“果胶酶在果汁生产中的作用”的实验设计和实施，本文主要内容关键词为：果胶论文,果汁论文,作用论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
“果胶酶在果汁生产中的作用”是人教版（选修一）《生物技术实践》专题四“酶的研究与应用”中的课题一，课题要求学生能设计实验探究温度和pH对果胶酶活性的影响以及果胶酶的最适用量，此内容与学生的日常生活联系紧密，并且又有必修一“探究影响酶活性的条件”作基础，因此对于学生来说并不困难，适合进行实际动手操作。但是，教材要求有实验方案的设计，还涉及到实验变量的梯度设计，要想获得理想的结果，必须进行反复多次的实验和摸索。在实际教学过程中，学生对教材和参考资料中的实验方案进行了讨论和实践，并提出了改进措施，本文小结如下。
一、实验方案
1.预实验
确定水果的种类→确定制备果汁的方法→确定制备果汁的用量→确定果胶酶作用的检测指标→确定果胶酶的用量→确定果胶酶的作用时间。
2.探究实验
①探究不同温度对果胶酶活性的影响；②探究不同pH对果胶酶活性的影响。
二、实验材料与方法
1.实验材料
本实验选用苹果作为实验材料，榨成汁后使用；实验中使用的果胶酶购自上海蓝季生物技术有限公司，配成质量分数为2%溶液后使用。
2.制备果汁的方法
选取一个中等大小的苹果（约200g）洗净后，不去皮，切成小块，放入榨汁机中，加入约200mL水，榨取2min，制得苹果泥。量取一定体积的苹果泥，不同条件下处理后，用滤纸进行过滤即可得到果汁。
3.果胶酶活性的检测指标
果胶酶能将果胶分解成小分子物质，小分子物质可以通过滤纸，苹果汁的体积大小体现了果胶酶催化分解果胶的能力。通过测定滤出的苹果汁的体积大小作为果胶酶活性的检测指标。
4.确定果胶酶的最适用量
取5支试管，编号后各加入10mL苹果泥，依次加入水、0.5mL、1mL、2mL、4mL 2%的果胶酶溶液，加水使每支试管反应体系的终体积皆为14mL，室温下作用足够长时间，过滤15min，量取滤出的苹果汁的体积，确定果胶酶的最适用量。
5.确定果胶酶的作用时间
取6支试管，编号后各加入10mL苹果泥，1支加入1mL水作为空白对照，另5支各加入1mL 2%的果胶酶溶液，加酶的5支试管依次在室温下处理1min、5min、10min、15min、20min。处理完用沸水浴使酶失活，过滤15min，量取滤出的苹果汁的体积，确定果胶酶的作用时间。
6.探究不同温度对果胶酶活性的影响
设定温度梯度：10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃，取7支试管，编号后各加入10mL苹果泥，另取7支试管，编号后各加入1mL 2%的果胶酶溶液，先将苹果泥和果胶酶溶液分别在10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃水浴保温10min，然后将相同温度处理的苹果泥和果胶酶溶液混匀后在相应的温度下再保温5min，处理完用沸水浴使酶失活，过滤15min，量取滤出的苹果汁的体积，确定不同温度对果胶酶活性的影响。
7.探究不同pH对果胶酶活性的影响
设定pH梯度：2、3、4、5、6、7、8、9，取8支试管，编号后各加入10mL苹果泥，另取8支试管，编号后各加入1mL 2%的果胶酶溶液，用0.1mol/L的HCl溶液和质量分数为1%的NaOH溶液分别将苹果泥和果胶酶溶液pH调节成2、3、4、5、6、7、8、9等8个梯度，然后将相同pH的苹果泥和果胶酶溶液混合，得到8种不同pH梯度的反应体系，用蒸馏水将8支试管中溶液的体积调成一致（本实验反应溶液总体积为16mL），室温下保温5min，处理完用沸水浴使酶失活，过滤15min，量取滤出的苹果汁的体积，确定不同pH对果胶酶活性的影响。
三、结果与分析
1.2%果胶酶用量对果汁滤出量的影响
设置2%果胶酶溶液体积梯度，分别催化相同体积的苹果泥（10mL），催化后过滤，得到的苹果汁的体积及澄清度如表1所示。
由表1可知，用不同量的果胶酶在室温下处理10mL苹果泥足够长时间，在1～4号支试管中，随着果胶酶量的增加，所得苹果汁的体积随之增加，但当2%的果胶酶溶液达到1mL后，继续增加酶的量，所得苹果汁的体积几乎不再增加，说明底物已经耗尽，由此可推断处理10mL苹果泥的果胶酶溶液最适用量应为1mL左右。
2.酶处理时间对果汁滤出量的影响
取2%的果胶酶溶液1mL催化相同体积的苹果泥（10mL），分别作用不同的时间，得到的苹果汁的体积及澄清度如表2所示。
由表2可知，在1～4支试管中，随着果胶酶作用时间的增加，所得苹果汁的体积随之增加，但当酶作用时间增加到10min后，继续增加酶的作用时间，所得苹果汁的体积几乎不再增加，说明底物已经耗尽，而当酶作用时间为5min（试管3）时，苹果汁的体积几乎到达到最大值，所以1mL 2%的果胶酶溶液完全处理10mL苹果泥大概需要5～10min。
3.果胶酶最适作用温度
取1mL 2%的果胶酶溶液催化相同体积的苹果泥（10mL），在不同梯度的温度下反应，得到的苹果汁的体积及澄清度如表3示。
由表3可知，在1～3试管中，随着果胶酶作用温度间的升高，苹果汁的体积随之增加，说明在10℃～30℃温度区间内，酶的活性随着温度的增加而升高，当酶作用温度增加到30℃时，苹果汁的体积达到最大值，说明此时果胶酶的活性最强。在3～6试管中如果继续升高温度，苹果汁的体积随之减少，说明在30℃～60℃温度区间内酶的活性随温度的升高而降低。当温度达到60℃，继续升高温度，苹果汁的滤出量不再改变，说明此时酶已经完全失活。因此，最佳作用温度为30℃。
4.最适pH
取1mL 2%的果胶酶溶液催化相同体积的苹果泥（10mL），在不同梯度的pH值下反应，得到的苹果汁的体积及澄清度如表4所示。
由表4可知，在1～4试管中，滤出的苹果汁的体积都较大，说明在pH在2～5时果胶酶都有较大活性，果胶酶适宜的pH范围较广泛。其中2～4试管中滤得的苹果汁的体积最大，说明果胶酶的最适pH约在3～5之间。在4～6试管中，随着pH的增加，苹果汁的体积随之减少，说明pH在5～7时，酶的活性随着pH的增大而降低，pH达到7时，继续升高pH，苹果汁的滤出量不再改变，说明此时酶已经失活。
四、讨论
果胶酶的最适温度和最适pH值都较广泛，究其原因，果胶酶不是单一的一种酶，它是分解果胶的一类酶的总称，包括半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶等，因此果胶酶的最适温度和最适pH是多种酶综合的适宜温度和适宜pH。具体地说，温度在10℃～40℃时其活性都较强（表3），在实际生产中，这样的特性可以使果胶酶适应几乎所有的季节。果胶酶的最适pH约在3～5之间，大多数的水果榨汁液都偏酸性，如苹果泥pH在4左右，恰好在其最适pH范围内，果胶酶因有这样宽泛的作用条件，用于实际生产时，可以大大节约生产成本。
本实验的实验步骤较多，由多个小实验构成，
每个小实验需要考虑的变量都不一样，比较容易忽略的无关变量有：①苹果泥的批次及黏稠度：本实验的大部分步骤及实验数据有逻辑上的关联，因此所有的实验都应该使用同一批次的苹果泥，同时果胶泥是黏稠物，进行每组实验时，都应该充分搅拌，减小实验误差；②同组对照实验反应体积的一致性：加入.不同酶量或调节pH梯度时都会影响反应体系的体积，而不同体积的反应体系会影响苹果汁的滤出量，为控制无关变量，应用蒸馏水将每组对照实验的总体积调至相同；③酶的作用时间：注意酶作用完要失活，否则过滤时，苹果泥中酶还在起作用，不能精确设定酶的作用时间；④过滤的时间：过滤时间不同也会影响苹果汁的滤出量，同组对照实验中酶作用完后，应保证过滤时间相同。