2019-2020学年高中生物第3章第2节酶在食品加工中的应用检测含解析中图版选修1.pdf

第二节 酶在食品加工中的应用第二节 酶在食品加工中的应用 一、果胶酶及作用 1未成熟果实较硬的原因 未成熟果实含果胶质较多，果肉结合紧密。 2果胶酶的分布和获取 (1)果胶酶广泛存在于植物果实和微生物中。 (2)工业上采用曲霉、青霉等微生物发酵来生产果胶酶。 3果胶酶的作用 果胶酶可以把果胶分解成小分子有机酸，使不溶性的果胶溶解。 二、不同浓度果胶酶对澄清苹果汁出汁率的影响 本实验的实验程序是制备苹果汁、配制不同浓度的酶液、降解苹果汁、沉淀、记录结 果。 预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中 问题 1 问题 2 问题 3 问题 4 一、果胶和果胶酶的组成及作用比较 果胶果胶酶 组成半乳糖醛酸聚合而成的高分子化合物 多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯 酶等 作用参与细胞壁的组成，不溶于水将不溶性的果胶分解为可溶性的半乳糖醛 酸 二、探究温度对果胶酶活力的影响 1实验原理 果胶酶活力受温度影响。 处于最适温度时， 酶活力最高。 在一定范围内， 果肉的出汁率、 果汁的澄清度与果胶酶的活力大小成正比。 2操作步骤 实验 温度 30 35 40 45 50 55 60 65 70 果汁量 (mL) 3.注意事项 (1)在混合苹果泥和果胶酶之前进行恒温处理的目的是：保证底物和酶在混合时的温度 是相同的，避免混合后的温度变化，确保实验结果的准确性。 (2)通过测定滤出的苹果汁的体积大小来判断果胶酶的活性的原理是：果胶酶将果胶分 解为小分子物质， 可通过滤纸， 因此苹果汁的体积大小反映了果胶酶催化分解果胶能力的大 小。 (3)本实验的探究对象是酶的活性，温度作为自变量，属于探究性的定量实验。自变量 温度可设置梯度来确定最适值。温度梯度越小，实验结果越精确。 本实验仍是对照实验(相互对照)，每支试管中苹果泥和果胶酶的用量要严格控制相 等。 严格控制各实验组的 pH、操作的程序等。 在实验过程中被操纵的特定因素或条件称为变量。 三、探究 pH 对果胶酶活力的影响 1实验原理 果胶酶的活力受 pH 影响，其催化作用都有最适 pH，在低于或高于此值时，酶活力都会 减弱，过酸或过碱则导致酶变性失活。 2实验步骤 制备苹果泥分装,调 pH加果胶酶反应一段时间过滤果汁观察、记录、 比较果汁量 3注意事项 (1)本实验是对照实验，其变量是 pH。每支试管中加入的苹果泥和果胶酶的量应相等， 温度也应相同(可取上一实验测出的最适温度)。 (2)pH 梯度调节时可用体积分数均为 0.1%的 NaOH 溶液或 HCl 溶液。 (3)为了使果胶酶充分地催化反应，应用玻璃棒不时地搅拌反应混合物。 (4)可通过比较果汁体积大小来判断酶活性的高低，也可以观察果汁的澄清度来判断果 胶酶活性的强弱。 探究果胶酶的特性 有一瓶酶试剂，由于标签遗失，不能确定其具体成分。为确定其成分， 做了如下 6 组实验： 试管 编号 加入物质条件现象 12 mL 水10 mL 果汁室温并振荡无明显变化 22 mL 该试剂10 mL 果汁室温并振荡 果汁变 得澄清 32 mL 该试剂10 mL 果汁 煮沸后降至室 温并振荡 无明显变化 42 mL 水小段滤纸条室温并振荡无明显变化 52 mL 该试剂小段滤纸条室温并振荡无明显变化 62 mL 该试剂小段滤纸条 煮沸后降至室 温并振荡 无明显变化 (1)根据试管 2、5 可以判断该试剂的成分含有_酶，不含_酶。 (2)对照试管 2、3 可以说明果胶酶的活力受_影响。 (3)试管 2、5 说明果胶酶具有_，若要证明其活力随温度变化而变化，应选 _号试管继续实验。 (4)果汁生产中，要解决的两个主要问题是： _； _。 【审题导析】 (1)要明确果胶酶的作用和特性。 (2)正确分析实验。 【精讲精析】 室温下，2 mL 该试剂能使果汁变澄清，说明该试剂中有果胶酶 ； 在正常 情况下2 mL该试剂未能使滤纸条分解， 说明该试剂中没有纤维素酶。 果胶酶能催化果胶水解， 而不能催化纤维素水解，说明酶具有专一性。煮沸冷却后的试剂不能使果汁变澄清，因为高 温使酶失去活性。果汁生产中，要解决的两个主要问题，一是果肉的出汁率低，耗时长 ； 二 是榨取的果汁浑浊、黏度高，容易发生沉淀。在生产上人们常使用果胶酶和纤维素酶来解决 上述问题。 【答案】 (1)果胶 纤维素 (2)温度 (3)专一性 2 和 3 (4)果肉的出汁率低，耗时长 榨取的果汁浑浊、黏度高，容易发生沉淀 影响果胶酶活力的因素 (1)温度和 pH。 (2)进行实验设计时注意对照实验的设计。 (3)设计酶活力随温度(或 pH)变化时应设计一系列梯度变化。 1果胶酶常在 04 下保存，其原因是( ) A此温度条件下，酶的活性最高 B此温度条件下，酶变性失活 C低温可降低酶的活性，但酶不变性失活 D自然条件下，果胶酶常在 04 下发生催化作用 【解析】 酶的活性受温度的影响。 酶都有一个最适温度， 但果胶酶的最适温度是 45 50 ，而不是 04 。保存果胶酶时，降低温度，使其活性降低，但酶并不失活，当温度 恢复到适宜时，酶的活性也处于最高。 【答案】 C 探究 pH 对果汁澄清度的影响 某同学为探究 pH 对果汁澄清度的影响，进行实验如下： (1)操作步骤： 用榨汁机获得苹果汁匀浆，加热钝化酶活性后冷却至 50 左右 在 16 号试管中分别加入制备的苹果汁 2 mL； 加完苹果汁后，向各试管中加入相应的缓冲液 3 mL，使各试管中反应液的 pH 依次稳 定在 3、4、5、6、7、8，分别向 16 号试管中加入果胶酶 1 mL，然后进行 45 恒温水浴 ； 5 min 后过滤并用量筒测量苹果汁，记录结果。 (2)结果见下表： 试管编号123456 pH345678 结果(得率)68%75%85%75%62%60% 请回答： (1)实验过程选择 45 恒温是因为只有在恒温条件下，才能排除_对结果的干 扰，而 45 是果胶酶起催化作用的_。 (2)如果反应速度过快，应当对果胶酶做怎样的调整？ _。 (3)该实验得出的结论是：果胶酶发挥催化作用的最适 pH 是_，高于或低于此 pH， 酶的活力_。 (4)在本实验中该同学是否已设计对照实验？哪个因素为自变量？ _。 (5)为什么能够通过测定滤出的苹果汁的体积大小来判断果胶酶活力的高低？ _ _ _ _。 【审题导析】 【精讲精析】 该实验是在教材实践案例的基础上，进一步探究 pH 对苹果汁得率的影 响， 培养学生的思维发散能力和实验设计能力。 在本实验设计之前学生必须对实验设计的思 路有一个清晰的认识，必须遵循几个原则：对照原则、单一变量原则等。本实验是探究 pH 对果汁澄清度的影响，所以单一变量就应是 pH，在实验设计时应体现 pH 的变化梯度，由此 可以对照不同的结果来分析最适 pH。不同 pH 之间形成了相互对照，所以本实验中体现了对 照原则。 果胶酶的作用是将果胶分解为小分子物质， 所以苹果汁的体积就在一定程度上反应 了酶活性的大小。 【答案】 (1)温度 最适温度 (2)提高果胶酶的稀释倍数 (3)5 逐渐降低 (4)已设计(相互对照)，pH (5)果胶酶将果胶分解为小分子物质，小分子物质可以通过滤纸，因此苹果汁的体积大 小反映了果胶酶催化分解果胶的能力。在不同的 pH 下，果胶酶的活性越高，苹果汁的体积 就越大 实验中的变量 (1)自变量：也叫实验变量；是实验中所控制的因素和条件。 (2)因变量：也叫反应变量；是由于自变量引起的变化和结果。 (3)无关变量：实验中不设为自变量的变量，也可引起因变量的改变，因此要控制好无 关变量。 2探究温度对果胶酶活性的影响、pH 对酶活性的影响、果胶酶用量三个实验中，实验 变量依次为( ) A温度、酶活性、酶用量 B苹果泥用量、 pH、果汁量 C反应时间、酶活性、酶用量 D温度、pH、果胶酶用量 【解析】 实验变量也称自变量， 是指实验者所操纵的因素或条件。 反应变量也称因变 量，是指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。通常，实验变量是原因，反应变量是结 果。二者具有因果关系。实验的目的就在于获得和解释这种前因后果。 实验一是探究果胶酶的最适温度， 温度为实验变量， 同理， 实验二和三的实验变量为 pH 和果胶酶用量。 【答案】 D 1某同学利用果胶酶分解植物组织，它将作用于( ) A细胞核 B细胞质 C细胞间隙 D细胞壁及细胞间层 【解析】 果胶存在于细胞壁及胞间层，因此果胶酶只作用于此。 【答案】 D 2在用果胶酶处理苹果泥时，为了使果胶酶能够充分地发挥催化反应，应采取的措施 是( ) A加大苹果泥用量 B加大果胶酶用量 C进一步提高温度 D用玻璃棒不时地搅拌反应混合物 【解析】 使用果胶酶催化苹果泥分解制果汁时，应注意让果胶酶与苹果泥充分混合， 方法即用玻璃棒不时地搅拌。 【答案】 D 3果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要成分之一。果胶酶能够分解果胶，瓦解植物的 细胞壁和胞间层。 在果汁生产中应用果胶酶可以提高出汁率和澄清度。 请你帮助完成以下有 关果胶酶和果汁生产的实验课题。 实验用具和材料：磨浆机、烧杯、试管、量筒、刀片、玻璃棒、漏斗、纱布等；苹果、 质量分数为 2%的果胶酶溶液、蒸馏水等。 实验方法及步骤： 将苹果洗净去皮，用磨浆机制成苹果泥，加入适量蒸馏水备用。 取 7 个 1 mL 洁净烧杯和 7 支试管并分别编号。 烧杯中注入等量的苹果泥，试管中注入等量的 2%的果胶酶溶液，之后进行下面两种 操作： 方法一 ： 将试管中的果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥相混合， 再把混合液的 pH 分别调至 4、 5、6、10。 方法二：将试管中的果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥的 pH 分别调至 4、5、6、10， 再把 pH 相等的果胶酶溶液和苹果泥相混合。 (1)请问上述哪一种方法更科学？_。理由是_。 (2)该实验步骤中也有玻璃棒搅拌的操作，其目的是使_，以减少实验 误差。 (3)如果用曲线图的方式记录实验结果，在现有的条件下，以横坐标表示 pH，纵坐标表 示_(填“果汁体积”或“试管体积”)，实验操作和记录是比较切实可行的。 根据你对酶特性的了解，在下图中选择一个最可能是实验结果的曲线图为_。 【解析】 方法二是将试管中的果胶酶溶液和烧杯中的 pH 分别调至 4、5、6、10， 再把 pH 相等的果胶酶溶液和苹果泥相混合。这样操作能够确保酶的反应环境从一开始便达 到实验预设的 pH。否则，由于酶有高效性，在升高或降低 pH 过程中把果胶分解了，造成错 解。实验中玻璃棒搅拌的目的是使酶和果胶充分地接触，以减少实验误差。对于实验结果以 坐标图的形式表示， 以横坐标表示 pH， 纵坐标表示果汁体积较恰当。 在一定范围内， 随着 pH 的增加，酶的活性增强，果汁体积增大，当超过最适 pH 后，随着 pH 的增加，酶的活性减弱， 果汁体积减少。 【答案】 (1)方法二 方法二的操作能够确保酶的反应环境从一开始便达到实验预设的 pH (2)酶和反应物充分地接触 (3)果汁体积 甲 学业达标测评(七)学业达标测评(七) 一、选择题 1下列关于果胶及果胶酶的叙述中，正确的是( ) A果胶酶不溶于水 B果胶不溶于水 C加热使果胶变性失活 D加热使果胶酶活性增强 【解析】 果胶不溶于水，因此，果汁中常有沉淀产生。温度影响酶的活性，在低于最 适温度时，随温度的升高，酶的活性增强，但高温使酶变性失活，而果胶不存在变性失活。 【答案】 B 2关于果胶酶的叙述中错误的是( ) A组成植物细胞壁的主要成分是果胶和纤维素 B在果实的成熟过程中果胶酶的生成增多 C果胶酶在食品工业中有广泛的用途，在其他方面则无用处，体现了酶的专一性 D果胶酶与纤维素酶配合使用，可分解植物细胞壁中的果胶和纤维素 【解析】 果胶酶的作用是分解细胞壁中的果胶，可以使果汁产量增加，透明度提高， 在提高葡萄酒质量等方面作用很大。 也常与纤维素酶等共同使用， 有提高饲料营养和降低饲 料黏度，促进饲料在动物消化道内消化等作用。 【答案】 C 3李明同学自制芒果汁，发现量少，而且浑浊不透明。可以采用什么方式增加产果汁 的量而且使其清澈透明( ) A静置沉淀 B离心 C加果胶酶 D换芒果品种 【解析】 芒果汁不透明是因为有果胶，果胶的存在，同时也使得产量减少。因此加适 量的果胶酶可以解决以上问题。 【答案】 C 4某同学在探究果胶酶的最适温度时，将得到的实验数据转换成曲线图(如图)。关于 该曲线图，以下说法错误的是( ) A该同学的实验数据中有错误 B该同学设置的温度梯度不合理 C从该曲线中判断不出果胶酶的最适温度 D从曲线中可判断出果胶酶的最适温度为 40 【解析】 由曲线可知， 实验数据应该出现错误， 因为酶的活力随温度的变化应是先增 加后减少；另外温度梯度为间隔 5 太大；从曲线中无法判断果胶酶的最适温度。 【答案】 D 5pH 对果胶酶活性影响的实验中，不正确的是( ) A自变量是不同的 pH 梯度 B控制不变的量有温度、底物浓度、酶浓度、反应时间等 C可通过测定滤出的果汁体积来判断果胶酶最适 pH DpH 过低时，果胶酶活性变小，但不失活 【解析】 在设计 pH 对果胶酶活性影响的实验时， 自变量为不同的 pH 梯度， 无关变量 (应控制不变)有温度、底物浓度、酶浓度、反应时间等。pH 过低或过高时都会使果胶酶(蛋 白质)变性失活。 【答案】 D 6如图曲线表示的是温度和果胶酶活性之间的关系 ，此曲线不能说明的是 ( ) A在 B 点之前，果胶酶的活性和温度成正相关；之后，成反相关 B当温度达到 B 点时，果胶酶的活性最高，酶的催化作用最强 CA 点时，果胶酶的活性很低，但随着温度升高，果胶酶的活性可以上升 DC 点时，果胶酶的活性很低，当温度降低时，酶的活性可以恢复上升 【解析】 从图中可以看出随着温度的不断升高， 果胶酶的活性在上升， 等达到 B 点时， 酶的活性达到最高 ； 随后，随着温度的继续上升，酶的活性迅速下降。但是 A 点和 C 点相比， 虽然酶的活性都很低，但是 A 点是低温条件，对酶的分子结构无影响，所以，随着温度的上 升，其活性也会不断上升 ； 而 C 点是高温条件，当温度过高时，会破坏酶的分子结构，使酶 的活性发生不可逆的变化。 【答案】 D 7某同学为了验证果胶酶的作用，设计了如下实验： (1)取两个 100 mL 的洁净烧杯，编号为 1 号、2 号。 (2)向两个烧杯中分别加入 20 mL 的苹果泥， 向 1 号烧杯内加入 2 mL 的蒸馏水， 向 2 号 烧杯内加入 2 mL 的果胶酶。 (3)把这两个烧杯放在水浴中保温，并用玻璃棒搅拌。 下面分析中正确的是( ) A1 号烧杯为实验组，2 号烧杯果汁变澄清 B2 号烧杯为实验组，1 号烧杯果汁变澄清 C1 号烧杯为对照组，2 号烧杯果汁变澄清 D2 号烧杯为对照组，1 号烧杯果汁变澄清 【解析】 由于该实验是研究果胶酶的作用， 所以加入果胶酶的烧杯为实验组， 加入蒸 馏水的烧杯为对照组 ； 果胶酶能够把果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸， 使浑浊的溶液变澄清。 【答案】 C 8如图是果胶酶在不同温度条件下的酶活力变化曲线，下列有关叙述错误的是( ) A由 0 100 时，随温度升高果胶酶的活力先升后降 B由 100 0 变化时，果胶酶的活力先降后升 C果胶酶的最适温度为 35 D甲、乙两曲线后半段无变化的是乙 【解析】 100 时果胶酶变性失活，温度降低时酶的活力也不能恢复。 【答案】 B 二、非选择题 9 下列 A、 B、 C 图依次表示果胶酶浓度一定时， 果胶酶的反应速度与反应物浓度、 温度、 pH 之间的关系，据图完成下列问题： (1)图 A 中，反应物达到某一浓度时反应速度不再上升的原因是 _ _。 (2)图 B 中，b 点对应的温度称_。如果你根据实验数据转换成的曲线 图无法判断果胶酶的最适温度，你将如何改进？ _ _ _。 (3)图 B 中，曲线 ab 段表明_，bc 段表明 _ _ _。 (4)将装有果胶酶与反应物的甲、乙两试管分别放入 12 和 90 水浴锅中，20 分钟后 取出转入 40 的水浴锅保温，两试管内的反应是：甲_，乙_。 (5)图 C 表示了果胶酶浓度、反应物浓度、温度等一定时，果胶酶催化反应的速度随 pH 变化的曲线，实验时可根据_来判定果胶酶的最适 pH。 【解析】 本题考查了在酶数量不变的情况下， 影响酶活性的外界因素， 即反应物浓度、 温度和 pH 是如何影响反应速度的。温度、pH 影响反应速度的曲线是“钟”形曲线，反应物 浓度达到一定值时，因酶数量限制而导致速度不再增加。 【答案】 (1)受反应过程中酶浓度的限制 (2)酶反应的最适温度 应根据适宜的温度范围，尝试间隔近的温度梯度重新实验 (3)果胶酶的活性随温度升高而升高 果胶酶的活性随温度继续升高而下降 (4)反应速度加快 无催化反应 (5)果汁的量