2019-2020年高中生物 4.1果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用同步訓(xùn)練（含解析）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)中的作用同步訓(xùn)練（含解析）新人教版選修1 目標導(dǎo)航　1.簡述果膠酶的作用。2.檢測果膠酶的活性。3.探究溫度、pH和酶的抑制劑對果膠酶活性的影響及果膠酶的最適用量。 一、基礎(chǔ)知識 1．果膠酶的作用 (1)果膠的成分及作用：果膠是植物________以及________的主要組成成分之一，它是由________________聚合而成的一種高分子化合物，不溶于水。 (2)果膠酶的作用：果膠酶能夠把果膠分解成可溶性的________________。 (3)果膠酶的組成：果膠酶并不特指某一種酶，而是____________的一類酶的總稱，包括________________、________________和____________等。 提醒　由于原核生物的細胞壁的主要成分是肽聚糖，真菌細胞壁的主要成分是幾丁質(zhì)，因此這兩類生物的細胞壁均不能用纖維素酶和果膠酶除去。 (4)果膠酶的來源：______、________、________和________均能產(chǎn)生果膠酶。由________發(fā)酵生產(chǎn)的果膠酶是食品加工業(yè)中使用量最大的酶制劑之一，被廣泛地應(yīng)用于果汁加工業(yè)。 2．酶的活性與影響酶活性的因素 (1)酶的活性：是指酶________________的能力。酶活性的高低可以用在一定條件下，酶所催化的某一化學(xué)反應(yīng)的____________來表示。 (2)酶的反應(yīng)速度：用____________內(nèi)、____________中反應(yīng)物的________或產(chǎn)物的________來表示。 影響酶活性的因素主要有________、________和____________等。 3．酶的用量 酶用量過多，會導(dǎo)致酶的________；酶用量過少，會________酶促反應(yīng)的速度。因此要得到適宜的酶用量，需通過設(shè)計實驗進行探究。 二、實驗設(shè)計 1．探究溫度對酶活性的影響 (1)實驗原理 ①果膠酶活性受溫度影響。在一定范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，酶的活性逐漸________；超過一定溫度之后，隨著溫度的升高，酶的活性逐漸降低；當達到一定溫度后，酶的活性____________。酶的活性隨溫度的升高而變化的趨勢可用下圖表示： ②通過測定____________內(nèi)濾出的________________大小來判斷果膠酶的活性的原理是：果膠酶將果膠分解為可溶性的半乳糖醛酸，半乳糖醛酸可通過濾紙，因此________________和________________反映了果膠酶催化分解果膠的能力。在不同的溫度和pH條件下，果膠酶的活性越高，蘋果汁的體積就________，同時果汁也越________。 (2)實驗操作流程 各取一支分9組，分別放入30℃、35℃、40℃、45℃、 50℃、55℃、60℃、65℃和70℃的恒溫水箱中恒溫加熱 ↓ ↓ 恒溫保持10 min ↓ 比較果汁的澄清度，或過濾果汁，用量筒測量果汁的 量，并記錄結(jié)果 (3)記錄結(jié)果 實驗溫度 30℃ 35℃ 40℃ 45℃ 50℃ 55℃ 60℃ 65℃ 70℃ 果汁量 (mL) (4)實驗分析 ①本實驗的實驗對象是____________，溫度為________，屬于探究性的定量實驗。這類實驗的自變量通常是通過設(shè)置梯度來確定最適值。第一輪實驗設(shè)置的梯度差通常較大，縮小范圍后，在第二輪實驗中可設(shè)置較小的梯度差。酶遇高溫變性后，很難再恢復(fù)活性，不宜再回收利用。 ②在混合蘋果泥和果膠酶之前，要將蘋果泥和果膠酶分裝在不同的試管中恒溫處理，其目的是____________________________相同，避免蘋果泥與果膠酶混合時影響混合物的溫度，從而影響果膠酶的活性。 提醒　(1)探究不同溫度(或pH)對果膠酶活性的影響，溫度(或pH)為自變量，且應(yīng)嚴格控制其他無關(guān)變量均相同，通過設(shè)置合理的溫度(或pH)梯度來確定最適值。 (2)在蘋果泥和果膠酶混合之前，一定要保證底物和酶先達到相同的條件(溫度或pH)，避免混合后條件發(fā)生變化，以確保實驗結(jié)果的準確性。 2．探究pH對酶活性的影響 (1)實驗原理 大部分酶的活性受pH的影響，在一定pH下，酶促反應(yīng)具有最大速度，高于或低于此pH，反應(yīng)速度都下降，通常稱此pH為酶反應(yīng)的________。 pH對酶活性的影響可用下圖表示： (2)實驗流程及注意問題 ①用攪拌器攪拌制取蘋果泥，蘋果泥來源要________(最好是同一個蘋果)。 注意　制取蘋果泥時，可先將蘋果切成小塊放入攪拌器中，加入適量的水后再進行攪拌；如果用橙子做實驗，不必去皮。 ②將分別裝有________和________的試管在恒溫水浴中保溫。 注意　a．蘋果泥的用量和果膠酶的用量比例要適當。 b．恒溫水浴的溫度可用上一實驗測出的最適溫度。 ③將蘋果泥和果膠酶分別加入9組實驗用的試管中(pH梯度可設(shè)置為5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0)，并快速混合調(diào)節(jié)pH。 注意　a．在探究不同pH對果膠酶活性的影響時，可以用體積分數(shù)為0.1%的NaOH溶液或鹽酸調(diào)節(jié)pH。 b．在用果膠酶處理蘋果泥時，為了使果膠酶能夠充分地催化反應(yīng)，應(yīng)用玻璃棒不時地攪拌反應(yīng)混合物。 ④放進恒溫水浴中反應(yīng)一段時間。 ⑤將試管中混合物過濾，并用量筒量取果汁體積，比較果汁多少。 ⑥記錄實驗結(jié)果，確定最適pH。 pH 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 果汁量(mL) 3.探究果膠酶的用量 (1)實驗原理 實驗中如果隨著酶的用量增加，過濾到的果汁的體積也增加，說明酶的____________；當酶的用量增加到某個值后，再增加酶的用量，過濾到的果汁的體積____________，說明酶的用量已經(jīng)足夠，那么，這個值就是酶的____________。 (2)實驗流程 ①準確稱取純的果膠酶1 mg、2 mg、3 mg、4 mg、5 mg、6 mg、7 mg、8 mg、9 mg，配制成________體積的酶的水溶液，取等量放入9支試管中，依次編號為1～9號。 制取蘋果泥并稱45 g蘋果泥，分裝入9支試管中，每支試管中分裝5 g，依次編號為1～9號。 ②將上述分別裝有果膠酶和蘋果泥的試管放入37℃的恒溫水浴中平衡內(nèi)外溫度。 ③一段時間后將不同濃度的果膠酶分別迅速與各試管的蘋果泥混合，然后再放入恒溫水浴中。 ④記錄反應(yīng)時間，約20 min。 ⑤過濾后測量果汁體積。 試管 1 2 3 4 5 6 7 8 9 果汁量(mL) (3)結(jié)果分析及評價 ①溫度和pH在很大程度上對酶的空間結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生巨大的影響。 ②因有其他無關(guān)變量影響，實際用量比理論值稍多。一般為50 mg/L左右，因為用此濃度處理果汁2～4 h后出汁率增加10%后不再增加。當然，不同果汁的使用量有較大差別。 ③實驗中所用的果膠酶盡量使用其純酶制劑或不含抑制物的粗酶制劑，以免影響對酶用量的估算。 知識點一　果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用 1．下列關(guān)于果膠酶的說法，正確的是(　　) A．果膠酶可以分解細胞壁的主要成分——纖維素 B．果膠酶是由半乳糖醛酸聚合而成的一種高分子化合物 C．果膠酶不特指某種酶，而是分解果膠的一類酶的總稱 D．果膠酶的化學(xué)本質(zhì)是RNA 2．果膠酶的作用底物是果膠，下列有關(guān)敘述正確的是(　　) A．果膠是植物細胞壁以及胞間層的主要組成成分之一 B．果膠酶可催化果膠分解成可溶性的半乳糖，使得渾濁的果汁變澄清 C．果膠是由半乳糖聚合而成的一種高分子化合物 D．果膠酶就是果膠分解酶的簡稱 知識點二　實驗設(shè)計 3．探究溫度對果膠酶活性的影響、pH對酶活性的影響、果膠酶的用量三個實驗中，實驗變量依次為(　　) A．溫度、酶活性、酶用量 B．蘋果泥用量、pH、果汁量 C．反應(yīng)時間、酶活性、酶用量 D．溫度、pH、果膠酶用量 4．下列操作錯誤的是(　　) A．用橙子做本課題的實驗，應(yīng)去掉橙皮 B．用體積分數(shù)為0.1%的NaOH溶液或鹽酸調(diào)節(jié)pH C．為了使果膠酶能夠充分地進行催化反應(yīng)，應(yīng)用玻璃棒不時地攪拌反應(yīng)混合物 D．制作蘋果泥時，可先將蘋果切成小塊放入榨汁機中 一、選擇題 1．在不損傷高等植物細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下，下列哪種物質(zhì)適于除去細胞壁(　　) A．蛋白酶 B．鹽酸 C．果膠酶 D．淀粉酶 2．下圖曲線表示的是溫度和果膠酶活性之間的關(guān)系，下列敘述錯誤的是(　　) A．在B點之前，果膠酶的活性和溫度成正比，之后，成反比 B．當溫度到B點時，果膠酶的活性最高，酶的催化作用最高 C．A點時，果膠酶的活性很低，但隨著溫度升高，果膠酶的活性可以上升 D．C點時，果膠酶的活性也很低，當溫度降低時，酶的活性也可以上升 3．下列關(guān)于果膠酶作用的敘述，錯誤的是(　　) A．果膠酶是一種催化劑，可以改變反應(yīng)速度 B．果膠酶能夠分解果膠，瓦解植物的細胞壁及胞間層 C．在果汁中加入果膠酶后可使果汁變得澄清 D．果膠酶能將乳糖醛酸分解成半乳糖醛酸 4．下列各項能表示酶活性高低的是(　　) A．單位時間、單位體積內(nèi)反應(yīng)物的總量 B．一段時間后生成物的總量 C．一段時間后，一定體積中消耗的反應(yīng)物的量 D．單位時間內(nèi)、單位體積中反應(yīng)物的減少量或產(chǎn)物的增加量 5．在“探究溫度對酶活性的影響”實驗中，下列說法不正確的是(　　) A．可準備一組燒杯，分別盛有不同溫度的水 B．將蘋果泥和果膠酶混合后放在不同溫度的燒杯中恒溫水浴處理 C．不同溫度梯度之間可相互對照 D．溫度過高時，果膠酶會變性失活 6．在“探究pH對酶活性的影響”實驗中，不正確的是(　　) A．自變量是不同的pH梯度 B．控制不變的量有溫度、底物濃度、酶濃度、反應(yīng)時間等 C．可通過測定濾出的果汁體積判斷果膠酶的最適pH D．pH過低時，果膠酶活性變小，但不失活 7．在“探究果膠酶的用量”實驗中，下列說法不正確的是(　　) A．實驗時可配制不同濃度的果膠酶溶液 B．底物濃度一定時，隨酶用量的增大濾出的果汁增多 C．本實驗應(yīng)控制在適宜溫度和pH條件下 D．反應(yīng)液的pH必須相同 8．下列關(guān)于果膠酶的敘述，正確的是(　　) ①具有分泌功能的細胞產(chǎn)生的　②凡是活細胞都能產(chǎn)生果膠酶?、酃z酶能將果膠分解成半乳糖醛酸　④植物、霉菌、酵母菌和細菌均能產(chǎn)生果膠酶?、莨z酶特指分解果膠的一種酶?、蘩w維素酶和果膠酶可用于去除植物細胞壁?、呓M成果膠酶的基本單位是氨基酸或核苷酸 A．①②⑦ B．②③⑥ C．③④⑥ D．③④⑤ 二、簡答題 9．某同學(xué)用實驗來探究pH對果膠酶活性的影響。他準備了5份含有等量果膠酶溶液的試管，用0.1%的氫氧化鈉或鹽酸溶液調(diào)節(jié)至不同的pH，每支試管加五塊0.1 cm3的正方體蘋果塊，試管均置于25℃室溫條件下。 (1)請你幫助選取pH梯度：__________________________________________________。 (2)請設(shè)計兩種方法改進實驗，使實驗在更短時間內(nèi)完成。 ________________________________________________________________________。 (3)生成果汁的量與酶活性強弱的關(guān)系是：____________________________________ ________________________________________________________________________。 可根據(jù)__________________________________________________________________來判斷最適pH。 (4)為確認澄清果汁的大量生成是由于果膠酶的作用，還應(yīng)對實驗進行怎樣的設(shè)計？________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 10．我國水果生產(chǎn)發(fā)展迅速，由于收獲的季節(jié)性強，易造成積壓，腐爛變質(zhì)，為了解決上述問題且滿足不同人群的需求，可以將水果加工制作成果汁、果酒、果醋等。在果汁生產(chǎn)中要用到果膠酶，某生物研究小組為了探究果膠酶的某些特性，進行了如下實驗： (1)實驗方法：按如圖所示的順序進行操作。 (2)實驗結(jié)果：對照組與實驗組進行了相同時間的實驗，結(jié)果如下圖所示： ①圖中自變量是溫度，除此之外還可用__________來表示。 A．酶的濃度 B．蘋果泥的量 C．水的加入量 D．pH ②圖中的縱坐標還可用________________來表示。 ③實驗小組改變了實驗條件后重復(fù)做以上實驗，得到曲線乙，蘋果汁的澄清度最高點對應(yīng)的橫坐標是同一位置的原因是： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ④步驟b中在果膠酶和蘋果泥混合前，將兩者分裝在不同試管中，恒溫的目的是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 第12課時　果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用 知識清單 一、1.(1)細胞壁　胞間層　半乳糖醛酸　(2)半乳糖醛酸 (3)分解果膠　多聚半乳糖醛酸酶　果膠分解酶　果膠酯酶　(4)植物　霉菌　酵母菌　細菌　霉菌 2．(1)催化一定化學(xué)反應(yīng)　反應(yīng)速度　(2)單位時間　單位體積　減少量　增加量　溫度　pH　酶的抑制劑　3.浪費　限制 二、1.(1)①增強　全部喪失　②單位時間　蘋果汁的體積 蘋果汁的體積大小　果汁的澄清度　越大　澄清　(4)①酶的活性　自變量?、诒ＷC底物和酶在混合時的溫度 2．(1)最適pH　(2)①相同　②蘋果泥　果膠酶 3．(1)用量不足　不再改變　最適用量　(2)①相等 對點訓(xùn)練 1．C　[因為酶具有專一性，因此果膠酶只能分解果膠而不能分解纖維素，因此A錯誤；半乳糖醛酸是果膠的組成單位，而不是果膠酶的組成單位，因此B錯誤；果膠酶是能夠分解果膠的一類酶的總稱，其化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，基本組成單位是氨基酸，因此D錯誤。] 規(guī)律鏈接　(1)能夠產(chǎn)生果膠酶的生物包括植物、霉菌、酵母菌和細菌等，食品工業(yè)生產(chǎn)中需要的果膠酶主要來自霉菌發(fā)酵?？缮晒z酶的霉菌有黑曲霉、米曲霉和文氏曲霉等。培養(yǎng)曲霉可用液體培養(yǎng)法，需添加果膠作為誘導(dǎo)物。 (2)纖維素與果膠的比較 相同點 不同點 纖維素 ①都是高分子化合物 ②都不溶于水 ③都參與細胞壁的組成 ①組成的基本單位：葡萄糖 ②分解所需的酶：纖維素酶，將纖維素分解為葡萄糖 果膠 ①組成的基本單位：半乳糖醛酸 ②分解所需的酶：果膠酶，將果膠分解為可溶性半乳糖醛酸。 2.A　[果膠是由半乳糖醛酸聚合而成的一種高分子化合物；果膠被果膠酶分解后的產(chǎn)物是半乳糖醛酸；果膠酶是一類酶的總稱，包括多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶和果膠酯酶等。] 3．D　[實驗變量又稱自變量，指實驗中由實驗者所操縱的因素和條件，例：探究溫度對酶活性影響時，需要設(shè)置不同的溫度梯度作為對照，所以溫度就是實驗變量；同理，研究pH對酶活性影響的自變量為pH，研究果膠酶的用量實驗，實驗變量為酶的用量。] 規(guī)律鏈接　探究溫度與pH對酶活性的影響 (1)在探究溫度或pH對酶活性的影響時，需要設(shè)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。如果將溫度或pH作為變量，控制不變的量應(yīng)有蘋果泥的用量、果膠酶的用量、反應(yīng)的時間和過濾的時間等。只有在實驗中保證一個自變量，實驗結(jié)果才能說明問題。 (2)在混合蘋果泥和果膠酶之前，要將蘋果泥和果膠酶分裝在不同的試管中在同一溫度下恒溫處理。這樣可以保證底物和酶在混合時的溫度是相同的，避免了蘋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。 (3)在用果膠酶處理蘋果泥時，為了使果膠酶能充分地催化反應(yīng)，應(yīng)用玻璃棒不時攪拌。 4．A　[在用橙子制作果汁時，不必去除橙皮，這樣可以增加果汁的口味和顏色；調(diào)節(jié)pH用體積分數(shù)為0.1%的NaOH或HCl溶液；玻璃棒攪拌可使混合物均勻；制作蘋果泥時，為方便榨汁，可先將蘋果切成小塊，再放入榨汁機中。] 達標測試 1．C　[細胞壁的主要成分是纖維素和果膠，根據(jù)酶的專一性，用果膠酶和纖維素酶可達到目的。] 2．D　[從圖中可以看出隨著溫度升高，果膠酶的活性在上升，等達到B點時，酶的活性達到最高；隨后，隨著溫度的繼續(xù)上升，酶的活性迅速下降。A點和C點相比，雖然酶的活性都很低，A點是低溫條件，對酶的分子結(jié)構(gòu)無影響，所以，隨著溫度的上升，其活性也會不斷上升；而C點是高溫條件，當溫度過高時，會破壞酶的分子結(jié)構(gòu)，使酶的活性發(fā)生不可逆的變化。] 3．D　[果膠酶是催化劑，可以改變反應(yīng)速度；細胞壁和胞間層中含有果膠，在生產(chǎn)果汁時，加入果膠酶能提高出汁率，也能使果汁變得澄清；果膠酶能夠?qū)⒐z分解為可溶性的半乳糖醛酸，從而達到使果汁變澄清的目的。] 4．D　[酶活性的高低可以用在一定條件下酶所催化的某一化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度表示，而酶反應(yīng)速度是指單位時間內(nèi)、單位體積中反應(yīng)物的減少量或產(chǎn)物的增加量。] 5．B　[探究溫度對果膠酶活性影響的實驗中，應(yīng)先將裝有蘋果泥和果膠酶的試管在不同梯度的恒溫水浴中分別保溫。] 6．D　[過酸、過堿或溫度過高，都會使酶變性，永久性失活。] 7．B　[本實驗中的實驗變量是酶用量，溫度和pH屬于無關(guān)變量，因此要控制好，即每個實驗組實驗前后都應(yīng)控制相同且適宜的溫度和pH。實驗時可配制不同濃度的果膠酶溶液，也可以配制一種濃度的果膠酶溶液，使用不同的體積即可。在其他條件不變的情況下，在一定范圍內(nèi)，隨著酶用量的增多，酶促反應(yīng)速度加快，濾出的果汁也增多，當酶用量達到一定量，底物成為限制因素時，再增加酶的用量，酶促反應(yīng)速度不再增大，濾出的果汁也不再增多。此外，影響果汁產(chǎn)量的因素，除了酶用量、底物濃度外，還有溫度、pH、酶促反應(yīng)時間等。] 8．C 9．(1)5、6、7、8、9 (2)①將蘋果塊換成蘋果泥；②適當提高溫度 (3)酶活性越高，果膠分解越快，生成的果汁量越多　相同時間內(nèi)生成果汁量的多少 (4)另設(shè)計一組實驗，不加果膠酶，其他條件不變 解析　在探究pH對果膠酶活性影響的實驗中選取的pH梯度一般為5、6、7、8、9；將蘋果塊制成蘋果泥，使蘋果泥與果膠酶充分接觸，從而提高酶促反應(yīng)速度，縮短反應(yīng)的時間；在一定溫度范圍內(nèi)，適當提高反應(yīng)的溫度，也可以提高酶促反應(yīng)速度。 10．(2)①D?、谔O果汁的體積　③同一種酶的最適溫度是一定的，不會因酶的濃度、底物的量的不同而改變?、鼙ＷC底物和酶在混合時的溫度是相同的，避免底物和果膠酶混合時影響混合物的溫度，從而影響果膠酶的活性 解析　果膠酶的活性受溫度、pH等條件的影響，而與底物的量、酶的濃度和水的加入量沒有關(guān)系，所以每一種酶的最適pH和最適溫度是一定的。衡量實驗結(jié)果的指標有兩種，一個是果汁的量，另一個是果汁的澄清度。為使實驗達到相應(yīng)的設(shè)計溫度，必須使酶與底物分別保溫，達到要求后才能混合。