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(dāng)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：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303540455055606570果汁量(mL)(4)實驗分析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。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。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(dāng)。b恒溫水浴的溫度可用上一實驗測出的最適溫度。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。放進恒溫水浴中反應(yīng)一段時間。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。記錄實驗結(jié)果，確定最適pH。pH5.05.56.06.57.07.58.08.59.0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(dāng)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19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19號。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。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。記錄反應(yīng)時間，約20 min。過濾后測量果汁體積。試管123456789果汁量(mL)(3)結(jié)果分析及評價溫度和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。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24 h后出汁率增加10%后不再增加。當(dāng)然，不同果汁的使用量有較大差別。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RNA2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)pHC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(dāng)溫度到B點時，果膠酶的活性最高，酶的催化作用最高CA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DC點時，果膠酶的活性也很低，當(dāng)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pHDpH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()具有分泌功能的細胞產(chǎn)生的凡是活細胞都能產(chǎn)生果膠酶果膠酶能將果膠分解成半乳糖醛酸植物、霉菌、酵母菌和細菌均能產(chǎn)生果膠酶果膠酶特指分解果膠的一種酶纖維素酶和果膠酶可用于去除植物細胞壁組成果膠酶的基本單位是氨基酸或核苷酸A BC D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：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 DpH圖中的縱坐標還可用_來表示。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：_。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)增強全部喪失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)酶的活性自變量保證底物和酶在混合時的溫度2(1)最適pH(2)相同蘋果泥果膠酶3(1)用量不足不再改變最適用量(2)相等對點訓(xùn)練1C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。可生成果膠酶的霉菌有黑曲霉、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都是高分子化合物都不溶于水都參與細胞壁的組成組成的基本單位：葡萄糖分解所需的酶：纖維素酶，將纖維素分解為葡萄糖果膠組成的基本單位：半乳糖醛酸分解所需的酶：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。3D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。4A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1C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。2D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(dāng)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。3D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。4D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。5B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。6D過酸、過堿或溫度過高，都會使酶變性，永久性失活。7B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(dāng)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。8C9(1)5、6、7、8、9(2)將蘋果塊換成蘋果泥；適當(dāng)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(dāng)提高反應(yīng)的溫度，也可以提高酶促反應(yīng)速度。10(2)D蘋果汁的體積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保證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。