第39講酶的研究及應用

［目標要求］1.酶活力測定的一般原理和方法。2.酶在食品制造和洗滌等方面的應用。3.制備

和應用固相化酶。

考點一酶在果汁生產中的應用

J知識自主梳理夯實基礎強化要點

1.果膠

而論_植物細胞壁以及胞間層的主要組成成分之一；

在果汁加工中，會影響置t軍并使果汁渾濁

苗少一由半乳糖醛酸聚合而成的一種高分子化合物

奄Q一不溶于水

2.果膠酶

,是分解果膠的一類酶的總稱，包括多聚半乳

一糖醛酸酶、果膠分解酶和果膠酯酶等

_果膠果膠酶.可溶性半乳糖醛酸

3.酶的活性與影響酶活2性的因素

(1)酶的活性是指酶催化一定化學反應的能力，其高低用一定條件下酶所催化的某一化學反應

的反應速度來表示。

(2)酶的反應速度是指單位時間內、單位體積中反應物的減少量或產物的增加量。

4.實驗設計

(1)探究溫度和pH對果膠酶活性的影響

①實驗原則：單一變量原則、對照原則，嚴格控制變量，盡量減少無關變量的影響。

②實驗原理：果膠酶的活性受溫度、血或酶抑制劑和激活劑的影響，在最適溫度或pH時，

活性最高，果肉的出汁率、果汁的澄清度都與果膠酶的活性大小成正比。

③實驗流程

制備果泥

I

設置一系列具有梯度的pH或溫度

加入果膠酶反應一段時間

過濾果汁

④分析：該實驗的自變量是溫度或pH,因變量是酶的活性,檢測因變量是通過測定果汁的體

積或比較澄清度來實現的。

（2）探究果膠酶的最適用量

①實驗思路：如果隨著酶濃度的增加，過濾得到的果汁體積也增加，說明酶的用量不足;當

酶的濃度增加到某個值后，再增加酶的用量，過濾得到的果汁的體積不再改變,說明酶的用

量已經足夠，這個值就是酶的最適用量。

②實驗流程

【教材中的隱性知識】源于選修1P44“旁欄思考”：在探究溫度或PH對酶活性的影響時，＜

要（填“需要”或“不需要”）設置對照實驗。如果需要，如何設置？不同的溫度梯度之間或

不同的pH梯度之間相互對照。

「診斷常考語句，澄清易錯易混」

（1）果膠酶常用于果汁生產中，可提高出汁率和澄清度（V）

（2）酶活性即為酶促反應速度（X）

（3）在探究果膠酶用量實驗中，雖然實驗的變量發(fā)生了變化，但通過設置梯度來確定最適值的

思路方法是不變的（V）

「闡述基本原理，突破長句表達」

（源于選修1P44“旁欄思考”）在混合蘋果泥和果膠酶之前，將果泥和果膠酶分裝在不同的試

管中恒溫處理的目的是保證底物和酶在混合時的溫度是相同的，避免了蘋果泥和果膠酶混合

時影響混合物的溫度，從而影響果膠酶的活性問題。

J重息剖析聲納點擊重點攻克難點

1.果膠酶與纖維素酶的比較

名稱組成作用

多聚半乳糖醛酸酶、果膠分將不溶性的果膠分解為可溶性的半乳

果膠酶

解酶、果膠酯酶等糖醛酸

纖維素等*纖維二糖陪葡萄糖

纖維素酶C1酶、Cx酶和葡萄糖甘酶

Cx甘能

2.果膠酶在果汁生產中作用的相關實驗分析

實驗名稱探究溫度對果膠酶活性探究pH對果膠酶活

探究果膠酶的最適用量

（目的）的影響性的影響

自變量溫度PH果膠酶的用量

因變量果汁的體積（澄清度）

溫度、果泥的用量、

pH、果泥的用量、果膠溫度、pH、果膠的濃度

果膠酶的濃度和用

無關變量酶的濃度和用量、水浴時和用量、水浴時間和過

量、水浴時間和過濾

間和過濾時間等濾時間等

時間等

①底物和酶在混合時的①溫度應為最適溫

①制備蘋果泥后迅速加

溫度是相同的;②蘋果泥度；②pH梯度可用

熱，使蘋果泥中的果膠

注意事項和果膠酶用量在各個試NaOH溶液和鹽酸調

酶變性；②溫度、pH應

管中應相同；③pH應為節(jié)；③用玻璃棒攪拌

為最適且保持不變

最適pH使反應充分進行

T向逐一突破預測考向總結方法

考向酶在果汁生產中的應用

i.下列有關果膠酶及與果膠酶實驗探究有關的敘述正確的是（）

A.探究果膠酶的最適用量時，pH、溫度不影響實驗結果

B.果膠酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶和葡萄糖異構酶等

C.應將果泥與果膠酶先混合均勻后再放置預設定溫度的水浴鍋中

D.可以用相同時間內過濾得到的果汁體積來定量表示果膠酶的活性

答案D

解析探究果膠酶的最適用量時，pH、溫度會影響實驗結果，pH、溫度要相同且適宜，A錯

誤；果膠酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶和果膠酯酶等，B錯誤；應將果泥與果膠酶

分裝在不同試管中放置在預設定溫度的水浴鍋中，幾分鐘后再混合均勻，C錯誤。

2.果膠是植物細胞壁以及胞間層的主要組成成分之一。果膠酶能夠分解果膠，瓦解植物的細

胞壁及胞間層。請完成以下有關果膠酶和果汁生產中的問題：

（1）在果汁生產中應用果膠酶可以提高和o

（2）某實驗小組進行了“探究果膠酶催化果膠水解最適pH”的課題研究。本課題的實驗步驟

中，在完成“燒杯中分別加入蘋果泥，試管中分別注入果膠酶溶液、編號、分組”之后，有

下面兩種操作：

第一種：將試管中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、

610o

第二種：將試管中果膠酶溶液和燒杯中蘋果泥pH分別調至4、5、610,再把pH相等的

果膠酶溶液和蘋果泥相混合。

①請問哪一?種操作更科學？o理由是

②如果用曲線圖的方式記錄實驗結果，在現有的條件下，當橫坐標表示pH,縱坐標表示

時，實驗的操作和記錄是比較切實可行的。根據你對酶特性的了解，分析

圖中最可能是實驗結果的曲線圖是0若實驗所獲得的最適pH=m,請你在所選的

曲線圖中標出“加''點的位置。

答案（1）出汁率澄清度

（2）①第二種第二種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環(huán)境（或第一

種操作會在達到預定pH之前就發(fā)生了酶的催化反應）②果汁體積甲如圖所示

解析（2）①探究果膠酶催化果膠分解最適pH實驗的關鍵是分別將果膠酶溶液和蘋果泥調至

一定的pH,然后把pH相等的這兩種溶液混合，否則，在達到預定pH之前就會發(fā)生酶的催

化反應導致實驗結果不準確?？梢姷诙N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環(huán)境，因此第二種操作更科學。②本實驗自變量是pH的不同，因變量是果汁體積。

如果用曲線圖的方式記錄實驗結果，則橫坐標表示pH,縱坐標表示果汁體積。在一定pH范

圍內，酶的活性隨著pH的升高而逐漸增強，達到最適pH后，酶的活性隨pH繼續(xù)升高而逐

漸減弱，過酸或過堿會使酶永久失活，據此可推知，圖甲最可能是實驗結果的曲線圖。經過

圖甲曲線的峰值畫一條與縱坐標相平行的線，該線與橫坐標的交點即為mo

考點二探討加酶洗衣粉的洗滌效果

夯實基礎強化要點

1.加酶洗衣粉：指含酶制劑的洗衣粉。

2.酶制劑的種類與洗滌原理

種類洗滌原理洗滌的物質種類

血漬、奶漬及各種食品類的蛋

蛋白酶蛋白質里里小分子的肽+氨基酸

白質污垢

脂肪酶脂肪圃也甘油+脂肪酸食品的油漬、人體皮脂、口紅

淀粉酶淀粉理"麥芽糖+葡萄糖來自面條、巧克力等的污垢

使纖維的結構變得蓬松，從而使?jié)B入

纖維素酶到纖維深處的塵土和污垢能夠與洗衣棉紡織品的表面浮毛

粉充分接觸，達到更好的去污效果

|■診斷?？颊Z句，澄清易錯易混」

(1)相同pH時加酶洗衣粉效果好于普通洗衣粉(X)

(2)用含蛋白酶的洗衣粉去除油漬，效果比其他類型加酶洗衣粉好(X)

(3)棉織物不能使用添加纖維素酶的洗衣粉進行洗滌(X)

(4)人體皮膚細胞有蛋白質，應避免與加酶洗衣粉長時間接觸(V)

(5)加酶洗衣粉的酶制劑不含肽酶，因為肽本身易溶于水(V)

「闡述基本原理，突破長句表達」

(源于選修1P48“練習2”)某同學打算用絲綢作實驗材料，探討含蛋白酶洗衣粉的洗滌效果,

不合適的原因是絲綢的主要成分是蛋白質，它會被加酶洗衣粉中的蛋白酶分解，損壞衣物。

使用加酶洗衣粉時宜用溫水是因為酶的催化作用需要適宜的溫度，用溫水浸泡衣物可以縮短

衣物的浸泡時間，加快洗滌。

J重忠剖析歸納點擊重點攻克難點

1.加酶洗衣粉洗滌效果的探究方法

(1)判斷加酶洗衣粉的洗滌效果

可在洗滌后比較污垢殘留狀況，如已消失、顏色變淺、面積縮小等。

(2)加酶洗衣粉的洗滌效果的探究

實驗設計應遵循對照原則和單一變量原則，如在探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉對衣物污漬的

洗滌效果有何不同時，以洗衣粉的種類為自變量，其他條件完全一致；同時，普通洗衣粉處

理污物與加酶洗衣粉處理污物形成對照。

（3）變量分析

實驗自變量因變量無關變量

探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉洗衣粉的種類

水的用量，污物的量，

的洗滌效果（普通和加酶）

實驗用材料的質地與

探究不同種類加酶洗衣粉的洗加酶洗衣粉中洗滌

大小，不同洗衣粉的

滌效果酶的種類效果

用量，浸泡時間，洗

探究不同溫度對加酶洗衣粉洗

溫度滌時間等

滌效果的影響

2.探究不同類型加酶洗衣粉的洗滌效果

（1）實驗原理：酶的催化作用具有專一性，復合酶洗衣粉加入的酶制劑種類較多，與加單一酶

洗衣粉相比，對各種污漬都有較好的洗滌效果。

（2）實驗變量

①自變量：加酶洗衣粉的種類。

②無關變量：其他條件相同且適宜（如溫度、pH等）。

（3）實驗步驟

燒杯編號

步驟

IIIIII

注入自來水500mL500mL500mL

加入物質（等量）奶漬布奶漬布奶漬布

控制水溫37℃37℃37℃

加入洗衣粉（等量）蛋白酶洗衣粉復合酶洗衣粉脂肪酶洗衣粉

用玻璃棒攪拌5min5min5min

觀察實驗現象顏色淺顏色消失顏色淺

J考向逐一突破預測考向總結方法

考向探究加酶洗衣粉的洗滌效果

3.（2019?江蘇，13）下列關于加酶洗滌劑的敘述，錯誤的是（）

A.加酶洗衣粉中一般都含有酸性脂肪酶

B.用加酶洗滌劑能減少洗滌時間并節(jié)約用水

C.含纖維素酶洗滌劑可以洗滌印花棉織物

D.加酶洗衣粉中的蛋白酶是相對耐高溫的

答案A

解析加酶洗衣粉中一般含有堿性蛋白酶、堿性脂肪酶等，A錯誤；加酶洗滌劑比傳統洗滌

劑的去污能力更強，所以用加酶洗滌劑能減少洗滌時間并節(jié)約用水，B正確；含纖維素酶洗

滌劑中的纖維素酶能使棉織物中的纖維變得蓬松，污物容易脫落，C正確；加酶洗衣粉中所

添加的酶，通常是科學家通過基因工程生產出的能夠耐酸、耐堿、忍受表面活性劑和較高溫

度的酶，D正確。

4.下表是添加脂肪酶的加酶洗衣粉和普通洗衣粉洗滌效果的實驗記錄，請據表回答問題:

臉盆編號洗滌物（等量）洗滌溫度洗衣粉（等量）水量洗凈所需時間

1油污布45℃加酶2L4min

2油污布45℃普通2L7min

3油污布5℃加酶2L9min

4油污布5℃普通2L8min

（1）該實驗設計體現了原則。

（2）若1號實驗組洗凈油污布所需時間接近7min,最可能的原因是

（3）下列衣料不適宜用添加蛋白酶的加酶洗衣粉洗滌的有（填序號），理由是

①棉織品②毛織品③月青綸織品④蠶絲織品

（4）請寫出兩項提高加酶洗衣粉洗滌效果的措施：

_________________________________________________________________________________O

答案（1）對照、單一變量（2）溫度過高使酶失活（3）②④毛織品、蠶絲織品衣料主要成分

都是蛋白質，會被加酶洗衣粉中的蛋白酶分解，從而破壞衣料；而棉織品和睛綸織品的主要

成分不含有蛋白質成分（4）用溫水浸泡；延長浸泡時間；增加洗衣粉的用量等（寫出兩項合理

答案即可）

解析（2）若1號實驗組洗凈油污布所需時間接近7min,最可能的原因是溫度過高，酶已經

變性失活。（3）加酶洗衣粉含有生物催化劑酶，可以催化蛋白質的分解反應，因為毛織品、蠶

絲織品的主要成分都是蛋白質，所以毛織品、蠶絲織品不能用加酶洗衣粉洗滌；而棉織品的

主要成分是纖維素，睛綸織品的主要成分是合成纖維。（4）用溫水浸泡（提高酶的活性）、延長

浸泡時間（延長酶的催化時間）、增加洗衣粉的用量（增加酶的用量）等都可以提高加酶洗衣粉的

洗滌效果。

考點三酵母細胞的固定化

J知識自主梳理夯實基礎強化要點

1.固定化技術

(1)概念：利用物理或化學方法將酶或細胞固定在一定空間的技術。細胞中含有一系列酶，在

細胞正常生命活動過程中，通過代謝產生所需要的代謝產物。

(2)常用的固定化方法

名稱原理圖示

將酶或細胞均勻地包埋在不溶

包埋法

于水的多孔性載體中

利用共價鍵、離子鍵將酶分子或

化學結合法細胞相互結合，或將其結合到載

體上

通過物質吸附作用，把酶或細胞

CXXDCXD

物理吸附法固定在纖維素、瓊脂糖、多孔玻

璃或離子交換樹脂等載體上

(3)包埋法常用的載體材料：明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等。

2.固定化酶母細胞的實驗流程

「診斷?？颊Z句，澄清易錯易混」

(1)固定化酶常采用化學結合法和包埋法(X)

(2)固定化細胞可以催化各種反應底物的一系列反應(X)

(3)從酶的固定方式看，物理吸附法比化學結合法對酶活性影響小(V)

(4)將海藻酸鈉凝膠珠用無菌水沖洗，目的是洗去CaCL和雜菌(V)

」闡述基本原理，突破長句表達」

(源于選修1P49“課題背景”)與固定化酶技術相比，固定化細胞制備的成本更低，操作更容

易。固定化細胞的優(yōu)勢是易于保持酶的活性，固定的是一系列的酶。

J重忠剖析歸納點擊重點攻克難點

1.直接使用酶、固定化酶與固定化細胞的比較

項目直接使用酶固定化酶固定化細胞

酶的種數一種或幾種一種一系列酶

適用方法化學結合法、物理吸附法包埋法

營養(yǎng)物質不需要不需要需要

反應底物各種物質(大分子、小分子)各種物質(大分子、小分子)小分子物質

酶既能與反應物結合，又能

催化效率高、耗能低、污

優(yōu)點與產物分離；還可以被反復成本更低、操作更容易

染低

利用

①對環(huán)境條件敏感，易失反應物不易與酶接觸，

不利于催化一系列的酶促

缺點活；②酶難回收，成本高，尤其是大分子物質，可

反應

影響產品質量能導致反應效率下降

實例果膠酶固定化葡萄糖異構酶固定化酵母細胞

2.制備固定化酵母細胞的注意事項

(1)在缺水狀態(tài)下，微生物處于休眠狀態(tài)。活化就是讓處于休眠狀態(tài)的微生物重新恢復正常的

生活狀態(tài)。酵母細胞需要的活化時間較短，一般為0.5?lh,實驗時需要提前做好準備。

(2)酵母細胞活化時體積會變大，因此活化前應該選擇體積足夠大的容器，以避免酵母細胞的

活化液溢出。

(3)加熱使海藻酸鈉溶化是操作中最重要的一環(huán)。加熱時要用小火或間斷加熱，且邊加熱邊攪

拌。

(4)海藻酸鈉的濃度關系到固定化細胞的質量。如果海藻酸鈉濃度過高，將很難形成凝膠珠；

如果濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細胞的數目少，影響實驗效果。

(5)溶化好的海藻酸鈉溶液必須冷卻至室溫，否則會因溫度過高而導致酵母菌死亡。

(6)可利用海藻酸鈉制成不含酵母菌的凝膠珠，用作對照。

(7)海藻酸鈉膠體在CaCb這種電解質的作用下，發(fā)生聚沉，形成凝膠珠，需在CaCb溶液中

浸泡30min左右。

(8)細胞的固定化要在嚴格無菌的條件下進行；反復使用固定化酵母細胞時，酵母菌菌種要純,

用具和材料要嚴格消毒，注意控制溫度，營養(yǎng)全面，還需要避免其他微生物的污染。

”向逐一突破預測考向總結方法

考向一酶的固定化技術及應用

5.(2019?廣東佛山二檢改編)某研究小組利用包埋法固定a-淀粉酶，并探究不同溫度條件(0℃、

50。。和100℃)對a-淀粉酶活性的影響?；卮鹣铝袉栴}：

(1)包埋a-淀粉酶時，海藻酸鈉的作用是,CaCl2的作用是=

在酶促反應前要用蒸儲水沖洗凝膠珠2?3次，目的是

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________O

(2)用固定化的a-淀粉酶進行以下實驗：

①稱取等質量的固定化酶凝膠珠，分別置于;

②量取等體積淀粉溶液放入試管中，也分別置于相應水浴中保溫5min；

③把凝膠珠倒入相應試管中，充分混勻，在相應的溫度下反應5min；

④取出凝膠珠，以酶促反應，并用蒸儲水沖洗凝膠珠2?3次，于4℃冰箱中儲存以

備下次使用；

⑤測定a-淀粉酶活性，結果表明50℃時酶活性最高，0℃、100℃時酶活性都很低。在進一

步的實驗中，為證明0℃、100℃對酶活性的影響是不同的，將

重新置于50℃水浴中保溫5min,再分別與充分混勻，反應5min

后測定酶活性。

(3)與一般酶制劑相比，固定化酶的突出優(yōu)點是既能與反應物,又能與產物,

還能被反復利用。

答案(1)包埋a-淀粉酶與海藻酸鈉反應形成凝膠珠洗去凝膠珠表面的游離酶和CaCb

(2)①0℃、50℃、100℃溫度水浴中保溫5min④終止⑤原置于0℃、100℃的凝膠珠等

體積的50℃預熱的淀粉溶液(3)接觸分離

6.亞洲人體內普遍缺乏乳糖酶，造成飲用牛奶后出現腸脹、腹脹、腹瀉等不良癥狀。某牛奶

制品生產廠家致力開發(fā)新產品，生產低乳糖新品，欲篩選出高產乳糖酶的微生物，制備乳糖

酶并固定化，具體步驟如圖1所示：

乳糖酶

糖

高產乳

酶

產乳糖

酶

乳糖

乳糖

高產的固定

提取

卜的

生物

酶微

物

酶微生

的

微生物化

純化

I

的培養(yǎng)

的篩選

篩選

圖2

問題：

答下列

，回

信息

相關

根據

源。

一碳

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基中

培養(yǎng)

作為

用

，宜

物時

微生

酶的

乳糖

選產

（1）篩

定條

最佳固

性質和

的相關

定化酶

研究固

酶，以

乳糖

固定

劑來

包埋

作為

酸鈉

海藻

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研人

（2）科

括

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效率

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反應

化學

催化

化酶

為固定

酶活力

示，

2所

如圖

結果

研究

件。

化酶催

下固定

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