1、专题专题4 酶的研究与应用酶的研究与应用课题课题1 果胶酶在果汁生产中的作用果胶酶在果汁生产中的作用 植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一，植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一，它是由它是由半乳糖醛酸半乳糖醛酸聚合而成的一种聚合而成的一种高分子化合物高分子化合物，不，不溶于水。溶于水。1 1、果胶果胶u在果汁加工中，果胶不仅在果汁加工中，果胶不仅会影响出汁率会影响出汁率，还，还会会使果汁浑浊使果汁浑浊。u果胶酶能够分解果胶酶能够分解果胶果胶，瓦解植物细胞的，瓦解植物细胞的细胞细胞壁壁及及胞间层胞间层，使榨取果汁更容易，而果胶分解，使榨取果汁更容易，而果胶分解成可溶性的成可溶性的半乳糖醛酸半
2、乳糖醛酸，也使得浑浊的果汁变也使得浑浊的果汁变得澄清。得澄清。u果胶酶并不特指某一种酶，而是分解果胶的果胶酶并不特指某一种酶，而是分解果胶的一类酶的总称，包括一类酶的总称，包括多聚多聚半乳糖醛酸酶半乳糖醛酸酶、果胶果胶分解酶分解酶和和果胶酯酶果胶酯酶等。等。果胶酶果胶酶 1.1.果胶是植物组织的组成成分之一果胶是植物组织的组成成分之一, ,它主要存它主要存在于植物组织的哪一部分在于植物组织的哪一部分? ?（）（）细胞核细胞核细胞质细胞质细胞间隙细胞间隙细胞壁及胞间层细胞壁及胞间层果胶酶能将植物组织内的果胶分解成（）果胶酶能将植物组织内的果胶分解成（）透明果汁半乳糖醛酸透明果汁半乳糖醛酸丙酮酸酶
3、制剂丙酮酸酶制剂果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，它不包果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，它不包括括( )( )A.A.多聚半乳糖醛酸酶多聚半乳糖醛酸酶 B.B.果胶分解酶果胶分解酶C.C.乳糖分解酶乳糖分解酶 D.D.果胶酯酶果胶酯酶D DB BC C 指酶催化一定化学反应的能力指酶催化一定化学反应的能力。酶活性的高低可。酶活性的高低可以用在一定条件下，酶所催化的某一化学反应的反应以用在一定条件下，酶所催化的某一化学反应的反应速度来表示。酶反应速度用速度来表示。酶反应速度用单位时间单位时间内内单位体积单位体积中中反反应物的减少量应物的减少量或或生成物的增加量生成物的增加量来表示。来表示。(1)(
4、1)酶的活性酶的活性2 2、酶的活性与影响酶活性的因素、酶的活性与影响酶活性的因素(2)(2)影响酶活性的因素影响酶活性的因素 a.a.温度温度b.pHb.pHc c. .酶的抑制剂酶的抑制剂酶的活性受温度、酶的活性受温度、pHpH值等外界因素值等外界因素的影响，本节课我们首先探究一下的影响，本节课我们首先探究一下温度对酶活性的影响温度对酶活性的影响提出问题：探究温度对酶活性的影响提出问题：探究温度对酶活性的影响预期假设：在最适温度（约预期假设：在最适温度（约 40 40 ）酶的活性）酶的活性最大，低于或高于最适温度时酶活性递减最大，低于或高于最适温度时酶活性递减搅拌器搅拌制成苹果泥搅拌器搅拌
5、制成苹果泥均分均分装入装入9 9支试管支试管等量等量果胶酶水溶液果胶酶水溶液9 9支试管支试管各取一支分九组分别放入各取一支分九组分别放入3030、3535、4040、4545、5050、5555、6060、6565、7070、的恒温箱中恒温加热、的恒温箱中恒温加热5min5min将果胶酶加入相同将果胶酶加入相同温度的苹果泥内温度的苹果泥内恒温保持恒温保持1010分钟分钟过滤果汁，用量筒测量过滤果汁，用量筒测量果汁的量，填入表格果汁的量，填入表格实验温度（实验温度（）303035354040454550505555606065657070果汁量果汁量(ml)(ml)可以保证底物和酶在混合时的温
6、度是相同的避免可以保证底物和酶在混合时的温度是相同的避免了果泥和果胶酶混合时影响混合物的温度，避免了果泥和果胶酶混合时影响混合物的温度，避免影响实验结果。影响实验结果。为什么在混合苹果泥和果胶酶之前，要将果泥和为什么在混合苹果泥和果胶酶之前，要将果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理？果胶酶分装在不同的试管中恒温处理？说明说明:等量的控制（果泥、果胶酶的量）等量的控制（果泥、果胶酶的量）等时间的控制（反应时间、过滤时间）等时间的控制（反应时间、过滤时间）恒温的控制（不同反应物的预热水浴、反应恒温的控制（不同反应物的预热水浴、反应物的混合搅拌等）物的混合搅拌等）其他处理（加水、滤纸等）其他处理（
7、加水、滤纸等）分析结果得出结论分析结果得出结论:温度影响酶的活性温度影响酶的活性在实验设计时，如何保证实验的单因素控制在实验设计时，如何保证实验的单因素控制?探究探究pH对果胶酶活性的影响对果胶酶活性的影响 只须将温度梯度改成只须将温度梯度改成pH梯度，并选定梯度，并选定一个适宜的温度进行水浴加热。一个适宜的温度进行水浴加热。 反应液中的反应液中的pH可以通过体积分数为可以通过体积分数为0.1%的氢氧化钠或盐酸溶液进行调节。的氢氧化钠或盐酸溶液进行调节。搅拌器拌制成苹果泥均分装入搅拌器拌制成苹果泥均分装入等量果胶酶水溶液等量果胶酶水溶液支试管支试管支试管支试管各取一支分组分别放入各取一支分组分
8、别放入3737度度的恒温水箱中恒温加热的恒温水箱中恒温加热5min5min。3737度恒温保持度恒温保持10min10min过滤果汁，用量筒测量果汁的量，填入表格过滤果汁，用量筒测量果汁的量，填入表格将果胶酶加入相同温度的苹果泥中，并调节将果胶酶加入相同温度的苹果泥中，并调节p p值依次为、值依次为、实验实验pHpH值值5 56 67 78 89 9果汁量（果汁量（mlml）探究果胶酶的最适用量是建立在探究最探究果胶酶的最适用量是建立在探究最适温度和适温度和pHpH对果胶酶活性影响的基础之对果胶酶活性影响的基础之上的。上的。实验时可以配制不同浓度的果胶实验时可以配制不同浓度的果胶酶溶液酶溶液，
9、此时，研究的变量是果胶酶的，此时，研究的变量是果胶酶的用量，其他因素都应保持不变，否则将用量，其他因素都应保持不变，否则将影响实验结果的准确性。影响实验结果的准确性。探究果胶酶的最适用量探究果胶酶的最适用量 根据实验数据绘制出的温度和根据实验数据绘制出的温度和pHpH对果胶酶活性影响的曲线图对果胶酶活性影响的曲线图 5 5、结果分析与评价、结果分析与评价不同果胶酶用量对出汁量影响的曲线不同果胶酶用量对出汁量影响的曲线图（在浓度和体积相同的条件下）图（在浓度和体积相同的条件下）酶的用量酶的用量0 0果汁果汁体积体积（mLmL）(1)pH(1)pH对不同蛋白酶的活力影响有差异。据图对不同蛋白酶的活
10、力影响有差异。据图1212可知，可知，_更适宜作为食品添加剂，理由是更适宜作为食品添加剂，理由是_。蛋白酶的活力可用蛋白酶的活力可用_的量来表示。的量来表示。 （20122012广东）广东） 29 29 （1616分）食品种类多，酸碱度范围广。分）食品种类多，酸碱度范围广。生物兴趣小组拟探究在食品生产应用范围较广的蛋白酶，查阅生物兴趣小组拟探究在食品生产应用范围较广的蛋白酶，查阅相关文献，得知：相关文献，得知：木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶 由图可以看出，木瓜蛋白酶的由图可以看出，木瓜蛋白酶的活性不随活性不随pHpH的变化而变化的变化而变化 单位时间内底物消耗（产物产生）单位时间内底物消耗（产物产生）
11、“汉水丑生的生物同行”超级群大型公益活动：历年高考题PPT版制作。本课件为公益作品，版权所有，不得以任何形式用于商业目的。2012年1月15日，汉水丑生标记。(2)该蛋白酶的提取工艺流程如下：该蛋白酶的提取工艺流程如下：兴趣小组分别对酶保护剂浓度、提取液兴趣小组分别对酶保护剂浓度、提取液pHpH进行了探究实验。进行了探究实验。结果显示，酶保护剂浓度在结果显示，酶保护剂浓度在0.020.020.06mol/L0.06mol/L范围内，酶活力较范围内，酶活力较高；提取液高；提取液pHpH在在6.06.08.08.0范围内，酶活力较高。他们认为，要进范围内，酶活力较高。他们认为，要进一步提高粗酶制剂
12、的酶活力，以达到最佳提取效果，还需对酶保一步提高粗酶制剂的酶活力，以达到最佳提取效果，还需对酶保护剂浓度和提取液护剂浓度和提取液pHpH进行优化，并确定以此为探究课题。请拟定进行优化，并确定以此为探究课题。请拟定该课题名称，设计实验结果记录表。该课题名称，设计实验结果记录表。（20122012广东）广东） 29 29 （1616分）食品种类多，酸碱度范围广。生分）食品种类多，酸碱度范围广。生物兴趣小组拟探究在食品生产应用范围较广的蛋白酶，查阅相关物兴趣小组拟探究在食品生产应用范围较广的蛋白酶，查阅相关文献，得知：文献，得知：“汉水丑生的生物同行”超级群大型公益活动：历年高考题PPT版制作。本课
13、件为公益作品，版权所有，不得以任何形式用于商业目的。2012年1月15日，汉水丑生标记。(2)该蛋白酶的提取工艺流程如下：该蛋白酶的提取工艺流程如下：课题：探究酶保护剂的最适浓度和提取液的最适课题：探究酶保护剂的最适浓度和提取液的最适pHpH单位时单位时间内底间内底物的消物的消耗量耗量提取液的提取液的pH6.06.26.46.66.87.07.27.47.67.88.0酶酶保保护护剂剂的的浓浓度度0.020.030.040.050.061 1、定义：、定义：（一）加酶洗衣粉（一）加酶洗衣粉含有酶制剂的洗衣粉。含有酶制剂的洗衣粉。2 2、成分：、成分：除含有普通洗衣粉的成分外，还含有多种酶制除含
14、有普通洗衣粉的成分外，还含有多种酶制剂：蛋白酶，脂肪酶，淀粉酶，纤维素酶，复剂：蛋白酶，脂肪酶，淀粉酶，纤维素酶，复合酶。其中应用最广泛、效果最明显的是合酶。其中应用最广泛、效果最明显的是碱性碱性蛋白酶和碱性脂肪酶蛋白酶和碱性脂肪酶。课题课题2 2 探讨加酶洗衣粉的洗涤效果探讨加酶洗衣粉的洗涤效果（二）影响酶活性的因素（二）影响酶活性的因素 温度、温度、pHpH、表面活性剂等、表面活性剂等蛋白酶蛋白酶应用：有助于去除如汗渍，血渍，青草，应用：有助于去除如汗渍，血渍，青草，粘液，以及各种食品类中的蛋白质污垢。粘液，以及各种食品类中的蛋白质污垢。作用：作用：碱性蛋白酶能使蛋白质水解成可碱性蛋白酶能
15、使蛋白质水解成可溶于水的多肽和氨基酸。溶于水的多肽和氨基酸。种类：我国在洗衣粉中添加的蛋白酶最种类：我国在洗衣粉中添加的蛋白酶最主要的是主要的是碱性蛋白酶。碱性蛋白酶。脂肪酶脂肪酶应用：可以催化水解各类动植物油脂和应用：可以催化水解各类动植物油脂和人体皮脂腺分泌物及化妆品污垢。人体皮脂腺分泌物及化妆品污垢。种类：碱性脂肪酶。种类：碱性脂肪酶。作用：作用：碱性脂肪酶能使甘油三脂水解成容碱性脂肪酶能使甘油三脂水解成容易用水冲洗掉的甘油和游离脂肪酸。从而易用水冲洗掉的甘油和游离脂肪酸。从而达到清除衣物上脂质污垢的作用。达到清除衣物上脂质污垢的作用。脂肪脂肪 甘油甘油 + + 脂肪酸脂肪酸脂肪酶脂肪酶
16、方程式：方程式：淀粉酶淀粉酶应用：可以去除例如来自面条、巧克力、应用：可以去除例如来自面条、巧克力、肉汁和婴儿食品中含有淀粉的污垢。肉汁和婴儿食品中含有淀粉的污垢。淀粉淀粉 麦芽糖麦芽糖淀粉酶淀粉酶方程式：方程式：纤维素酶纤维素酶应用：去除棉纺织品表面的浮毛，使洗涤后的应用：去除棉纺织品表面的浮毛，使洗涤后的棉纺织品柔软蓬松，织纹清晰，色泽更加鲜艳，棉纺织品柔软蓬松，织纹清晰，色泽更加鲜艳，穿着更加舒适。穿着更加舒适。种类：碱性纤维素酶。种类：碱性纤维素酶。纤维素纤维素 葡萄糖葡萄糖纤维素酶纤维素酶方程式：方程式：1.1.此实验的自变量、因变量以及无关变量是什么？此实验的自变量、因变量以及无关
17、变量是什么？自变量自变量: :因变量因变量: :无关变量无关变量: :2.2.实验设计应遵循的主要原则？实验设计应遵循的主要原则？ 对照性原则、单一变量原则、等量原则等。对照性原则、单一变量原则、等量原则等。洗衣粉类型洗衣粉类型对污渍的洗涤效果对污渍的洗涤效果洗衣粉的用量、水温、水量、水质、衣物的质洗衣粉的用量、水温、水量、水质、衣物的质料、大小及浸泡时间和洗涤方式及时间等。料、大小及浸泡时间和洗涤方式及时间等。比较洗涤相同时间后污渍的残留程比较洗涤相同时间后污渍的残留程度；或比较达同样效果所用时间。度；或比较达同样效果所用时间。二、实验设计二、实验设计（一）子课题一：探究普通洗衣粉和加酶洗衣
18、（一）子课题一：探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的洗涤效果粉对衣物污渍的洗涤效果3 3、实验操作流程、实验操作流程（1 1）实验准备）实验准备 带有污染物的实验用布的制取：取一带有污染物的实验用布的制取：取一定量的污染物制成溶液，取等量的污染物定量的污染物制成溶液，取等量的污染物滴加在相同大小、质地的新布上。滴加在相同大小、质地的新布上。 称取等量的洗衣粉：用天平准确称称取等量的洗衣粉：用天平准确称取等量普通洗衣粉和加酶洗衣粉。取等量普通洗衣粉和加酶洗衣粉。将制好的污染布和洗衣粉（一组为污染布和普通将制好的污染布和洗衣粉（一组为污染布和普通洗衣粉，另一组为污染布和加酶洗衣粉）分别放入洗衣粉
19、，另一组为污染布和加酶洗衣粉）分别放入两只烧杯中。两只烧杯中。用玻璃棒同时充分搅拌一段时间。一段时间后搅用玻璃棒同时充分搅拌一段时间。一段时间后搅拌可重复进行。拌可重复进行。过相同的时间后观察洗涤效果。过相同的时间后观察洗涤效果。（3 3）实验结论）实验结论 加酶洗衣粉的效果好加酶洗衣粉的效果好（2 2）实验过程）实验过程取两只大烧杯并编号，用量筒分别量取两只大烧杯并编号，用量筒分别量500ml500ml蒸馏水蒸馏水放入其中。放入放入其中。放入40400 0C C的水浴锅保温。的水浴锅保温。1 1、分析资料二、分析资料二 温度梯度设置并不恰当和完善，主要是梯度差值温度梯度设置并不恰当和完善，主
20、要是梯度差值偏大。假定用上述梯度测得偏大。假定用上述梯度测得4040度时洗涤效果最好，度时洗涤效果最好，也并不能说最适温度就是也并不能说最适温度就是4040度。度。（二）（二）子课题二：子课题二：探究加酶洗衣粉使用时的最适温度探究加酶洗衣粉使用时的最适温度 某同学探究温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影某同学探究温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影响，选择响，选择1010、2020、3030、4040、5050、6060和和7070进行实验。这个方案是否妥当，并提出改进行实验。这个方案是否妥当，并提出改进建议。进建议。改进改进 制取同样的污染布，称取等量的同一种洗衣粉，制取同样的污染布，称取等量的同一种洗衣粉
21、，分几个温度不同的试验组，温度梯度可设为分几个温度不同的试验组，温度梯度可设为2020、2525、3030、3535、4040、4545、5050、5555度，若测出在度，若测出在4040度时洗涤效度时洗涤效果最好，可设置更细的试验组如果最好，可设置更细的试验组如3535、3636、3737、3838、3939、4040、4141、4242、4343、4444、4545度，直至测出具体的最适温度，直至测出具体的最适温度度实验原理实验原理 酶的活性受温度的影响，最适温度时酶的活性受温度的影响，最适温度时酶的活性最大，去污力最强，高于或低酶的活性最大，去污力最强，高于或低于此温度酶的活性降低，去污
22、力下降。于此温度酶的活性降低，去污力下降。洗涤效果的判断洗涤效果的判断 可在洗涤后比较污物的残留状况，如：可在洗涤后比较污物的残留状况，如：已消失、颜色变浅、面积缩小等，最好能已消失、颜色变浅、面积缩小等，最好能进行定量的比较。进行定量的比较。2 2、实验设计、实验设计（三）（三）子课题三：子课题三：不同种类的加酶洗衣粉的洗涤效果不同种类的加酶洗衣粉的洗涤效果1 1、实验原理、实验原理 不同种类的加酶洗衣粉所加的酶不同，而酶不同种类的加酶洗衣粉所加的酶不同，而酶具有专一性，所以对不同污渍洗涤效果不同。具有专一性，所以对不同污渍洗涤效果不同。课题课题3 3 酵母细胞的固定化酵母细胞的固定化1 1
23、、固定化酶、固定化酶: :（1 1）概念：）概念：固定化酶就是将酶分子固定化酶就是将酶分子结合在特定支持物上且不影响酶的功结合在特定支持物上且不影响酶的功能。用于固定化酶的底物有琼脂糖、能。用于固定化酶的底物有琼脂糖、聚丙烯酰胺、海藻酸钠等。聚丙烯酰胺、海藻酸钠等。（2 2）. .固定化酶的反应柱示意图及工作原理固定化酶的反应柱示意图及工作原理2.2.固定化酶在生产实践中的优点固定化酶在生产实践中的优点反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本，提高了果糖的产量和质量。本，提高了果糖的产量和质量。（二）固定化细胞技术（二）固定化细胞技术固定化细胞是指固定在一
24、定空间范围内的、固定化细胞是指固定在一定空间范围内的、能够进行生命活动的并且可以反复使用的能够进行生命活动的并且可以反复使用的活细胞，又叫固定化活细胞或固定化增殖活细胞，又叫固定化活细胞或固定化增殖细胞。细胞。2.2.将酶或细胞固定化的方法将酶或细胞固定化的方法将酶（或细胞）包将酶（或细胞）包埋在细微网格里埋在细微网格里将酶（或细胞）将酶（或细胞）相互连接起来相互连接起来将酶（或细胞）吸将酶（或细胞）吸附在载体表面上附在载体表面上包埋法包埋法化学结合法化学结合法物理吸附法物理吸附法更适合于更适合于固定化酶固定化酶更适合于更适合于固固定化细胞定化细胞类型类型优点优点不足不足直接使直接使用酶用酶催
25、化效率高；低能催化效率高；低能耗；低污染等。耗；低污染等。易失活；难回收，成本高；易失活；难回收，成本高；酶混合在产物中可能影响产酶混合在产物中可能影响产品质量。品质量。固定化固定化酶酶既能与反应物接触，既能与反应物接触，又能与反应物分离；又能与反应物分离；可重复利用可重复利用一种酶只能催化一种或一类一种酶只能催化一种或一类反应，而生产中很多产物需反应，而生产中很多产物需一系列酶促反应才能得到。一系列酶促反应才能得到。固定化固定化细胞细胞成本低；操作更容成本低；操作更容易易大分子物质难以自由通过细大分子物质难以自由通过细胞膜使应用受到某些限制胞膜使应用受到某些限制。练习练习1 1、直接使用酶、
26、使用固定化酶和使用固定化细胞催、直接使用酶、使用固定化酶和使用固定化细胞催化反应，各有哪些优点与不足？化反应，各有哪些优点与不足？2 2、固定化酶和固定化细胞技术有哪些？各有什么优、固定化酶和固定化细胞技术有哪些？各有什么优缺点？缺点？有包埋法、化学结合法和物理吸附法。有包埋法、化学结合法和物理吸附法。固定化酶分子小更适合采用化学结合法和物理吸附法，固定化酶分子小更适合采用化学结合法和物理吸附法，用包埋法却容易从包埋材料中漏出。固定化细胞因细用包埋法却容易从包埋材料中漏出。固定化细胞因细胞大不易被吸附或结合适宜采用包埋法。胞大不易被吸附或结合适宜采用包埋法。3 3、固定化酶和固定化细胞的原理是什么？、固定化酶和固定化细胞的原理是什么？ 就是将酶固定在不溶于水的载体上，或者将微生物细就是将酶固定在不溶于水的载体上，或者将微生物细胞均匀地包埋于不溶于水的多孔性载体上，使酶既能胞均匀地包埋于不溶于水的多孔性载体上，使酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时，固定在载体与反应物接触，又能与产物分离，同时，固定在载体上的酶还可以被上的酶还可以被反复利用反复利用的技术。的技术。
