2019-2020年高中生物 4.1《果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用》教案 新人教版選修1.doc

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2019-2020年高中生物 4.1《果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用》教案 新人教版選修1 [教學目標] 1．簡述果膠酶作用。 2．檢測果膠酶活性。 3．探究溫度和pH對果膠酶活性影響。 4．探究果膠酶的最適用量，搜集有關(guān)果膠酶應用的資料。 [教學重點] 探究溫度和pH對果膠酶活性影響 [教學難點] 探究果膠酶的最適用量 [教學過程] 討論：果汁生產(chǎn)中存在的問題? （1、果肉的出汁率低,耗時長．2、榨取的果汁渾濁，黏度高，易發(fā)生沉淀．） 怎么能夠提高水果的出汁率并使果汁變得澄清？ 在生產(chǎn)上，使用果膠酶、纖維素酶等解決。 果膠酶有什么作用？ 一、基礎知識 （一）酶的基礎知識 回憶：在高一我們學習過有關(guān)酶的知識，請回憶以下問題， 1、酶的概念：酶是活細胞所產(chǎn)生的具有生物催化作用的一類特殊的有機物； 2、酶的本質(zhì)：蛋白質(zhì)（大多數(shù)）或RNA； 基本組成單位：氨基酸或核糖核苷酸 3、酶的功能：在各種化學反應中起催化作用。 原因：酶能降低化學反應的活化能，從而使反應能夠迅速的進行。 4、酶的特性 （1）高效性： 酶的催化效率是無要催化劑的107～ 1013倍。 （2）專一性： 一種酶只能催化一種化合物或一類化合物的化學反應。 （3）需要適宜的條件： 適宜的溫度、適宜的PH值。 （二）果膠酶的作用 閱讀課本P42的內(nèi)容，回答以下問題： （1）細胞壁的組成成分？ （2）果膠的單體是什么？ （3）果膠酶的作用？ 1、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。 思考：要破壞植物的細胞壁，你有什么方法？結(jié)果一樣嗎？ 2、果膠對果汁制作的影響： 影響果汁的出汁率，還會使果汁渾濁。 3、果膠酶： 它是分解果膠的一類酶的總稱，包括半乳糖醛酸酶、果膠分解酶、果膠酯酶等。 果膠酶 果膠 半乳糖醛酸 4、果膠酶在果汁制作中的作用 ① 分解果膠，瓦解植物的細胞壁及胞間層；使果膠水解為半乳糖醛酸。 ② 提高水果的出汁率，并使果汁變得澄清。 （三）酶的活性與影響酶活性的因素 1、酶的活性： 指酶催化一定化學反應的能力。 2、酶催化能力高低的衡量標準 在一定的條件下，酶所催化的某一化學反應的反應速度。 酶反應速度用單位時間內(nèi)、單位體積中反應物的減少量或產(chǎn)物的增加量來表示。 3、影響酶活性的因素： ①溫度 A、溫度對酶的影響 在較低溫度時，隨著溫度的升高，酶的活性也逐漸提高，達到最適溫度時，酶的催化能力最高，但高于最適溫度后，酶的催化能力迅速下降，最后完全失去催化能力。 B、果膠酶的最適溫度 果膠酶的最適溫度為45～500C。 C、討論：高溫使酶的活性喪失后，酶的活性可否恢復？為什么？ 不能恢復，因高溫破壞了酶的分子結(jié)構(gòu)，高溫對酶造成不可逆的破壞。但低溫使酶的活性喪失后，緩慢恢復其溫度活性仍可恢復。 ②pH： A、 pH對酶的影響 酶的催化能力的發(fā)揮有一個最適pH ，在低于最適pH時，隨著pH的升高，酶的催化能力也相應升高，高于最適pH時，隨著pH的升高，酶的活性逐漸下降，pH過高或過低會使蛋白質(zhì)變性，當?shù)鞍踪|(zhì)變性后，酶也就完全喪失了活性。 B、果膠酶的最適pH 果膠酶的最適pH范圍為3.0～6.0。 ③酶的抑制劑： Fe3＋、Ca2＋、Zn2＋等金屬離子對果膠酶有抑制作用。 你知道這些離子為什么能抑制酶的活性？ （四）果膠酶的用量 1、酶的生產(chǎn) ①提取法： 采用各種技術(shù)，直接從動物或微生物的細胞或組織中將酶提取出來（在原料充分的地區(qū)得以應用）。 ②發(fā)酵法： 通過微生物發(fā)酵來獲得人們所需的酶（20世紀50年代以來生產(chǎn)酶的主要方法），如用曲霉、青霉等微生物發(fā)酵生產(chǎn)果膠酶。 ③化學合成法： 成本比較高，只能合成已知結(jié)構(gòu)的酶。 2、控制酶的用量 為了果膠酶得到充分的利用，節(jié)約成本，需要控制好酶的用量。 二、實驗設計 （一）探究溫度對果膠酶活性的影響 1、實驗原理 果膠酶的活性受溫度影響。處于最適溫度時，活性最高。果肉的出汁率、果汁的澄清度與果膠酶的活性大小成正比。 2、實驗操作流程 你能設計嗎？ （1）獲取蘋果泥； （2）保溫——蘋果泥和果膠酶分別進行；（多個溫度） （3）混合后保溫； （4）過濾。 討論：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？ 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。 （二）探究pH對果膠酶活性的影響 1、實驗原理 果膠酶的活性受pH影響，處于最適pH，酶的活性最高，高于或低于此值活性均下降。果肉的出汁率、果汁的澄清度與果膠酶的活性大小成正比。 2、實驗操作流程 你能設計嗎？ 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？ 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應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。 在探究溫度或pH的影響時，是否需要設置對照？如果需要，又應該如何設置？為什么？ 需要設置對照實驗，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。 4、果膠是植物細胞壁以及胞間層的主要成分之一。果膠酶能夠分解果膠，從而分解植物的細胞壁及胞間層。在果汁生產(chǎn)中應用果膠酶可以提高果汁的澄清度。下面是師大附中某研究性學習小組同學在“探究果膠酶催化果膠水解的適宜pH”的課題過程中遇到的問題。 （1）本課題實驗步驟中，在完成“燒杯中分別加入蘋果泥（假定pH的改變對蘋果泥成分無影響），試管中分別注入果膠酶溶液、編號、編組”之后，有下面兩種操作： 方法一：將試管中的果膠酶溶液和燒杯中的蘋果泥相混合，再把混合液的pH分別調(diào)至4、5、6……10。 方法二：將試管中果膠酶溶液和燒杯中蘋果泥的pH分別調(diào)到4、5、6……10，再把pH相等的果膠酶溶液和蘋果泥相混合 請問哪一種方法更為科學： ，并說明理由： 方法二的操作能夠確保酶的反應環(huán)境從一開始達到實驗預設的pH（或“方法一的操作會在達到預定pH之前就發(fā)生了酶的催化反應”）。 （2）實驗步驟中有玻璃棒攪拌的操作，其目的是使 以減少實驗誤差。（酶和反應物（果膠）充分地接觸） （3）如果用曲線圖的方式記錄實驗結(jié)果，在現(xiàn)有的條件下，當橫坐標表示pH，縱坐標表示 果膠分解速率 ，該實驗操作和記錄是比較切實可行的。根據(jù)你對酶特性的了解，在下圖中選擇一個最可能是實驗結(jié)果的曲線圖： 甲 。若實驗所獲得的最適宜pH=m，請你在所選的曲線圖中標出“m”點的位置。 （“m”點的位置如右圖所示，m點標在曲線上的不給分） (三)探究果膠酶的用量 1、實驗原理 在一定的條件下，隨著酶濃度的增加，果汁的體積增加；當酶濃度達到某一數(shù)值后，在增加酶的用量，果汁的體積不再改變，此值即是酶的最適用量。 2、實驗操作 請你設計。 （1）配制不同濃度的果膠酶溶液和制備水果泥； ①配制不同濃度的果膠酶溶液 準確稱取純的果膠酶1mg、2mg、3mg、4mg、5mg、6mg、7mg、8mg、9mg，配制成相等體積的水溶液，取等量放入9支試管中，并編號1～9。 ②制備水果泥 攪拌器攪拌制成蘋果泥并稱45g，等量裝入9支試管中，并編號1～9。 （2）將上述試管放入恒溫水浴加熱一段時間。 （3）將不同濃度的果膠酶分別迅速與各試管的蘋果泥混合，然后再放入恒溫水箱中。 （4）恒溫水浴約20分鐘 （5）過濾后測量果汁的體積 在最適溫度和pH條件下制作1升蘋果汁，使用多少果膠酶最合適？ 一般為50mg/l左右，因為用此濃度處理果汁2～4小時后果汁率增加10％后不再增加。