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2019-2020年高中生物 實驗4 果汁中的果膠和果膠酶學習指導 浙科版選修1 一、基礎知識 1．果膠是植物細胞壁的主要成分，也是植物胞間層的主要成分之一，使植物細胞粘合在一起，若去掉果膠，就會使植物細胞變得松散。果膠是由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯聚合而成的一種高分子化合物，不溶于水。也不溶于乙醇，這是鑒別果膠的一種簡易方法。果膠是很好的凝固劑，用煮沸的山楂泥可制成山楂糕，就是利用果膠的作用。果膠可結合大量的水分，降低植物組織的分散性。果膠在果汁加工中不僅會影響出汁率，還會使果汁渾濁。 2．果膠酶是分解果膠的一類酶的總稱，包括半乳糖醛酸酶、果膠分解酶和果膠脂酶等，而不是特指某一種酶。果膠酶能夠分解果膠，瓦解植物的細胞壁和胞間層，使榨取果汁變得更容易，而果膠分解成可溶性的半乳糖醛酸，也使得渾濁的果汁變得澄清。果膠酶除用于制備果汁外，還用于果酒澄清，同時也作為洗衣粉的添加劑。加果膠酶的洗衣粉可除去衣服上的果汁、果醬等污垢。 3．果膠酶的來源：植物、霉菌、酵母菌和細菌均能產生果膠酶，如生成果膠酶的霉菌有黑曲霉、米曲霉和文氏曲霉等。由霉菌發(fā)酵生產的果膠酶是食品加工業(yè)中使用量最大的酶制劑之一，被廣泛地應用于果汁加工業(yè)。 4．制作果汁的最佳條件：品質最好的果汁應該是①盡量保留水果中的營養(yǎng)成分；②具有水果的原始口味；③有更多的固形物；④分散程度好，不沉淀，不上浮；⑤有原始的水果色彩；⑥除去所有的機械組織，更易消化。因此，能使最多的水果成分溶解或分散在果汁中的條件就是最佳條件，達到這些條件的方法要溫和，且對人體無害。 二、探究利用蘋果或山楂勻漿制作果汁的最佳條件的實驗設計 1．實驗設計時一定要遵循單一變量原則和對照原則，嚴格控制無關變量。實驗可以設計如右圖所示。 2．疑問解釋 ①實驗中需間歇攪拌20～30min的目的是什么？ 答：目的是使果膠酶和反應物果膠充分接觸，有利于化學反應順利進行。 ②實驗中加熱和不加熱有何不同？為什么？ 答：沸水浴中或酒精燈上加熱會使酶失活，因而使試管中加不加果膠酶結果都一樣；不加熱時果膠酶保持活性，加果膠酶的試管中果膠水解，而加水的試管中裹腳不能水解。 ③實驗中加入95%乙醇4mL后，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？為什么？ 答：果膠不溶于乙醇，可以用乙醇來鑒別果膠。加入95%乙醇4mL后，含有果膠的試管會出現(xiàn)沉淀，而果膠被水解后就不會出現(xiàn)沉淀。 三、典例分析 果膠是植物細胞壁以及胞間層的主要成分之一。果膠酶能夠分解果膠，瓦解植物細胞壁和胞間層。在果汁生產中應用果膠酶可以提高出汁率和澄清度。請你幫助完成以下有關果膠酶和果汁生產的實驗課題。 實驗用具和材料：磨漿機、燒杯、試管、量筒、刀片、玻璃棒、漏斗、紗布等；蘋果、質量分數(shù)為2％的果膠酶溶液、蒸餾水等。 【課題一】驗證果膠酶在果汁生產中的作用 實驗方法及步驟： （1）將蘋果洗凈去皮，用磨漿機制成蘋果泥，加入適量蒸餾水備用。 （2）取兩個100mL潔凈的燒杯，編號1、2，按相應程序進行操作，請把表中未填寫的內容填上。 燒杯 操作順序 項目 l 2 ① 在燒杯中加入蘋果泥 20mL 20mL ② 2mL / ③ 注入蒸餾水 / ④ 在恒溫水浴中保溫，并用玻璃棒不時攪拌 10min 10min （3）取兩個大燒杯，同時進行過濾，觀察（比較） ，并記錄結果。 （4）實驗結果的預測及結論：如果是 ，則說明果膠酶對果膠的水解具有催化作用。 【課題二】探究果膠酶催化果膠水解的最適pH 本課題實驗步驟中，在完成[課題一]中的①、②步驟、編號、編組之后，有下面兩種操作： 方法一：將試管中的果膠酶溶液和燒杯中的蘋果泥相混合，再把混合液的pH分別調至4、5、6、7、8、9、10。 方法二：將試管中的果膠酶溶液和燒杯中的蘋果泥的pH分別調至4、5、6、7、8、9、10，再把pH相等的果膠酶溶液和蘋果泥相混合。 （1）請問上述哪種方法更科學? 。理由是： 。 （2）該實驗步驟中也有玻璃棒攪拌的操作，其目的是使 。 （3）如果用曲線圖方式記錄比較實驗結果，在現(xiàn)有的條件下，以橫坐標表示pH，縱坐標表示 (填“果汁體積”或“試管體積”)，實驗操作和記錄是比較切實可行的。根據(jù)你對酶特性的了解，請在下圖中選擇一個最可能是實驗結果的曲線 。 解析：［課題一］中，實驗目的“驗證果膠酶可以提高出汁率和澄清度”，不難找出該實驗的單一變量是“果膠酶溶液和蒸餾水”。實驗結果應與前面的實驗目的相對應，即相同時間內1號燒杯濾出的果汁體積比2號燒杯濾出的果汁體積大，澄清度高。［課題二］中方法二是將試管中的果膠酶溶液和燒杯中的pH分別調至4、5、6、7、8、9、10，再把相等的果膠酶溶液和蘋果泥相混合。這樣操作能夠確保酶的反應環(huán)境從一開始便達到實驗預設的pH。對于實驗結果如果要用坐標圖的形式表示，縱坐標表示果汁體積較恰當，根據(jù)在一定范圍內，隨pH增加，果汁體積增大，當pH超過最適值，隨pH增加酶活性減弱，果汁體積減少由此可知最可能是實驗結果的曲線為A。 答案：［課題一］（2）②注入果膠酶溶液　　③2mL　?。?）相同時間內濾出的果汁體積和果汁澄清度　?。?）相同時間內1號燒杯濾出的果汁體積比2號燒杯濾出的果汁體積大，澄清度高　?。壅n題二］（1）方法二的操作能夠確保酶的反應環(huán)境從一開始便達到實驗預設的pH　?。?）酶和反應物果膠充分地接觸　　（3）果汁體積　　甲