果膠酶在果汁生產中的作用

一、課題目標

 簡述果膠酶的作用；檢測果膠酶的活性；探究溫度和pH對果膠酶活性的影響以及果膠酶的最適用量；搜集有關果膠酶應用的資料。

二、課題重點與難點

課題重點：溫度和pH對果膠酶活性的影響。

課題難點：果膠酶的最適用量。

三、課題背景分析

 隨著生活水平的提高，水果幾乎成為人們生活中的必需品，果汁飲料也深受人們的喜愛。將水果制成果汁，不僅有利于解決水果豐收季節的產、銷、運輸和保存等多方面的問題，而且提高了水果的附加值，滿足了人們不同層次的需要。課題背景從與社會的聯系、與學生生活的聯系入手，引入課題研究。教師在教學過程中，可以以本地某種水果的生產、貯存、加工和運輸為素材，讓學生做一個簡單的估算，從而認識到果汁加工的經濟效益。例如，可以讓學生計算生產一升蘋果汁大約需要多少斤蘋果，蘋果與蘋果汁的價格相差多少；等等。此外，教師還可以聯系學生已有的關于酶的知識，引導學生認識果膠酶的特性及其作用。

四、基礎知識分析與教學建議

知識要點：1.果膠酶的作用；2.酶的活性的定義；3.影響酶活性的因素；4.果膠酶的用量。

 教學建議：關于果膠酶作用的教學，教師可以先展示圖4-1,介紹植物細胞壁的成分和細胞與細胞之間的胞間層成分，說明這些成分對果汁制作的影響，從而引出果膠酶在果汁生產過程中的作用。

圖4-1 植物細胞壁及細胞之間胞間層的成分

五、實驗安排及注意事項

 本課題的研究建立在必修模塊“探究影響酶活性的條件”的基礎之上，與必修模塊的探究的不同之處主要體現在兩個方面：一是酶的活性不是通過定性分析而是通過定量分析來進行探究的；二是本課題并不僅僅滿足于探究溫度和pH對酶活性的影響，還探究了果膠酶的最適用量，對生產實踐具有指導意義。本課題可用3~4課時。其中，探究溫度對果膠酶活性的影響的實驗可以參考下面的教學思路進行。

在實際的操作過程中，還需要注意下列事項。

 1.與其他工業用酶基本相同，果膠酶的適宜溫度范圍也比較寬泛，因此，可以選用10 ℃作為溫度梯度，設置的具體溫度為10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃和60 ℃等，也可以嘗試以5 ℃作為溫度梯度。

 2.蘋果、橙子和葡萄等水果都可以作為反應物，水果不用去皮。如用蘋果為原材料，一般可按每個中等大小的蘋果加水100~200 mL的比例進行攪拌，獲得稀的蘋果泥。

 3.果泥的用量可以采用5 mL左右，果膠酶的用量可采用質量濃度為2%的果膠酶溶液2 mL.

4.水浴時間可以為20~30 min.

5.過濾果汁時，漏斗中應放置濾紙。

 6.探究pH對果膠酶活性的影響，只須將溫度梯度改成pH梯度，并選定一個適宜的溫度進行水浴加熱。反應液中的pH可以通過體積分數為0.1%的氫氧化鈉或鹽酸溶液進行調節。

 探究果膠酶的用量是建立在探究最適溫度和pH對果膠酶活性影響的基礎之上的。此時，研究的變量是果膠酶的用量，其他因素都應保持不變。實驗時可以配制不同濃度的果膠酶溶液，也可以只配制一種濃度的果膠酶溶液，然后使用不同的體積即可。需要注意的是，反應液的pH必須相同，否則將影響實驗結果的準確性。

六、課題成果評價

 本課題評價的重點應放在對學生探究報告的評價上。報告的主要內容應該包括：根據實驗數據繪制出的溫度和pH對果膠酶活性影響的曲線圖；不同果膠酶用量對出汁量影響的曲線圖（在濃度和體積相同的條件下）；并最終得到果膠酶最適溫度、pH以及果膠酶的最適用量。

七、答案和提示

（一）旁欄思考題

1.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？

 提示：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。

2.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？

 提示：需要設置對照實驗，不同的溫度梯度之間或不同的pH梯度之間可以作為對照，這種對照稱為相互對照。

3.A同學將哪個因素作為變量，控制哪些因素不變？為什么要作這樣的處理？B同學呢？

 提示：A同學將溫度或pH作為變量，控制不變的量有蘋果泥的用量、果膠酶的用量、反應的時間和過濾的時間等。只有在實驗中保證一個自變量，實驗結果才能說明問題。B同學對于變量的處理應該與A同學相同，只是觀察因變量的角度不同。

4.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？

 提示：果膠酶將果膠分解為小分子物質，小分子物質可以通過濾紙，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，蘋果汁的體積越大。

5.當探究溫度對果膠酶活性的影響時，哪個因素是變量，哪些因素應該保持不變？

 提示：溫度是變量，應控制果泥量、果膠酶的濃度和用量、水浴時間和混合物的pH等所有其他條件不變。只有這樣才能保證只有溫度一個變量對果膠酶的活性產生影響。

（二）練習

答：大規模生產與實驗室制備的主要不同點是：

1.有兩次瞬間高溫滅菌；

2.酶處理的時間相對較長；

3.有離心分離步驟和濃縮步驟。