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高二生物集体备课-选一-专题4 酶的研究与应用 课题1果胶酶在果汁生产中的作用

[日期:2012-06-24]   来源:生物百花园  作者:生物百花园   阅读:294[字体: ]

酶是生物催化剂,具有高效、专一和所需反应条件温和的优点。目前,酶已广泛应用于食品、医疗、环保和化工等各个行业,取得了良好的经济效益。本专题是在必修课的基础上,通过实验研究影响酶活性的因素以及酶在日常生活和工业生产上的应用。
专题分析
一、 教学目的要求
本专题的三个课题均依照课程标准制定的具体内容标准编排,其对应关系如下表。
具体内容标准对应课题研究酶的存在和简单制作方法
尝试利用酶活力测定的一般原理和方法课题1探讨酶在食品制造和洗涤等方面的应用课题1、课题2尝试制备和应用固相化酶课题3通过本专题的学习,学生应该掌握测定酶活力的简单方法;能够研究影响酶活性的因素;理解固定化酶和固定化细胞的原理和方法;探讨酶在生产生活中的应用。
二、技术要项
本专题的技术操作难度不高,涉及的主要技术归纳如下。
1.制备果泥的技术。
2.海藻酸钠溶液的制备。
3.固定化酵母细胞的制备。
三、设备条件
完成本专题需要配置果汁搅拌器、水浴锅、注射器等。
四、教学安排
本专题从食品制造(课题1)、日常洗涤用品(课题2)和工业生产(课题3)三个不同的角度分别展开有关酶的研究和应用的实验,3个课题之间没有严格的先后顺序。课题1和课题2的内容与学生的日常生活联系紧密,并且又有必修模块“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。课题3在技术操作上有一些难度,但操作过程比较有趣,实验现象比较明显,容易激发学生的学习兴趣。从总体上看,本专题的3个课题难度适中。
课题1和课题2比较偏重实验方案的设计,因此,学生用于讨论的时间可能会多一些。此外,这两个课题考虑的变量相对较多,还涉及到实验变量的梯度设计,因此,要想获得理想的结果,必须花费一定的时间,进行反复多次的实验和摸索。课题3的技术操作要求相对严格,要想一次做成功,就需要严格按照教材提供的实验步骤进行操作。课题1和课题2可各用3~4课时,课题3可用2课时。
参考书目
1.生物化学技术原理及其应用。赵永芳编,武汉大学出版社,1994。
2.微生物学实验。赵斌、何绍江主编,科学出版社,2002。

 

课题1 果胶酶在果汁生产中的作用

一、课题目标
简述果胶酶的作用;检测果胶酶的活性;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;搜集有关果胶酶应用的资料。
二、课题重点与难点
课题重点:温度和pH对果胶酶活性的影响。
课题难点:果胶酶的最适用量。
三、课题背景分析
随着生活水平的提高,水果几乎成为人们生活中的必需品,果汁饮料也深受人们的喜爱。将水果制成果汁,不仅有利于解决水果丰收季节的产、销、运输和保存等多方面的问题,而且提高了水果的附加值,满足了人们不同层次的需要。课题背景从与社会的联系、与学生生活的联系入手,引入课题研究。教师在教学过程中,可以以本地某种水果的生产、贮存、加工和运输为素材,让学生做一个简单的估算,从而认识到果汁加工的经济效益。例如,可以让学生计算生产一升苹果汁大约需要多少斤苹果,苹果与苹果汁的价格相差多少;等等。此外,教师还可以联系学生已有的关于酶的知识,引导学生认识果胶酶的特性及其作用。
四、基础知识分析与教学建议
知识要点:1.果胶酶的作用;2.酶的活性的定义;3.影响酶活性的因素;4.果胶酶的用量。
教学建议:关于果胶酶作用的教学,教师可以先展示图4-1,介绍植物细胞壁的成分和细胞与细胞之间的胞间层成分,说明这些成分对果汁制作的影响,从而引出果胶酶在果汁生产过程中的作用。

图4-1 植物细胞壁及细胞之间胞间层的成分
五、实验安排及注意事项
本课题的研究建立在必修模块“探究影响酶活性的条件”的基础之上,与必修模块的探究的不同之处主要体现在两个方面:一是酶的活性不是通过定性分析而是通过定量分析来进行探究的;二是本课题并不仅仅满足于探究温度和pH对酶活性的影响,还探究了果胶酶的最适用量,对生产实践具有指导意义。本课题可用3~4课时。其中,探究温度对果胶酶活性的影响的实验可以参考下面的教学思路进行。

在实际的操作过程中,还需要注意下列事项。
1.与其他工业用酶基本相同,果胶酶的适宜温度范围也比较宽泛,因此,可以选用
10 ℃作为温度梯度,设置的具体温度为10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃和60 ℃等,也可以尝试以5 ℃作为温度梯度。
2.苹果、橙子和葡萄等水果都可以作为反应物,水果不用去皮。如用苹果为原材料,一般可按每个中等大小的苹果加水100~200 mL的比例进行搅拌,获得稀的苹果泥。
3.果泥的用量可以采用5 mL左右,果胶酶的用量可采用质量浓度为2%的果胶酶溶液2 mL。
4.水浴时间可以为20~30 min。
5.过滤果汁时,漏斗中应放置滤纸。
6.探究pH对果胶酶活性的影响,只须将温度梯度改成pH梯度,并选定一个适宜的温度进行水浴加热。反应液中的pH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。
探究果胶酶的用量是建立在探究最适温度和pH对果胶酶活性影响的基础之上的。此时,研究的变量是果胶酶的用量,其他因素都应保持不变。实验时可以配制不同浓度的果胶酶溶液,也可以只配制一种浓度的果胶酶溶液,然后使用不同的体积即可。需要注意的是,反应液的pH必须相同,否则将影响实验结果的准确性。
六、课题成果评价
本课题评价的重点应放在对学生探究报告的评价上。报告的主要内容应该包括:根据实验数据绘制出的温度和pH对果胶酶活性影响的曲线图;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);并最终得到果胶酶最适温度、pH以及果胶酶的最适用量。
七、答案和提示
(一)旁栏思考题
1.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?
提示:将果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理,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,从而影响果胶酶活性的问题。
2.在探究温度或pH的影响时,是否需要设置对照?如果需要,又应该如何设置?为什么?
提示:需要设置对照实验,不同的温度梯度之间或不同的pH梯度之间就可以作为对照,这种对照称为相互对照。
3.A同学将哪个因素作为变量,控制哪些因素不变?为什么要作这样的处理?B同学呢?
提示:A同学将温度或pH作为变量,控制不变的量有苹果泥的用量、果胶酶的用量、反应的时间和过滤的时间等。只有在实验中保证一个自变量,实验结果才能说明问题。B同学对于变量的处理应该与A同学相同,只是观察因变量的角度不同。
4.想一想,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性的高低?
提示: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应了果胶酶的催化分解果胶的能力。在不同的温度和pH下,果胶酶的活性越大,苹果汁的体积就越大。
5.当探究温度对果胶酶活性的影响时,哪个因素是变量,哪些因素应该保持不变?
提示:温度是变量,应控制果泥量、果胶酶的浓度和用量、水浴时间和混合物的pH等所有其他条件不变。只有这样才能保证只有温度一个变量对果胶酶的活性产生影响。
(二)练习
答:大规模生产与实验室制备的主要不同点是:1.有两次瞬间高温灭菌;
2.酶处理的时间相对较长;
3.有离心分离步骤和浓缩步骤。
 


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