专题4酶的研究和应用知识点

专题4 酶的研究与应用知识点

课题1 果胶酶在果汁生产中的作用

由水果制作果汁要解决两个主要问题：一是果肉的出汁率低，耗时长；二是榨取的果汁浑浊、黏度高，容易发生沉淀。

1、植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分有纤维素和_果胶_。并且两者不溶于水，在果汁加工中，既影响出汁率，又使果汁浑浊。

2、果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一，它是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物，不溶于水。在果汁加工中，果胶不仅会影响出汁率，还会使果汁浑浊。果胶酶的作用是能够将果胶_分解成可溶性的_半乳醛酸，瓦解植物的细胞壁及胞间层，并且使果汁变得澄清。

3、果胶酶是一类酶总称，包括_果胶分解酶、多聚半乳糖醛酸酶、果胶酯酶_等。

4、酶的活性是指酶催化一定化学反应的的能力。酶活性的高低可以用在一定条件下，酶所催化的某一化学反应的反应速度来表示。在科学研究与工业生产中，酶反应速度用单位时间内、单位体积中反应物的减小量或产物的增加量来表示。

5、影响酶活性的因素包括：温度、PH、酶的抑制剂等。

（二）．实验设计

〔设计一〕探究温度对酶活性的影响

当酶处于最适温度或最适pH时，酶的活性最高；若温度过高、过酸或过碱，则导致酶变性失活。在一定范围内，果肉的出汁率和果汁的澄清度与果胶酶的活性成正比。

此实验的自变量是温度_；根据单一变量原则，你应确保各实验组相同的变量有_PH 底物浓度底物量实验器材酶的用量等等_。

〔设计二〕探究PH对酶活性的影响

探究pH对果胶酶活性的影响，只须将温度梯度改成pH梯度，并选定一个适宜的温度进行水浴加热。反应液中的pH可以通过体积分数为0.1%的氢氧化钠或盐酸溶液进行调节。

〔设计三〕探究果胶酶的用量

探究果胶酶的用量是建立在探究最适温度和pH对果胶酶活性影响的基础之上的。此时，研究的变量是果胶酶的用量，其他因素都应保持不变。实验时可以配制不同浓度的果胶酶溶液，也可以只配制一种浓度的果胶酶溶液，然后使用不同的体积即可。需要注意的是，反应液的pH必须相同，否则将影响实验结果的准

旁栏思考题

1．为什么在混合苹果泥和果胶酶之前，要将果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理？

提示：将果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理，可以保证底物和酶在混合时的温度是相同的，避免了果泥和果胶酶混合时影响混合物的温度，从而影响果胶酶活性的问题。

2．在探究温度或pH的影响时，是否需要设置对照？如果需要，又应该如何设置？为什么？

提示：需要设置对照实验，不同的温度梯度之间或不同的pH梯度之间就可以作为对照，这种对照称为相互对照。

3．A同学将哪个因素作为变量，控制哪些因素不变？为什么要作这样的处理？B同学呢？

提示：A同学将温度或pH作为变量，控制不变的量有苹果泥的用量、果胶酶的用量、反应的时间和过滤的时间等。只有在实验中保证一个自变量，实验结果才能说明问题。B同学对于变量的处理应该与A 同学相同，只是观察因变量的角度不同。

4．想一想，为什么能够通过测定滤出的苹果汁的体积大小来判断果胶酶活性的高低？

提示：果胶酶将果胶分解为小分子物质，小分子物质可以通过滤纸，因此苹果汁的体积大小反应了果胶酶的催化分解果胶的能力。在不同的温度和pH下，果胶酶的活性越大，苹果汁的体积就越大。

5．当探究温度对果胶酶活性的影响时，哪个因素是变量，哪些因素应该保持不变？

提示：温度是变量，应控制果泥量、果胶酶的浓度和用量、水浴时间和混合物的pH等所有其他条件不变。只有这样才能保证只有温度一个变量对果胶酶的活性产生影响。

实验变量与反应变量(如表)

课题2 探讨加酶洗衣粉的洗涤效果

1、酶绝大多数是蛋白质，少数为RNA；酶具有生物催化作用；酶具有高效性、专一性特点，但易受

温度、PH、表面活性剂等因素的影响。

（1）加酶洗衣粉是指含酶制剂的洗衣粉，目前常用的酶制剂有蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶四类。普通洗衣粉中含磷，含磷的污水排放可能导致微生物和藻类大量繁殖，造成水体污染，加酶洗衣粉可以降低表面活性剂和三聚磷酸钠，使洗涤剂朝无磷的方向发展，减少对环境的污染。（2）脂肪酶可以将脂肪分解成甘油和脂肪酸，蛋白酶可以将蛋白质分解成多肽，然后在肽酶作用下分解成氨基酸；淀粉酶可以将淀粉分解成可溶性麦芽糖和葡萄糖，纤维素酶可以将纤维素分解成葡萄糖，以达到去污的目的，因此，蛋白类纤维织物（羊毛、蚕丝等）不能用加酶洗衣粉来洗涤。

（3）应用最广泛、效果最明显的是碱性蛋白酶和碱性脂肪酶。碱性蛋白酶能将血渍、奶渍等含有大分子蛋白质水解成可溶性的氨基酸或小分子的肽，使污迹容易从衣物上脱落。

（4）.衣物的洗涤，不仅要考虑到洗涤效果，还要考虑衣物的承受能力、洗涤成本等因素。

（5）加酶洗衣粉可以降低表面活性剂和三聚磷酸钠的用量，使洗衣粉朝低磷无磷的方向发展，减少对环境的污染。

2、实验设计遵循原则：是单一变量原则、对照原则和等量原则，比如探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉对

衣物污渍的洗涤效果有何不同时，用控制使用不同种类洗衣粉为变量，其他条件完全一致；同时普通洗衣粉处理污渍物与加酶洗衣粉处理污渍物形成对照实验。

3．不同种类的酶洗衣粉对同一污渍的洗涤效果

（1）实验原理：不同种类的加酶洗衣粉所加的酶不同，而酶具有专一性，所以对不同污渍的洗涤效果不同。

4、比较普通洗衣粉和加酶洗衣粉去污原理的异同

（一）、固定化酶的应用实例

高果糖浆是指果糖含量为42%的糖浆能将葡萄糖转化为果糖的酶是葡萄糖异构酶。

使用固定化酶技术，将这种酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的筛板。酶颗粒无法通过筛板的小孔，而反应溶液却可以自由出入。生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与接触，转化成果糖，从反应柱的下端流出。反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本，提高了果糖的产量和质量。

（二）固定化细胞技术

固定化酶和固定化细胞是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括包埋、化学结合法和物理吸附法。一般来说，酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定，而细胞多采用包埋法固定化。这是因为细胞个大，而酶分子很小；个大的难以被化学结合或吸附，而个小的酶容易从包埋材料中漏出。包埋法法固定化细胞即将微生物细胞均匀包埋在不溶于水的多孔性载体中。常用的载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。（三）实验操作

(1)制备固定化酵母细胞

制备固定化酵母细胞需要的材料是干酵母、CaCl2和海藻酸钠溶液

1.酵母菌的活化

(1)在缺水状态下，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正常的生活状态。

(2)酵母细胞所需要的活化时间较短，一般需要0.5 h～1 h，需要提前做好准备；活化前应该选择体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出容器外。

2.配制物质的量为0.05mol/L的Cacl2溶液

溶解物质要彻底，要用蒸馏水溶解，不要用自来水溶解，以防止自来水中各种离子影响实验结果

3.配制海藻酸钠溶液

(1)加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环，加热溶化海藻酸钠时要注意：微火加热并不断搅拌，防止海藻酸南焦糊

(2)海藻酸钠溶液的浓度涉及固定化细胞的质量，如果海藻酸钠浓度过高，很难形成凝胶珠；如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目就少，影响实验效果。

4.海藻酸钠溶液与酵母菌细胞混合

(1)溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温，否则会因温度过高而杀死酵母菌。

(2)搅拌要彻底、充分，使两者混合均匀。

5.固定化酵母细胞

以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到配制好的CaCl2 溶液中，并浸泡30分钟(时间)。(2)用固定化酵母细胞发酵

1.将固定好的酵母细胞用蒸馏水冲洗2-3次。

2.发酵时的温度就为25℃，时间24h 。

〖思考1〗加热溶化海藻酸钠时微火加热并不断搅拌的目的是什么？防止海藻酸南焦糊

〖思考2〗为什么要海藻酸钠溶液冷却后才能加入酵母细胞？防止高温杀死酵母细胞

〖思考3〗发酵过程中锥形瓶为什么要密封？酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件

〖思考4〗锥形瓶中的气泡和酒精是怎样形成的？酵母菌进行无氧呼吸产生的

〖思考5〗在利用固定化酶或固定化细胞进行生产的过程中，需要无菌操作吗？需要

从操作角度考虑，固定化酶和固定化细胞哪一种方法对酶活性的影响更小？固定化细胞固定的是一种酶还是一系列酶？

提示：固定化细胞操作更容易，对酶活性影响更小。固定化细胞可以催化系列反应，故固定的是一系列酶。比如固定化酵母细胞将葡萄糖转化形成酒精的过程就是一系列酶催化反应的结果。

如何检验凝胶珠的质量是否合格？

提示：一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，如果凝胶珠不破裂，没有液体流出，就表明凝胶珠的制作成功。二是在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很容易弹起，也表明制备的凝胶珠是成功的

（四）结果分析与评价

（1）观察凝胶珠的颜色和形状

如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明海藻酸钠的浓度偏低，固定的酵母细胞数目较少；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明海藻酸钠的浓度偏高，制作失败，需要再作尝识。

（2）观察发酵的葡萄糖溶液

利用固定的酵母细胞发酵产生酒精，可以看到产生了很多气泡，同时会闻到酒味。

特别提醒：

①固定化细胞使用的都是活细胞，因而为了保证其生长、增殖的需要，应该为其提供一定的营养物质。

②固定化细胞保证了细胞的完整性，因而酶的环境改变小，所以对酶的活性影响最小。