课程解读

一、学习目标：

1. 研究酶的存在和简单的制作方法。

2. 掌握酶活力测定的一般原理和方法。

3. 探讨酶在食品制造和洗涤等方面的应用。

4. 尝试制备和应用固相化酶。

二、重点、难点：

1. 酶的简单制作方法与酶活力测定的一般原理和方法。

2. 酶在食品制造和洗涤等方面的应用。

3. 制备和应用固相化酶。

三、考点分析：

知识内容	要求
（1）果汁中的果胶和果胶酶 （2）加酶洗衣粉的使用条件和效果 （3）α—淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测	掌握程度参考生物考试说明中的： 1. 考核目标与要求。 2. 实验与探究能力。

知识梳理

实验4：果汁中的果胶和果胶酶

1. 果胶是植物细胞壁的主要成分，也是植物汁液中的主要成分，由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成。山楂（山里红）果实中的果胶含量最多。果胶起着将植物细胞粘合在一起的作用，是很好的凝固剂，可结合大量的水分，降低植物组织的松散性，去掉果胶，就会使植物组织变得松散。果胶不溶于乙醇，这是鉴别果胶的一种简易方法。果胶酶和果胶甲酯酶可水解果胶，其最终产物是半乳糖醛酸，与制取果汁有关，同时使用这两种酶可使果汁澄清。有些微生物（如黑曲霉、米曲霉、苹果青霉等）都可以用于生产果胶酶，培养曲霉可用麸曲法，也可用液体培养法，在培养过程中需要添加果胶作为诱导物。

2. 本实验通过设计对比实验，以及把果胶酶放在不同条件下催化，从而探究果胶酶的作用及其发挥作用的最佳条件。实验结果得出制作果汁的最佳条件是：①尽量保留水果中的营养成分；②具有水果的原始口味；③有更多的固形物；④分散程度好，不沉淀，不上浮；⑤有水果的原始色彩；⑥除去所有的机械组织，更易消化。因此，能使最多的水果成分溶解或分散在果汁中的条件就是最佳条件，实现这些条件的方法要温和，且对人体无害。

3. 果胶酶在制作果汁中的作用是：可将细胞离析，增加固形物的分散度，还可降低水果匀浆悬液的黏度，有利于过滤掉不溶物，并使果胶分解成半乳糖醛酸。此外，还可用于果酒澄清，以及作为洗衣粉的添加剂，除去沾到衣服上的果汁、果酱等污垢。

4. 本实验所用的材料是山楂或苹果。

本实验的目的是探究制作果汁的最佳条件；检测果胶酶的活性（用亚碘酸法进行定量测定）。

制作果汁的过程：先用匀浆机将果实制成匀浆；加入果胶酶降低匀浆液的黏稠度，使细胞分散，减少固形物；过滤、收集滤液；浓缩保存；制作产品时，稀释后加入浑浊剂。

果汁品质好坏的判断指标：澄清效果和口感。要使果汁澄清应同时使用果胶酶和果胶甲酯酶，因为如果不能使果胶完全降解成半乳糖醛酸，则不可能减少水果组织的分散性，使许多水果中的固形物不能被除去，从而降低果汁的营养成分，影响其澄清度。

实验5：加酶洗衣粉的使用条件和效果

1. 洗衣粉的主要成分是阴离子表面活性剂，如十二烷基硫酸钠。在溶液中溶解分散时，能优先吸附在各种界面上（如油与水的界面），起到降低表面张力（表面或界面的自由能）、改变体系界面状态的作用。一般表面活性剂中含有疏水基团和亲水基团，在洗涤过程中起到乳化和通透作用，使衣服中的脂肪类物质溶入水中。

2. 洗衣粉中所用的酶一般都是粗提物，除蛋白酶（多是内切酶，将蛋白质水解成小分子多肽）外，还可添加淀粉酶、纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、脂肪酶等。酶作用的对象是待洗涤物中的污渍等物质（一般有血、汗、油、色素和食物的汁液等，化学成分无非是淀粉、蛋白质和脂质类），酶使这些物质水解成水溶性物质。加酶是为了提高洗衣粉的去污能力，也可起到保护织物和使织物柔软的作用。但是不能用加酶洗衣粉洗丝绸和毛织品。脂肪酶（只能水解由羟基和羧基形成的酯键）对粘有矿物油的棉布也不起作用（酶具有专一性）。

3. 通常，使用加酶洗衣粉的最适温度（酶促反应速度最快的温度）在40℃左右，大部分酶在60℃时变性，高于最适温度时会降低反应速度，变性的酶会丧失其应有的作用。加酶洗衣粉除了具有表面活性剂的作用外，还有各种水解作用，更有利于去除污渍。

实验6：α—淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测

1. 固定化酶（固相酶或水不溶性酶）就是将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上，使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂。固定化的方法有吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等。将固定化酶装柱，当底物经过该柱时，在酶的作用下转变为产物。其优点是：①使酶固定化后有一定的机械强度，催化反应的过程可管道化、连续化和自动化；②酶不会溶解在催化反应的溶液中，使产物更易纯化；③固定化酶可反复使用，更经济，更利于工厂化生产；④固定化酶提高了酶的稳定性，可较长时间贮存和使用。

2. 本实验内容是用吸附法将α—淀粉酶固定在石英砂上。一定浓度的淀粉溶液经过固定化酶柱后，可使淀粉水解成糊精。用淀粉指示剂（KI—I₂）溶液测试，流出物呈红色，表明水解产物糊精生成。

3. 酶作为生物催化剂与一般催化剂的共同特点：①用量少而催化效率高；②不改变化学反应的平衡点，酶本身在反应前后也不发生变化；③可降低反应的活化能。酶的特性：①催化效率高；②高度的专一性；③易失活；④有些酶的催化活力与辅酶、辅基和金属离子有关。

4. 如何证明洗涤固定化淀粉酶柱的流出液中没有淀粉酶？可在试管中加入可溶性淀粉液，再加入几滴淀粉酶柱的流出液，混合后用手握住试管使温度增加，几分钟后加入1－2滴KI－I₂ 指示剂，如果混合液仍显蓝色，即可断定流出液中没有淀粉酶。用固定在石英砂上的淀粉酶柱再作用于淀粉液，使其自柱中流出，这样，作用的结果才能表明是淀粉酶的固相酶作用的结果。

典型例题

知识点一：实验4 果汁中的果胶和果胶酶

例：下列关于果胶酶的叙述，正确的是 （ ）

①由具有分泌功能的细胞产生 ②凡是活细胞都能产生果胶酶③果胶酶能将果胶分解成半乳糖醛酸 ④植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶 ⑤果胶酶特指分解果胶的一种酶⑥纤维素酶和果胶酶可用于去除植物细胞壁 ⑦组成果胶酶的基本单位是氨基酸或核苷酸

A. ①②⑤ B. ②③⑦ C. ③④⑥ D. ③④⑤

解析：①错误。有些微生物不分泌果胶酶，果胶酶存在于其细胞质中。②错误。活的细胞不一定能产生果胶酶。比如，红细胞、神经细胞就不能产生果胶酶，虽然它们都是活细胞。③正确。果胶酶水解果胶的产物一般都是β－半乳糖醛酸。④正确。这三者都能产生果胶酶。不要狭隘的理解细菌不能产生果胶酶，事实上，很多工业用果胶酶都是由细菌产生的。⑤错误。果胶酶是一类酶，不是一种酶。⑥正确。这个不用解释，是课本上的原话。⑦错误。果胶酶本质上就是蛋白质。

答案：C

知识点二：实验5 加酶洗衣粉的使用条件和效果

例：根据实验过程的图解，回答下列问题：

（1）该洗衣粉中的生物活性物质是 。

（2）实验甲：纱布上的蛋白膜消失的原因是 。

（3）实验乙：纱布上的蛋白膜未消失的原因是 。

解析：加酶洗衣粉往往含有碱性蛋白酶，酶的催化作用具有专一性，能将纱布上的蛋白膜分解。而酶的催化作用受温度和酸碱度的影响，高温使酶变性失活，所以煮沸过的洗衣粉不能将蛋白膜水解成为可溶性的小分子多肽或氨基酸。

答案：（1）蛋白酶 （2）洗衣粉中的酶催化蛋白质分解 （3）煮沸使酶变性失活，不能分解蛋白质。

知识点三：实验6 α—淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测

例：用淀粉酶将玉米粉水解生成寡糖，再用糖化酶处理产生95％～97％的葡萄糖液。由于葡萄糖的甜度比蔗糖低得多，所以，利用葡萄糖异构酶将葡萄糖异构化转变成果糖，就可以解决这一问题。现通过淀粉酶、糖化酶和固定化葡萄糖异构酶，将玉米粉转化成含葡萄糖50％、果糖42％、其他糖8％的反应物，称为高果糖浆或果葡糖浆。它虽然是一种混合物，但甜度与蔗糖相同，而比葡萄糖高出许多。因此，在饮料、食品生产中大量应用。现在，一些发达国家高果糖浆的年产量已达几百万吨，高果糖浆在许多饮料的制造中已经逐渐代替了蔗糖。

请回答下列问题：

（1）在生产高果糖浆的过程中，为了使葡萄糖异构酶能够反复使用，采用了什么技术？

（2）在上述生产过程中，若直接用固定化葡萄糖异构酶处理寡糖，能得到高果糖浆吗？说明理由。

（3）为使固定化葡萄糖异构酶发挥最大的催化效果，在生产过程中需要注意什么？

（4）如何测定葡萄糖异构酶的最适pH和最适温度？写出大致的实验设计思路。

解析：（1）目前食品加工、医药等行业广泛采用了固定化酶技术，使酶可以反复使用。（2）若直接用固定化葡萄糖异构酶处理寡糖，不会得到高果糖浆，原因是葡萄糖异构酶只能作用于葡萄糖，使之转化为果糖，而对寡糖不起作用，这是由酶的专一性决定的。（3）由于葡萄糖异构酶是生物催化剂，它需要适宜的温度和适宜的pH。（4）酶的最适温度和最适pH是人们在长期的摸索中得出的，一般测定方法是将温度或pH作为自变量，设置合理的梯度，通过比较生成物的量来确定。

答案：（1）固定化酶技术。（2）不能。葡萄糖异构酶具有专一性。（3）控制生产过程中的温度和pH值。（4）配制浓度相同的酶溶液，设置合理的温度（或pH）梯度与足量葡萄糖混合，经过相同的时间后，测定果糖的生成量即可确定葡萄糖异构酶的最适温度（或pH）。

提分技巧

1. 制作果汁的最佳条件可归纳为以下几点：

制造出品质最好的果汁应做到：

（1）尽量保留水果中的营养成分；

（2）具有水果的原始口味；

（3）有更多的固形物；

（4）分散程度好，不沉淀，不上浮；

（5）有水果的原始色彩

（6）除去所有的机械组织，更易消化。

因此，能使最多的水果成分溶解或分散在果汁中的条件就是最佳条件，实现这些条件的方法要温和，对人体无害。

2. 果汁酶在制作果汁中起到的作用有以下几点：

（1）果胶在细胞间起粘连作用，也是果汁中的成分，加入果胶酶可将细胞离析，增加固形物的分散度。

（2）降低了水果匀浆悬液的黏度，有利于过滤掉不溶物，并使果胶分解成半乳糖醛酸。

（3）还可用于果酒澄清，同时也可作为洗衣粉的添加剂。

预习导学

一、预习新知

第三部分 生物技术在食品加工中的应用

1. 运用发酵食品加工的基本方法。

2. 测定食品加工中可能产生的有害物质。

3. 制作葡萄酒和果酒。

4. 制作果醋。

二、预习点拨

探究任务：实验8 果酒及果醋的制作

【反思】（1）如何制作葡萄酒和果酒？

（2）如何制作果醋？

同步练习

（答题时间：50分钟）

一、选择题

1. 下列关于果胶酶的说法，正确的是（ ）

A. 果胶酶可以分解细胞壁的主要成分——纤维素

B. 果胶酶催化作用不受温度的影响

C. 果胶酶不特指某种酶，而是分解果胶的一类酶的总称

D. 果胶酶的化学本质是蛋白质或RNA

2. 与果胶酶本质不相同的物质是（ ）

A. 抗体 B. 胰岛素 C. 载体 D. 性激素

3. 在果汁加工中，果胶不仅会影响出汁率，还会使果汁浑浊，因此应加入果胶酶去除果胶，这表现出酶的（ ）

A. 多样性 B. 高效性 C. 专一性 D. 受温度影响

4. 下列说法不正确的是（ ）

A. 虽然实验的变量发生了变化，但通过设置梯度来确定最适值的思想方法是不变的

B. 植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶

C. 通过测定滤出的苹果汁的体积大小无法判断出果胶酶活性的高低

D. 人们使用果胶酶、纤维素酶等来解决制作果汁时遇到的问题

5. 在果汁生产工业中主要应用的酶包括（ ）

A. 淀粉酶、果胶酶 B. 脂肪酶、淀粉酶

C. 果胶酶、纤维素酶 D. 蛋白酶、纤维素酶

6. 下列不是影响果汁产量的因素是（ ）

A. pH B. 温度 C. 酶的数量 D. 苹果的使用量

7. 下列关于影响果胶酶对澄清果汁获得率的实验叙述，错误的是（ ）

A. 遵循单一变量原则 B. 分清实验组和对照组

C. 温度变化的设置是随意的 D. pH变化的梯度应该一致

8. 下列说法不正确的是（ ）

A. 酸碱度和温度是通过影响酶的活性来影响果汁产量的

B. 酶的数量越多，果汁产量越多

C. 酶的催化反应时间能够影响果汁的产量

D. 苹果泥的数量也能够影响果汁的产量

9. 啤酒放久后会产生蛋白质沉淀而出现浑浊，加入少量萝卜蛋白酶可以分解这些蛋白质，防止浑浊，但加入其他酶则无济于事，这可作为验证下列哪一观点的实例（ ）

A. 酶的催化作用受环境的影响 B. 酶的化学成分主要是蛋白质

C. 酶的催化作用具有高效性 D. 酶的催化作用具有专一性

10. 下列对于果胶酶对澄清果汁获得率影响的实验中，所加明胶、活性炭等物质的作用，叙述不正确的是（ ）

A. 和果胶发生反应 B. 吸附 C. 沉淀 D. 过滤

11. 果胶酶常在0－4℃下保存，其原因是（ ）

A. 此温度条件下，果胶酶的活性最高

B. 此温度条件下，果胶酶变性失活

C. 低温可降低酶的活性，但果胶酶不变性失活

D. 自然条件下，果胶酶常在0－4℃下发生催化作用

二、填空题

12. 工业上生产果汁时，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，某学生设计了如下实验：

⑴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）

⑵将由步骤（1）处理后的果胶酶和苹果泥混合，再次在10℃水浴中恒温处理10分钟（如图B）

⑶将由步骤（2）处理后的混合物过滤，收集滤液，测量果汁量（如图C）。

⑷在不同温度条件下重复以上实验步骤，并记录果汁量，结果如下表：

温度/℃	10	20	30	40	50	60	70	80
出汁量/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）果胶酶能破除果肉细胞壁，是因为果胶酶可以促进果肉细胞壁中_____的水解。

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

（3）实验步骤（1）的目的是_________________________。

13. 为探究洗衣粉加酶后的洗涤效果，现将一种无酶洗衣粉分成三等份，进行三组实验。在甲、乙两组洗衣粉中加入一种或两种酶，丙组不加酶，在不同温度下清洗同种化纤布上的两种污渍，其他实验条件均相同，下表为实验记录。请回答下列问题。

水温/℃	10			20			30			40			50
组别	甲	乙	丙	甲	乙	丙	甲	乙	丙	甲	乙	丙	甲	乙	丙
清除血渍所用的时间/min	67	66	88	52	51	83	36	34	77	11	12	68	9	11	67
清除油渍所用的时间/min	93	78	95	87	63	91	82	46	85	75	27	77	69	8	68

（1）提高洗衣粉去污能力的方法有________。甲组在洗衣粉中加入了________。乙组在洗衣粉中加入了_________。

（2）甲、乙两组洗涤效果的差异，说明酶的作用具有_________。

（3）如果甲、乙、丙三组均在水温为80℃时洗涤同一种污渍，请比较这三组洗涤效果之间的差异并说明理由。 。

（4）加酶洗衣粉中的酶是由特殊的化学物质包裹的，遇水后包裹层很快溶解，释放出来的酶迅速发挥催化作用。请说明这是否运用了酶的固定化技术并说明理由。

14. 下图为酵母细胞固定化及其应用的相关图解，请据图回答：

（1）某实验小组利用海藻酸钠制备固定化酵母细胞，应使用图甲中的方法（ ） （填出号码及名称）。而制备固定化酶则不宜用此方法，原因是 。

部分同学实验制得的凝胶珠如图乙所示，其原因可能有 、 等。

（2）某实验小组用图丙所示的装置来进行葡萄糖发酵。a 是固定化酵母，b是反应柱。从上端漏斗中加入反应液的浓度不能过高的原因是 。为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复利用，实验过程一定要在 条件下进行。装置中的长导管所起的作用是 。

试题答案

1. C 2. D 3. C 4. C 5. C 6. C 7. C 8. B 9. D 10. A 11. C

12. ⑴ 果胶 ⑵40 最高 温度升高，酶的活性降低了 ⑶ 保证果汁与果胶酶混合前后的温度相同，避免因混合导致温度变化而影响果胶酶活性。

13.（1）加酶和适当提高温度 蛋白酶 蛋白酶和脂肪酶 （2）专一性 （3）没有差异，因为高温使酶失活 （4）未运用酶的固定化技术，因为酶未固定在不溶于水的载体上，也不能重复利用。【解析】丙组为对照实验，目的是排除无关变量的干扰。清除污渍所用时间越短，说明酶的去污能力越强。通过表格数据可以看出，适当提高温度可以提高酶的催化能力。加酶后，去污效果也有明显提高。甲组能消除血渍而不能消除油渍，说明甲组洗衣粉含有蛋白酶，而不含有脂肪酶。乙组能清除血渍和油渍，说明乙组洗衣粉中加入了蛋白酶和脂肪酶。根据甲、乙两组的洗涤效果的差异，说明酶的催化作用具有专一性。由于高温使酶变性失活，所以甲、乙、丙三组在80℃水温条件下洗涤同一种污渍，效果无差异。因为酶没有固定在不溶于水的载体上，也不能反复利用，因此在加酶洗衣粉的生产中未运用酶的固定化技术。

14. （1）③包埋法 酶分子很小，容易从包埋材料中漏出 海藻酸钠浓度过高 注射器中的溶液推进速度过快（或针筒口离CaCl₂液面距离过近，高度不够）

（2）葡萄糖溶液的浓度过高会使酵母细胞因失水过多而死亡 无菌 释放CO₂，防止空气中的杂菌进入反应柱。