选修① 专题四 酶的研究与应用

专题四酶的研究与应用

果胶酶的作用

例1我国水果生产发展迅速，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，可以加工制作果汁、果酒、果醋等。在果汁生产中用到果胶酶，某课题研究小组为了探究果胶酶的某些特性，进行了如下实验：

（1）实验方法：如图中所示的顺序进行操作。

（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，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b中在果胶酶和苹果泥混合前，将两者分装在不同试管中，恒温的目的是

。

答案（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、底物量不同而改变④保证底物和酶在混合时的温度是相同的

探究温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影响

例2（2008年潍坊模拟）某生物学兴趣小组进行了“加酶洗衣粉最适温度的测定”实验。下表是他们记录的不同温度除去不同污渍所需时间的对照表，请依据表中数据作答。

水温/℃冷水20 30 40 50 60 70 80 植物油48 39 30 20 17 11 12 20 蓝墨水93 86 80 72 68 67 81 105 奶渍48 43 28 12 6 4 12 17 （1）要达到最佳洗涤效果，使用加酶洗衣粉的最适宜温度范围是。

（2）在适宜温度范围内，加酶洗衣粉对衣物上的的洗涤效果最佳，对的洗涤效果最差，其原因是。（3）羊毛、蚕丝等织物（填“能”或“不能”）用加酶洗衣粉洗涤，因为

。

答案（1）50～60℃

（2）奶渍蓝墨水奶渍的主要成分是蛋白质和脂肪，加酶洗衣粉主要含有蛋白酶和脂肪酶，能使蛋白质和脂肪等有机物分解，而很难使蓝墨水的成分分解

（3）不能羊毛、蚕丝等织物的主要成分是蛋白质，加酶洗衣粉中的蛋白酶能使蛋白质分解，从而使织物受到破坏

1.果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要成分之一。果胶酶能够分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层。在果汁生产中应用果

胶酶可以提高出汁率和澄清度。请你帮助完成以下有关果胶酶和果汁生产的实验课题。

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。

课题一：验证果胶酶在果汁生产中的作用

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100 mL洁净的烧杯，分别编号1、2，按相应程序进行操作，请把表中未填写的内容填上。

操作顺序项目

烧杯

1 2

①在烧杯中加入苹果泥20 mL 20 mL

② 2 mL

③注入蒸馏水

④在恒温水浴中保温，并用玻璃棒不时搅拌10 min 10 min （3）取两个大烧杯，同时进行过滤。观察（或比较），并记录结果。

实验结果的预测及结论：

如果是，则说明果胶酶对果胶的水解具有催化作用。

课题二：探索果胶酶催化果胶水解的最适pH

（1）本课题的实验步骤中，在完成“向烧杯中分别加入苹果泥、向试管中分别注入果胶酶溶液、编号、编组”之后，有下面两种操作：

方法一：将试管中的果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥相混合，再把混合液的pH分别调至4、5、6 (10)

方法二：将试管中的果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥的pH分别调至4、5、6……、10，再把pH相等的果胶酶溶液和苹果泥相混合。

请问上述哪一种方法更为科学：，并说明理由：

。（2）实验步骤中也有玻璃棒搅拌的操作，其目的是使以减少实验误差。（3）如果用曲线图的方式记录实验结果，在现有的条件下，横坐标表示pH，纵坐标表示，实验操作和记录是比较切实可行的。根据你对酶特性的了解，在下图中选择一个最可能是实验结果的曲线图：。若实验所获得的最适pH=m，请你在所选的曲线图中标出“m”点的位置。

答案课题一：（2）②注入果胶酶溶液③2 mL

（3）相同时间内滤出的果汁体积和果汁的澄清度

实验结果的预测及结论：相同时间内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

课题二：（1）方法二此方法的操作能够确保酶的反应环境从一开始便达到实验预设的pH

（2）酶和反应物（果胶）充分地接触

（3）果汁体积甲如下图

2.从土壤的嗜碱性短小芽孢杆菌中首先分离选育到一株产生低温型碱性蛋白酶的高产菌株。该菌株具有嗜碱性强、不易染菌、生产性状稳定等特点。该菌产碱性蛋白酶能力强，每毫升发酵活力达9 000单位（28℃测定）、5 000单位（20℃测定）和18 000单位（40℃测定），在全国五种碱性蛋白酶的性能比较中，该蛋白酶在28℃下所占有酶活力比例高于国内同类产品，表明具有低温型酶的特性。该产品用于加酶洗衣粉，可提高去污力1～2倍，特别在常温下对血渍、奶渍等蛋白污垢有专一性的去污效果。

根据以上材料回答下列问题：

（1）从土壤中分离嗜碱性短小芽孢杆菌应用（功能）培养基，从物理形态上应选用培养基。（2）为什么该菌株产的碱性蛋白酶的活力在不同温度下发酵活力不同？

。（3）试分析该产品在常温下对血渍、奶渍等蛋白质污垢有专一性的去污效果的原因。

。（4）若要比较添加该蛋白酶的洗衣粉与普通洗衣粉的洗涤效果，应注意控制实验变量，请列举均衡无关变量的措施（至少三条）：

①；②；

③。

（5）在日常生活中使用洗衣粉时，有人先用沸水溶解洗衣粉再浸泡衣物，该种方法能否用于题目中所说的加酶洗衣粉？为什么？

。

答案（1）选择固体（2）酶作为生物催化剂，其活力受温度影响，在最适温度下酶的活性最强（3）酶具有专一性的特点，即一种酶只能催化一种或一类化学反应，所以蛋白酶只能将血渍、奶渍等蛋白质污垢分解，对其他类型污垢不起作用

（4）①使用两种洗衣粉的量相同②被洗涤的布料及污渍状态相同③洗涤时所用水量及温度（一般为常温）相同

④浸泡和洗涤的时间相同（答出三条即可）

（5）不能。因为碱性蛋白酶的成分为蛋白质，遇高温会变性失活而失去催化功能

3.酶是生物体内细胞合成的生物催化剂，没有酶，生物体内的所有代谢反应都不能进行。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。果胶酶能够分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层，使榨取果汁更容易，也使得浑浊的果汁变得更加澄清。请回答下列有关酶的问题：

（1）每当到了丰收的季节，苹果堆满了仓库，如果交通不便，就会有很多苹果因保存不当或不能及时运出，而渐渐腐烂变质，苹果腐烂的原因是：

①；

②。

其中能使苹果腐烂的微生物的同化作用类型是，为了减少损失，提高产品的经济效益，人们想到了榨取果汁，要想使果汁尽可能多的榨出来，应加入果胶酶，在该物质的作用下，果胶分解成可溶性的。（2）探究温度对果胶酶活性影响的实验步骤：a.用搅拌器制苹果泥，并适量且等量注入到6支试管中；同时另取6支试管各注入适量且等量的果胶酶溶液；b.取6个烧杯分别编号1、2、3、4、5、6，依次注入适量30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃的水，恒温水浴；c.每一烧杯中分别放入装有等量苹果泥和果胶酶的试管，保温3 min；d.将各组烧杯中试管

内的苹果泥和果胶酶混合均匀，振荡试管，反应一段时间；e.过滤，比较获得苹果汁的体积。

①c中将分别装在不同试管中的苹果泥和果胶酶恒温处理的目的是。

②有人认为该实验缺乏对照，应补充一组苹果汁和蒸馏水相混合的实验，你认为有没有必要？。

③若继续探究果胶酶的最适用量，则在实验过程中温度、等因素应保持不变（列举两个）。（3）由霉菌发酵生产的果胶酶是食品加工业中使用量较大的酶制剂之一，若通过固定化霉菌细胞生产果胶酶，则在配制海藻酸钠溶液时，要注意，否则可能出现焦糊。固定化细胞技术一般采用包埋法固定化，原因是。

（4）加酶洗衣粉中应用最广泛、效果最明显的是酶和酶，其中前者能将血渍、奶渍等含有的水解成使污渍容易脱落。同样后者可将脂肪水解成和。

（5）使用加酶洗衣粉清洗衣物时，需要注意的问题有（多选）（）

A.应该用温水来溶化加酶洗衣粉

B.用来溶化加酶洗衣粉的清水的pH越接近中性效果越好

C.最好先把衣物放在含有加酶洗衣粉的水中浸泡片刻

D.加酶洗衣粉一般只适宜用于清洗化纤衣物

答案（1）①苹果进行无氧呼吸产生酒精使细胞死亡

②微生物侵染异养型半乳糖醛酸

（2）①保证底物和酶在混合时的温度是相同的

②没有③pH、苹果泥含量

（3）加热时用小火或间断加热细胞体积大，不易从包埋材料中漏出

（4）碱性蛋白碱性脂肪蛋白质氨基酸或小分子的肽甘油脂肪酸

（5）A、B、C

4.工业生产果汁时，常常利用果胶酶破除果肉细胞壁以提高出汁率，为研究温度对果胶酶活性的影响某同学设计了如下实验：

①将果胶酶与苹果泥分装于不同试管，在10℃水浴中恒温处理10分钟（如图A）。

②将果胶酶与苹果泥混合，再次在10℃水浴中恒温处理10分钟（如图B）。

③将步骤②处理后的混合物过滤，收集滤液，测果汁量（如图C）。

④在不同温度条件下重复以上实验步骤，并记录果汁量如下：

温度/℃10 20 30 40 50 60 70 80 果汁量/mL 8 13 15 25 15 12 11 10 根据上述实验，请分析回答下列问题

（1）果胶酶能破除细胞壁，是因为果胶酶可以促进细胞壁中的水解。

（2）实验结果表明，当温度为时果汁量最多，此时果汁酶的活性。当温度再升高时，果汁量降低，说明。

（3）实验步骤①的目的是。

答案（1）果胶（2）40℃最高酶活性降低

（3）使果胶酶和苹果泥处于同一温度条件下

5.生啤酒的酿造实验：

实验原理：固定化酵母的凝胶珠由酵母细胞和海藻酸钠组成，麦芽汁可以渗入到由海藻酸钠和啤酒酵母制成的凝胶珠中。

啤酒酵母可以利用自身细胞内的一系列酶将可发酵性糖转化成乙醇。

实验过程：

（1）取新鲜斜面上的啤酒酵母，接种于10 mL麦芽汁液体培养基中，25℃凝胶珠培养20～30 h。

（2）取1.6 g海藻酸钠于无菌小烧杯中，加无菌水少许调成糊状，再加入无菌水至40 mL，在98 KPa条件下灭菌15 min。

冷却到45℃左右后，与预热35℃左右的10 mL酵母培养液混拌均匀，立即倒入带喷嘴的无菌小塑料瓶中（或装有5号针头的注射外套中），以恒定的速度滴入盛有葡萄糖、氯化钙混合液的容器中，浸泡30 min制成凝胶珠。

（3）倒去葡萄糖、氯化钙混合液，加入无菌水洗涤凝胶珠三次后，将凝胶珠放入500 mL三角瓶中，加入300 mL无菌麦芽汁液体培养基，置于25℃下封口发酵5 d左右，倒出发酵后的麦芽汁即为啤酒，品尝其口味。

问题：

（1）凝胶珠是由什么组成的？它有什么作用？

。（2）如果进行多批次的生产，本实验中的啤酒酵母与普通发酵中的酶或固定化细胞技术是利用或

方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括、和。其中酶更适合采用和固定化，而细胞多采用固定化。

（3）制作成功的凝胶珠应用，其颜色为。将凝胶珠加入用于发酵的葡萄糖溶液后发现有产生，同时有味散发。

（4）固定化酵母细胞和固定化酶相比具有什么共同点？又有什么特有的优点？

。

答案（1）凝胶珠由啤酒酵母和固定化酵母菌的海藻酸钠组成。啤酒酵母能产生酶，将渗入凝胶珠的麦芽汁中的糖发酵，进而转化成乙醇。将生啤酒倒出后，将凝胶珠再投放入新鲜的麦芽汁中，可以在较长时间内反复连续使用，而普通发酵中的酶或菌种不能反复使用（2）物理化学包埋法化学结合法物理吸附法化学结合法物理吸附法包埋法（3）蒸馏水冲洗浅黄色气泡酒（4）二者均可用搅拌或装柱形式与底物溶液接触，可以在较长时间内反复、连续使用，降低酶的使用成本；可提高酶的稳定性；便于严格控制酶促反应过程；容易与产物分开，提高产物的质量。固定化细胞的发展比固定化酶更进一步，它省去了酶的分离、纯化工序，同时酶的活性更加稳定

6.（2009年烟台模拟）某一实验小组的同学，欲通过制备固定化酵母细胞进行葡萄糖溶液发酵实验，实验

材料及用具齐全。

（1）酵母细胞的固定化采用的方法是。

（2）请你说一说，该实验小组的同学在制备固定化酵母细胞的过程中应注意的事项：（至少写出4点）

①、②、③、

④。

（3）该实验小组用如图所示的装置来进行葡萄糖发酵：

①请指出标号为a、b、c的名称：a. 、b. 、c. 。

②从上端漏斗中加入反应液的浓度不能过高的原因是：

。

③为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复运用，实验过程中，一定要在条件下进行。

④加入反应液后的操作是。

⑤装置的长导管起到什么作用？。（4）实验过程中，可能得到的现象：，实验过程中，装置内可能会发生的反应式为：

。

答案（1）包埋法（2）①配制氯化钙溶液时应用蒸馏水②海藻酸钠溶液应用小火或间断加热③海藻酸钠溶液冷却至常温再加入酵母细胞④注射器中的海藻酸钠和酵母细胞的混合物应滴入氯化钙溶液

（3）①固定化酵母反应柱多孔筛板②浓度过高酵母细胞因失水过多而死亡

③无菌 ④关闭活塞1和活塞2 ⑤释放CO 2，防止空气进入反应柱 （4）有气泡产生、有酒味散发

C 6H 12O 6+6O 2+6H 2O ?→?

酶6CO 2+12H 2O ；C 6H 12O 6?→?酶

2C 2H 5OH+2CO 2

7.（2008年梅州质检）下面是制备固定化酵母细胞的实验步骤，请回答：

酵母细胞的活化→配制CaCl 2溶液→配制海藻酸钠溶液→海藻酸钠溶液与酵母细胞混合→固定化酵母细胞

（1）在 状态下，微生物处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复 状态。活化前应选择足够大的容器，因为酵母细胞活化时 。

（2）影响实验成败的关键步骤是 。 （3）如果海藻酸钠浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目 。

（4）观察形成的凝胶珠的颜色和形状，如果颜色过浅，说明 ；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明 。 （5）固定化细胞技术一般采用包埋法固定化，原因是 。 （6）该实验中CaCl 2溶液的作用是 。 答案 （1）缺水 正常的生活 体积会增大

（2）配制海藻酸钠溶液 （3）少

（4）固定化酵母细胞数目较少 海藻酸钠浓度偏高，制作失败 （5）细胞个体大，不易从包埋材料中漏出 （6）使胶体聚沉