酶的應(yīng)用A組基礎(chǔ)過(guò)關(guān)1.2018浙江4月選考,32(一),7分回答與果膠、淀粉等提取和利用有關(guān)的問(wèn)題:某植物富含果膠、淀粉、蛋白質(zhì)和纖維素成分。某小組開(kāi)展了該植物綜合利用的研究。(1)果膠提取工藝研究結(jié)果表明,原料先經(jīng)過(guò)一段時(shí)間沸水漂洗的果膠得率(提取得到的果膠占原粒質(zhì)量的百分率)顯著高于常溫水漂洗的果膠得率,最主要原因是沸水漂洗(A.有助于清洗雜質(zhì)和去除可溶性糖B.使植物組織變得松散C.使有關(guān)酶失活D.有利細(xì)胞破裂和原料粉碎制漿)。(2)在淀粉分離生產(chǎn)工藝研究中,為促進(jìn)淀粉絮凝沉降,添加生物絮凝劑(乳酸菌菌液),其菌株起重要作用。為了消除絮凝劑中的雜菌,通常將生產(chǎn)上使用的菌液,采用,進(jìn)行單菌落分離,然后將其,并進(jìn)行特性鑒定,篩選得到純的菌株。(3)在用以上提取過(guò)果膠和淀粉后的剩渣加工飲料工藝研究中,將剩渣制成的汁液經(jīng)蛋白酶和纖維素酶徹底酶解處理后,發(fā)現(xiàn)仍存在渾濁和沉淀問(wèn)題?？商砑邮构z徹底分解成半乳糖醛酸,再添加,以解決汁液渾濁和沉淀問(wèn)題。(4)在建立和優(yōu)化固定化酶反應(yīng)器連接生產(chǎn)工藝研究中,通常要分析汁液中各種成分的濃度和所用酶的活性,然后主要優(yōu)化各固定化酶反應(yīng)器中的(答出2點(diǎn)即可)、反應(yīng)液pH和酶反應(yīng)時(shí)間等因素。其中,酶反應(yīng)時(shí)間可通過(guò)來(lái)調(diào)節(jié)。答案(1)C(2)劃線(xiàn)分離法(或涂布分離法)擴(kuò)大培養(yǎng)(3)果膠酶和果膠甲酯酶淀粉酶使淀粉分解(4)固定化酶的量、反應(yīng)液溫度控制反應(yīng)器液體流量(或體積)解析(1)根據(jù)題意,原料經(jīng)過(guò)沸水漂洗能提取更多的果膠,推測(cè)主要原因是沸水漂洗使有關(guān)酶失活,使果膠不能被進(jìn)一步催化分解。(2)要消除絮凝劑中的雜菌,可采用涂布分離法或劃線(xiàn)分離法,獲得單菌落,再通過(guò)擴(kuò)大培養(yǎng),鑒定篩選到較純的菌株。(3)果膠需要在果膠酶和果膠甲酯酶作用下才能徹底分解成半乳糖醛酸。因剩渣中還含有淀粉,所以再添加淀粉酶,以解決汁液渾濁和沉淀問(wèn)題。(4)固定化酶反應(yīng)器的應(yīng)用,需要考慮優(yōu)化其中固定化酶的用量、反應(yīng)液溫度、反應(yīng)液pH和酶反應(yīng)時(shí)間等因素。酶反應(yīng)時(shí)間可以通過(guò)流速來(lái)調(diào)節(jié)。2.回答下列有關(guān)果膠、果汁和果膠酶等問(wèn)題。(1)果膠是植物細(xì)胞壁的主要成分,起著將植物細(xì)胞在一起的作用。制作果汁時(shí)可加入果膠酶和以分解果膠,提高果汁出汁率和澄清度。(2)生產(chǎn)果膠酶可從黑曲霉中提取,下列適于黑曲霉擴(kuò)大培養(yǎng)的培養(yǎng)基是(A.蛋白胨和酵母提取物培養(yǎng)基B.尿素固體培養(yǎng)基C.MS培養(yǎng)基D.添加蔗糖的豆芽汁培養(yǎng)基)。由于果膠酶溶于水,不利于重復(fù)使用,可通過(guò)物理或化學(xué)方法將果膠酶固定在某種介質(zhì)上,使之成為不溶于水而又有的制劑。(3)用果汁制作果酒,以果汁為原料,加入一定比例的蔗糖目的是。最后倒入酵母懸液,混勻,加蓋;發(fā)酵開(kāi)始時(shí),由于微生物的需氧呼吸會(huì)使發(fā)酵瓶?jī)?nèi)出現(xiàn),原因是。答案(1)粘合果膠甲酯酶(2)D酶活性(3)提高果酒的酒精和糖的含量(寫(xiě)全給分)負(fù)壓需氧呼吸消耗氧氣,產(chǎn)生的二氧化碳易溶于水解析(1)果膠是植物細(xì)胞壁的主要成分之一,存在于相鄰細(xì)胞壁間的胞間層中,起著將細(xì)胞粘合在一起的作用。制作果汁時(shí)可加入果膠酶和果膠甲酯酶以分解果膠,提高果汁出汁率和澄清度。(2)黑曲霉是異氧需微生物,擴(kuò)大培養(yǎng)需要含有有機(jī)物的液體培養(yǎng)基,而A、B、C選項(xiàng)所給的培養(yǎng)基都是固體培養(yǎng)基,不適合擴(kuò)大培養(yǎng),而D選項(xiàng)所給的添加蔗糖的豆芽汁培養(yǎng)基是液體培養(yǎng)基且含有有機(jī)物蔗糖,適合擴(kuò)大培養(yǎng)黑曲霉,故選D。由于果膠酶溶于水,不利于重復(fù)使用,可通過(guò)物理或化學(xué)方法將果膠酶固定在某種介質(zhì)上,使之成為不溶于水而又有酶活性的制劑。(3)用果汁制作果酒,以果汁為原料,加入一定比例的蔗糖目的是提高果酒的酒精和糖的含量。最后倒入酵母懸液,混勻,發(fā)酵開(kāi)始時(shí),由于微生物的需氧呼吸會(huì)使發(fā)酵瓶?jī)?nèi)出現(xiàn)負(fù)壓,原因是需氧呼吸消耗氧氣,產(chǎn)生的二氧化碳易溶于水。3.桑葚是一種很好的食用水果,也常用來(lái)制成果汁或釀成果酒。大致流程如下:在制作果汁時(shí),為了增加出汁率和澄清度(用果汁透光率表示),常加入果膠酶。加酶后的某研究結(jié)果如下。表果膠酶劑量與果汁中果膠含量、透光率的關(guān)系酶劑量(mL/L)0.050.080.100.130.150.170.190.210.230.25果膠含量程度+-透光率(%)80848892959595959287注:果膠含量程度“+”表示果膠陽(yáng)性反應(yīng),“-”表示果膠陰性反應(yīng)。果汁中果膠的含量可用加入酒精的方法進(jìn)行檢測(cè),其原理是,表中果膠陽(yáng)性反應(yīng)的現(xiàn)象是。在生產(chǎn)應(yīng)用中,考慮到生產(chǎn)成本因素,建議果膠酶的使用劑量為mL/L。當(dāng)果膠酶劑量超過(guò)0.21 mL/L時(shí),透光率反而下降,這時(shí)使果汁變渾濁的物質(zhì)是。答案果膠不溶于酒精出現(xiàn)絮狀物0.15果膠酶解析果膠不溶于乙醇,可用以檢測(cè)果膠,陽(yáng)性現(xiàn)象是出現(xiàn)絮狀沉淀。根據(jù)表中數(shù)據(jù),果膠酶使用量為0.15 mL/L較佳。果膠酶過(guò)多,會(huì)使果汁變渾濁。4.1833年,Payen和Personz從麥芽的水抽提物中,用酒精沉淀得到了一種對(duì)熱不穩(wěn)定的物質(zhì),它可以使淀粉水解為可溶性糖,后來(lái)知道這種物質(zhì)就是淀粉酶。淀粉酶有多種類(lèi)型,如-淀粉酶可使淀粉內(nèi)部隨機(jī)水解,-淀粉酶則使淀粉從末端以?xún)蓚€(gè)單糖為單位進(jìn)行水解。下圖為研究pH對(duì)兩種淀粉酶相對(duì)活性影響的研究結(jié)果。請(qǐng)據(jù)圖回答相關(guān)的問(wèn)題:(1)與-淀粉酶水解淀粉的終產(chǎn)物相比,-淀粉酶水解淀粉的主要產(chǎn)物為。從圖中可知,淀粉酶在人體胃液(pH=1.8左右)中的活性更高。(2)在驗(yàn)證pH對(duì)淀粉酶活性影響的實(shí)驗(yàn)中,酶的相對(duì)活力的大小可以用來(lái)表示。某同學(xué)設(shè)計(jì)了以下兩種實(shí)驗(yàn)方案:先分別在試管中加底物,再加酶,然后一起放在相應(yīng)的pH條件下保溫,一段時(shí)間后檢測(cè)。先分別在試管中加底物,再加入在相應(yīng)的pH條件下保溫的酶,一段時(shí)間后檢測(cè)。為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加可靠,應(yīng)選擇哪種方案,并說(shuō)明理由:。答案(1)麥芽糖(2)單位時(shí)間內(nèi)底物的消耗量(或單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)物的生成量)方案,因?yàn)槿绻负偷孜锵然旌?還沒(méi)放到對(duì)應(yīng)的pH條件下,化學(xué)反應(yīng)已經(jīng)進(jìn)行,會(huì)干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果解析淀粉的基本單位為葡萄糖,麥芽糖是由兩個(gè)葡萄糖組成的,根據(jù)題意可知,-淀粉酶可使淀粉內(nèi)部隨機(jī)水解,因此淀粉水解終產(chǎn)物中含有葡萄糖,-淀粉酶則使淀粉從末端以?xún)蓚€(gè)單糖為單位進(jìn)行水解,兩個(gè)單糖剛好構(gòu)成麥芽糖。圖中-淀粉酶和-淀粉酶適宜的pH不同,曲線(xiàn)中看出它們分別為6、4.5,但部分酸性較弱的范圍內(nèi),-淀粉酶比-淀粉酶活性高;之后又出現(xiàn)-淀粉酶比-淀粉酶的活性低;當(dāng)pH超過(guò)5.5時(shí),則再次出現(xiàn)-淀粉酶比-淀粉酶的活性較高的情況。(1)根據(jù)前面的分析可知,-淀粉酶可使淀粉從末端以?xún)蓚€(gè)單糖為單位進(jìn)行水解,兩個(gè)單糖剛好構(gòu)成麥芽糖,所以該淀粉酶水解淀粉的主要產(chǎn)物為麥芽糖。從圖中可知,在pH為1.8時(shí),-淀粉酶比-淀粉酶活性更高。(2)酶活性大小可用單位時(shí)間內(nèi)底物的消耗量(或單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)物的生成量)表示,量越大,酶活性越高。對(duì)比兩種方案,方案中酶和底物(淀粉)都沒(méi)有在每個(gè)特定的pH條件下處理,直接讓它們混合,這樣會(huì)導(dǎo)致每個(gè)實(shí)驗(yàn)組在沒(méi)有達(dá)到設(shè)定的pH時(shí)酶就開(kāi)始催化底物了,導(dǎo)致得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不一定是在所設(shè)定pH條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,所以選擇方案更可靠。B組能力提升1.如圖為固定化酶的反應(yīng)柱示意圖,其中為反應(yīng)柱,為固定化酶,為分布著小孔的篩板,請(qǐng)據(jù)圖回答:(1)關(guān)于固定化酶中用到的反應(yīng)柱,理解正確的是()A.反應(yīng)物和酶均可自由通過(guò)反應(yīng)柱B.反應(yīng)物和酶均不能通過(guò)反應(yīng)柱C.反應(yīng)物能通過(guò),酶不能通過(guò)D.反應(yīng)物不能通過(guò),酶能通過(guò)(2)與一般酶制劑相比,固定化酶的突出優(yōu)點(diǎn)是,固定化細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)是。(3)的作用是。(4)制作固定化葡萄糖異構(gòu)酶所用的方法有(至少兩種)。答案(1)C(2)既能與反應(yīng)物接觸,又能與產(chǎn)物分離,能被反復(fù)利用成本更低,操作更容易(3)使酶顆粒無(wú)法通過(guò),反應(yīng)液能自由通過(guò)(4)吸附法、交聯(lián)法、包埋法等(答出兩種即可)解析與一般酶制劑相比,固定化酶不僅能與反應(yīng)物充分接觸,還能與產(chǎn)物分離,并且可以反復(fù)利用。但是與固定化細(xì)胞相比,固定化酶不能催化一系列的化學(xué)反應(yīng),并且固定化細(xì)胞成本更低,操作更容易。使用固定化酶技術(shù)往往利用一個(gè)反應(yīng)柱,反應(yīng)柱下端有一個(gè)分布著小孔的篩板,載體顆粒無(wú)法通過(guò),而反應(yīng)液卻可以自由出入。而固定化酶就被固定在載體顆粒中。2.草莓汁酸甜適口,深受大眾喜愛(ài),加工草莓汁時(shí),草莓中的果膠易導(dǎo)致果汁渾濁,影響品質(zhì)。為探究制作果汁的最佳條件,研究人員進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),結(jié)果如下表所示。組別果膠酶用量(mL/kg)pH溫度()草莓汁透光率(%)10.0252.53524.5520.0354.53596.4730.0352.54522.7040.0453.53596.4750.0452.55513.12請(qǐng)回答:(1)草莓細(xì)胞中,去掉果膠,會(huì)使植物組織變得松散,這是因?yàn)楣z具有的作用。果膠酶通過(guò)作用促進(jìn)果膠的水解反應(yīng),使草莓細(xì)胞彼此容易分開(kāi)。(2)生產(chǎn)過(guò)程中,既可獲得澄清度高的草莓汁,又可減少酶的用量,降低成本的條件組合是第組。為測(cè)定該組條件下處理后的草莓汁中是否還有果膠,可取一定量的草莓汁與等量的混合。(3)果膠酶可從某些微生物如中提取,為提高生產(chǎn)效率,可將此酶固定在適宜介質(zhì)上制成。(4)在合適條件下,將果膠酶與海藻酸鈉混合后,滴加到一定濃度的鈣離子溶液中,使液滴形成凝膠固體小球。該過(guò)程是對(duì)酶進(jìn)行。A.吸附B.包埋C.裝柱D.洗滌答案(1)將植物細(xì)胞粘合在一起催化(2)295%乙醇(3)黑曲霉(或蘋(píng)果青霉)固定化酶(4)B解析根據(jù)表格分析,該實(shí)驗(yàn)的自變量有果膠酶用量、pH、溫度,因變量是草莓汁透光率。草莓汁透光率越高,說(shuō)明果膠酶分解程度越高,因此表格中2、4組酶的酶的用量與pH組合最佳,且說(shuō)明35 比較適宜。(1)植物細(xì)胞壁的成分主要為纖維素和果膠,果膠具有將植物細(xì)胞粘合在一起的作用;根據(jù)酶的專(zhuān)一性,果膠酶通過(guò)催化作用促進(jìn)果膠的水解反應(yīng),使草莓汁澄清。(2)分析表格可知,草莓汁透光率越高,果膠分解得越充分,表格中組別2和組別4草莓汁的澄清度最高,而組別2的酶用量少,可以降低成本;為測(cè)定該組條件下處理后的草莓汁中是否還有果膠,可取一定量的草莓汁與等量的95%乙醇混合。(3)果膠酶可從某些微生物如黑曲霉(或蘋(píng)果青霉)中提取,為提高生產(chǎn)效率,可將此酶固定在適宜介質(zhì)上制成固定化酶。(4)固定化酶和固定化細(xì)胞的方法主要有包埋法、物理吸附法和化學(xué)結(jié)合法。題干所述方法是將提純的果膠酶與海藻酸鈉混合后,滴加到一定濃度的鈣離子溶液中,使液滴形成凝膠固體小球,所以該過(guò)程屬于包埋法。3.耐高溫淀粉酶在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中有很大的實(shí)用性。如圖表示從熱泉的嗜熱菌樣品中進(jìn)行篩選分離菌種,經(jīng)過(guò)耐高溫淀粉酶的提純和固定化后,用于工業(yè)化生產(chǎn)的過(guò)程。請(qǐng)回答:(1)過(guò)程進(jìn)行的操作為,過(guò)程實(shí)施的是分離法:可根據(jù)號(hào)培養(yǎng)基上的大小,來(lái)確定需擴(kuò)大培養(yǎng)的目標(biāo)菌種。(2)號(hào)培養(yǎng)基中除了加入淀粉外,還需加入另一種重要的營(yíng)養(yǎng)成分是(A.瓊脂B.葡萄糖C.硝酸銨D.碳酸氫鈉),并放在高溫條件下培養(yǎng)。(3)將適量經(jīng)提純的耐高溫淀粉酶通過(guò)法固定在石英砂上,形成固定化酶柱,此后用一定濃度的淀粉溶液進(jìn)行過(guò)柱試驗(yàn),可往流出液中滴加溶液檢測(cè)酶的催化效果,但結(jié)果發(fā)現(xiàn)流出液顯藍(lán)色,請(qǐng)分析在上述操作中存在的可能原因是 (至少寫(xiě)出兩點(diǎn))。答案(1)稀釋涂布菌落周?chē)该魅?2)C(3)吸附KI-I2要取反應(yīng)一段時(shí)間后的流出液進(jìn)行顯色反應(yīng);液體過(guò)柱的流速過(guò)快等解析(1)圖示代表菌種的稀釋、分離和擴(kuò)大培養(yǎng)等過(guò)程;號(hào)培基上的菌種分離是涂布分離的結(jié)果,號(hào)培養(yǎng)基上的菌種分離是劃線(xiàn)分離的結(jié)果,目標(biāo)菌種應(yīng)選擇菌落周?chē)该魅^大的。(2)號(hào)培養(yǎng)基的目的是篩選到目標(biāo)菌種,故為選擇培養(yǎng)基;除淀粉作為碳源外,還應(yīng)滿(mǎn)足氮源的需要,選項(xiàng)C為無(wú)機(jī)氮源,能滿(mǎn)足需要。(3)石英砂具有較強(qiáng)的吸附性,用其進(jìn)行的固定化方法為吸附法;過(guò)柱后流出液中的淀粉是否完全分解為糊精,可通過(guò)加入KI-I2溶液進(jìn)行檢測(cè);分析流出液中仍存在淀粉的可能原因,要求熟悉教材實(shí)驗(yàn)的操作流程,分別從洗柱、過(guò)柱、調(diào)速、檢測(cè)等環(huán)節(jié)尋找可能的原因。4.某校生物興趣小組為探究不同濃度果膠酶對(duì)蘋(píng)果勻漿出汁率的影響,進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)步驟:制備蘋(píng)果勻漿:將蘋(píng)果洗凈,切成小塊,用榨汁機(jī)打碎成蘋(píng)果勻漿。加熱蘋(píng)果勻漿到100 ,再冷卻至50 左右。配制不同濃度的酶液:取5支10 mL的試管,依次編號(hào)為26號(hào)。分別加入不同量的質(zhì)量濃度為10 g/mL的果膠酶溶液,再分別加入蘋(píng)果酸定容至10 mL,獲得質(zhì)量濃度分別為2 g/mL、4 g/mL、6 g/mL、8 g/mL、10 g/mL的果膠酶溶液備用。降解蘋(píng)果汁(如下圖)。沉淀:向上述6只燒杯中添加明膠、活性炭等物質(zhì)攪拌處理,充分混勻后靜置,分別過(guò)濾。記錄并處理結(jié)果:用量筒測(cè)量澄清濾液(即蘋(píng)果汁)的體積,記入表格,并計(jì)算出汁率。請(qǐng)回答下列問(wèn)題:(1)果膠酶能提高蘋(píng)果的出汁率并使果汁澄清的原理是。 (2)步驟中,將蘋(píng)果勻漿先加熱到100 的目的是。 (3)步驟中,在26號(hào)試管中加入10 g/mL果膠酶溶液的量分別是;步驟中,在1號(hào)燒杯中加入1 mL。 (4)根據(jù)預(yù)期結(jié)果,請(qǐng)繪制出蘋(píng)果出汁率與果膠酶濃度之間大致的關(guān)系曲線(xiàn),并在坐標(biāo)軸上標(biāo)出蘋(píng)果最高出汁率所需的果膠酶最佳濃度。答案(1)果膠酶能分解果膠,瓦解細(xì)胞壁(2)使蘋(píng)果中的酶失活,防止對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生干擾(3)2 mL、4 mL、6 mL、8 mL、10 mL蘋(píng)果酸(4)如圖: 解析(1)果膠酶能分解果膠,瓦解細(xì)胞壁,從而提高出汁率并使果汁澄清。(2)將蘋(píng)果勻漿加熱到100 ,可使蘋(píng)果中原有的酶失活,防止對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生干擾。(3)欲獲得 x g/mL的濃度,應(yīng)加入x mL果膠酶溶液。(4)出汁率曲線(xiàn)的起點(diǎn)在縱軸某點(diǎn),在一定范圍內(nèi)隨果膠酶濃度升高,出汁率上升,達(dá)到飽和點(diǎn)后穩(wěn)定不變。