不同酶量对果汁澄清度和出汁体积的影响
从图2可以看出果汁的澄清度与酶浓度呈现一个正比例的关系。

酶浓度越高，果汁越澄清。

1%的酶浓度下的1号澄清度最高，出汁率也最高（表2），在一定的范围内，酶浓度越高，果汁澄清度和出汁体积也越高，之间呈现正相关系。

5 讨论
对于教材中实验现象出现的不同答案，同学们通过实验，化解了争议，实验中加热的作用勿容置疑，是使果汁更加澄清，对于加入酒精后看沉淀物的多少，很难定量。

不同的水果是否有不同的实验结果？实验小组除了做了苹果的果胶酶实验，还做了香蕉、橙子等水果的果汁的果胶酶实验，按照上述流程，所做的4支试管中，基本上都是加酶和加热的1号试管最澄清，出汁率相对较高，说明加热确实能使果汁中不溶凝集物析出，使果汁更加澄清。

在进行酶量对果汁影响的实验中，实验小组发现，超过1%的酶浓度，对果汁的澄清度和出汁率影响不大，肉眼看到的澄清度是否可信？如何进行定量？后经查阅资料得出，如果要进一步实验，则需对酶促反应后的果汁进行离心，取上清液测定其他的指标，如透光率、pH、总酸、还原糖、粘度等等，由于实验条件的限制，这些指标均无法检测。

实验小组还发现，出汁率等会受到使用的纱布的影响，最好使用尼龙布过滤，有的同学指出试管之间也有差异。

本次实验主要用的果汁是苹果汁，匀浆之后果汁就会出现褐变，因此色泽出现了改变，学生提出是否考虑低温匀浆，另外本实验中都对酶促反应进行了加热，对果汁的品质和口感都有影响。

实验过程中，同学们还发现使用的酶粉剂是食品级的，溶解时会有一些不溶物，使用前需要两层纱布过滤，否则酶液本身浑浊现象也会对果汁澄清度的观察造成影响。

另外酶活力未知，
酶反应的最适温度和最适PH只能从文献资料中获得，有的实验小组做了室温（当时15℃）下的酶促实验，发现澄清度也很高，和50℃下差异不显著，说明使用的果胶酶热稳定性比较强。

由于实验室条件的限制，不能同时做其他温度下的酶促反应，同学们还提出pH对果胶酶实验的影响如何？如果将果胶酶固定化，以期实现对酶的重复利用，并能将酶与产物分离。

那么能否将两个实验进行优化，设计成一个实验？教师适时鼓励学生进行大胆的实验设计，优化整合实验项目，取得了意想不到的教学效果。

在探究实验教学中，教师尽量构建的一种具有开放性、整体性、变革性的新课程体系，让学生充分接受生命观念、理性思维和科学探究方法的熏陶,领悟到生物实验水到渠成美妙。

美国著名的教育心理学家桑代克“试误说”认为学习的过程是一种渐进的尝试错误的过程，在这个过程中无关的错误的反应逐渐减少，而正确的反应最终形成。

2019年4月生物选考32题又再一次考查同学们对果胶酶的实验的掌握程度，其考察难度、深度、综合度都比其他题大大增加，而对于单纯划书本，书本挖空填空，单纯背实验的机械记忆已经完全和考试意图脱钩，因此带着问题走进实验室，经过不断的“试误”才是学好高中生物实验的最佳途径。