探究温度和pH对果胶酶催化作用的影响

●教材原有实验简介

《生物课程标准》指出“生物技术实践”模块重在培养学生设计实验、动手操作、收集证据等科学探究的能力，增进学生对生物技术应用的了解。“果胶酶在果汁生产中的作用”是人教版（选修一）《生物技术实践》专题四“酶的研究与应用”中的课题一，课题要求学生能设计实验探究温度和pH对果胶酶活性的影响以及果胶酶的最适用量，此内容与学生的日常生活联系紧密，并且又有必修一“探究影响酶活性的条件”做基础，因此对于学生来说并不困难，适合其进行实际动手操作。由于学生需要时间认识果胶酶及其作用，并设计探究实验的过程，一节课的时间明显不足，所以在实际教学过程中，学生只探究了温度对果胶酶活性的影响，其他并未进行。

●本实验改进之处

校本课程一次的学习时间通常是2个小时，时间上得到充分的保障。教师给学生准备了足够的材料和用具，学生进行四个实验的设计、操作、观察和分析，分别是：

探究果胶酶催化反应的最佳时间；

探究果胶酶的最适用量；

探究温度对果胶酶催化作用的影响；

探究pH对果胶酶催化作用的影响。

在实验操作技能和科学探究能力的培养方面，要求学生根据不同的实验目的和变量，尝试设计实验、进行实验、观察实验，并练习使用手机拍照、绘制生物曲线等多种方式对观察结果进行记录和描述。

●课前准备

1.材料

苹果泥或橙子泥。

2.药品

质量分数为2%果胶酶溶液、质量分数为5%的盐酸、质量分数为5%的NaOH溶液。

3.用具

磨浆机、试管、试管架、恒温水浴锅、温度计、漏斗、滤纸、量筒、注射器、移液枪、试管夹、pH试纸、玻璃棒、刀片、烧杯。

4.设备

带照相功能的手机。

●教学目标

1.知识技能

（1）说出果胶酶的作用。

（2）概述温度、pH的变化对果胶酶活性的影响及反应的最佳时间和最适酶的用量。

2.过程方法

（1）通过设计方案的讨论交流和评价，发展思辨、交流和评价能力。

（2）通过小组独立完成探究实验操作，明确温度对果胶酶活性的影响。

（3）通过思考讨论，掌握控制实验变量的基本原则。

3.情感态度

体验科学探究过程，激发乐于发现问题的态度，提升探索精神、创新精神和合作精神。

●课时建议

2课时

●教学过程

第一步：通过生活实际回顾果胶酶在果汁生产中的作用、果胶酶的组成、影响酶催化作用的因素，学生讨论提出可研究的实验题目，共4个。

第二步：回顾变量的知识，针对每个实验找出自变量、因变量，2人一组设计和控制变量。

第三步：学生2人一组共同完成对实验步骤的设计，并动手操作实验。如下图。

（本图摘自人民教育出版社普通高中课程标准实验教科书选修1 P43）

第四步：观察记录各实验的现象和结果，并用合适的曲线去描述，最终得出实验结论，完成实验报告。

在学生设计和实验过程中，教师指导学生注意对无关变量的合理控制，引导学生注意思考：

1.该实验是否设置了对照？

2.为什么能通过滤出的果汁量来判断果胶酶活性的高低？

3.粗略估算1L果汁的成本，与市场上果汁的价格有差异吗？(www.zuozong.com)

●板书设计

学生实验报告

探究温度和pH对果胶酶催化作用的影响

班级 __________　姓名 __________　实验日期__________

一、实验目的

定量测定果胶酶的___________。

二、实验原理

果胶酶能分解 _________， 增 大果汁的 __________，提高果汁的_______________。

三、变量设计与控制

1.实验自变量是 _______________，控制自变量的方法是利用_______________。

2.你确定的温度和pH梯度分别为_____________。

3.实验的因变量是_____________，检测因变量的方法是测定果汁的产出量或澄清度。

4.如何保证果泥与果胶酶是在设定的温度下进行的反应？

5.该实验中是否设置了对照？为什么？

四、设计实验步骤

根据上述分析，设计出你的实验步骤（用图解或文字简单描述）。如温度实验：

五、设计表格记录实验结果并用直观方式表示实验结果

思考题

本实验的自变量有哪些？你在进行实验设计时是怎样控制这些变量的？

●学生评价方案

●实验成果展示

1.学生用手机拍摄的现象

2.学生实验报告（以探究温度为例）

［优秀实验报告范例1］

［优秀实验报告范例2］

小资料

1.酶制剂在果蔬汁澄清方面的应用

果蔬中果胶、可溶性淀粉、蛋白质及微小悬浮颗粒等物质，易随榨汁的进行而混溶在果蔬汁中，导致果蔬汁的混浊或沉淀，影响产品质量。酶法澄清处理是果蔬汁加工中应用较广泛的澄清方法，常用的酶有果胶酶和纤维素酶等。Pinelo等发现蛋白酶处理能立即明显地降低樱桃汁浊度，冷藏过程中对澄清效果影响较小，果胶酶作用效果正好相反，在果胶酶中加入酚酸能进一步减小樱桃汁的浊度。酶制剂在果蔬汁澄清方面的应用较多，如Sandri等研究发现从黑曲霉中提取的果胶酶对苹果果汁、草莓果汁、椰子果汁和葡萄果汁具有较好的澄清效果，其用量是1 U/mL果汁，反应温度在30℃～50℃范围内，且此范围内温度升高对澄清效果影响不明显，作用时间在30～60min内，作用时间越长，澄清效果越好；Tu等用聚半乳糖醛酸酶处理木瓜汁，其黏度降低至17.6%，透光率升高至59.1%； Dey等从曲霉菌中提取的聚半乳糖醛酸酶澄清苹果汁，苹果汁黏度降低38%，透光率达到93%。 由于不同酶的作用机制不同，因此在果蔬汁的澄清工艺中常采用几种酶协同处理以提高澄清效果，如Diaz等在葡萄果渣和橙子皮中提取出含木聚糖酶、外切聚半乳糖醛酸酶、羧甲基纤维素酶的混合酶，发现该混合酶能降低橙子汁浊度和黏度，提高果汁的透明度；谌国莲等研究了纤维素酶、果胶酶、木瓜蛋白酶、α-淀粉酶联合使用对澄清荔枝果汁的应用，所得荔枝澄清汁与原汁相比，稳定性、可溶性固形物、总酸、总糖、还原糖和氨基酸含量均得到提高。

2.酶制剂改善果蔬汁感官品质方面的应用

果蔬汁色泽、香气、风味等感官品质是影响其质量高低的主要因素，在生产加工中保持果蔬汁色泽、避免香气与风味的损失显得尤其重要。夏美茹等发现单独使用葡萄糖氧化酶，树莓清汁易褪色，在pH为3.5时与过氧化氢酶以1∶5的比例添加0.5g/L其使用效果最好；周晶晶等发现葡萄糖氧化酶能够有效减缓百香果混浊果汁中花色苷降解速率，低温效果更明显。 因此，葡萄糖氧化酶应用于果蔬汁加工中具有多种作用。柑橘类果汁中所含的柠檬苦素、新橙皮苷和柚皮苷等易使果汁呈苦味，柚苷酶可将柠檬苦素等苦味物质转化成不含苦味的物质，用于果汁的脱苦，与淀粉酶和聚半乳糖醛酸酶共同固定用于果蔬汁中的淀粉和果胶的水解，效果比单独固定淀粉酶和果胶酶更好。 β-葡萄糖苷酶能水解结合于末端非还原的β-葡萄糖苷，同时释放出葡萄糖和相应的配基，是纤维素酶中的一种。Riou等从米曲霉中分离出可耐受高葡萄糖的β-葡萄糖苷酶，可将鲜葡萄汁中香叶醇、沉香醇、橙花醇从相应的单萜-β-葡萄糖苷中游离出来，促进果汁香气形成；潘利华等利用β-葡萄糖苷酶对胡柚汁进行脱苦，实验结果表明，200U/L的β-葡萄糖苷酶在50℃ ， pH为5的条件下处理胡柚汁1h，能保证在对Vc等营养物质损失不明显的情况下达到良好的脱苦效果，且酶的添加量对脱苦效果影响不明显；宛晓春等实验发现，β-葡萄糖苷酶能够释放柠檬汁中的萜类化合物，增加柠檬汁的香气。因此，β-葡萄糖苷酶不仅可以减缓果汁苦味，还有助于增加其香味。【刘苏苏，吕长鑫，李萌萌，等.酶制剂在果蔬汁澄清及加工中的应用研究进展［J］.食品安全质量检测学报，2014（10）：3276-3283. 】

参考文献

［1］白建秀.生物技术实践［M］.长春：吉林大学出版社，2015.