1、1酶的应用A 组 基础过关1.2018 浙江 4 月选考,32(一),7 分回答与果胶、淀粉等提取和利用有关的问题:某植物富含果胶、淀粉、蛋白质和纤维素成分。某小组开展了该植物综合利用的研究。(1)果胶提取工艺研究结果表明,原料先经过一段时间沸水漂洗的果胶得率(提取得到的果胶占原粒质量的百分率)显著高于常温水漂洗的果胶得率,最主要原因是沸水漂洗 (A.有助于清洗杂质和去除可溶性糖 B.使植物组织变得松散 C.使有关酶失活 D.有利细胞破裂和原料粉碎制浆)。 (2)在淀粉分离生产工艺研究中,为促进淀粉絮凝沉降,添加生物絮凝剂(乳酸菌菌液),其菌株起重要作用。为了消除絮凝剂中的杂菌,通常将生产上使
2、用的菌液,采用 ,进行单菌落分离,然后将其 ,并进行特性鉴定,筛选得到纯的菌株。 (3)在用以上提取过果胶和淀粉后的剩渣加工饮料工艺研究中,将剩渣制成的汁液经蛋白酶和纤维素酶彻底酶解处理后,发现仍存在浑浊和沉淀问题。可添加 使果胶彻底分解成半乳糖醛酸,再添加 ,以解决汁液浑浊和沉淀问题。 (4)在建立和优化固定化酶反应器连接生产工艺研究中,通常要分析汁液中各种成分的浓度和所用酶的活性,然后主要优化各固定化酶反应器中的 (答出 2点即可)、反应液 pH 和酶反应时间等因素。其中,酶反应时间可通过 来调节。 答案 (1)C (2)划线分离法(或涂布分离法) 扩大培养(3)果胶酶和果胶甲酯酶 淀粉酶
3、使淀粉分解 (4)固定化酶的量、反应液温度 控制反应器液体流量(或体积)解析 (1)根据题意,原料经过沸水漂洗能提取更多的果胶,推测主要原因是沸水漂洗使有关酶失活,使果胶不能被进一步催化分解。(2)要消除絮凝剂中的杂菌,可采用涂布分离法或划线分离法,获得单菌落,再通过扩大培养,鉴定筛选到较纯的菌株。(3)果胶需要在果胶酶和果胶甲酯酶作用下才能彻底分解成半乳糖醛酸。因剩渣中还含有淀粉,所以再添加淀粉酶,以解决汁液浑浊和沉淀问题。(4)固定化酶反应器的应用,需要考虑优化其中固定化酶的用量、反应液温度、反应液 pH 和酶反应时间等因素。酶反应时间可以通过流速来调节。2.回答下列有关果胶、果汁和果胶酶
4、等问题。(1)果胶是植物细胞壁的主要成分,起着将植物细胞 在一起的作用。制作果汁时可加2入果胶酶和 以分解果胶,提高果汁出汁率和澄清度。 (2)生产果胶酶可从黑曲霉中提取,下列适于黑曲霉扩大培养的培养基是 (A.蛋白胨和酵母提取物培养基 B.尿素固体培养基 C.MS 培养基 D.添加蔗糖的豆芽汁培养基)。由于果胶酶溶于水,不利于重复使用,可通过物理或化学方法将果胶酶固定在某种介质上,使之成为不溶于水而又有 的制剂。 (3)用果汁制作果酒,以果汁为原料,加入一定比例的蔗糖目的是 。最后倒入酵母悬液,混匀,加盖;发酵开始时,由于微生物的需氧呼吸会使发酵瓶内出现 ,原因是 。 答案 (1)粘合 果胶
5、甲酯酶 (2)D 酶活性 (3)提高果酒的酒精和糖的含量(写全给分) 负压 需氧呼吸消耗氧气,产生的二氧化碳易溶于水解析 (1)果胶是植物细胞壁的主要成分之一,存在于相邻细胞壁间的胞间层中,起着将细胞粘合在一起的作用。制作果汁时可加入果胶酶和果胶甲酯酶以分解果胶,提高果汁出汁率和澄清度。(2)黑曲霉是异氧需微生物,扩大培养需要含有有机物的液体培养基,而 A、B、C 选项所给的培养基都是固体培养基,不适合扩大培养,而 D 选项所给的添加蔗糖的豆芽汁培养基是液体培养基且含有有机物蔗糖,适合扩大培养黑曲霉,故选 D。由于果胶酶溶于水,不利于重复使用,可通过物理或化学方法将果胶酶固定在某种介质上,使之
6、成为不溶于水而又有酶活性的制剂。(3)用果汁制作果酒,以果汁为原料,加入一定比例的蔗糖目的是提高果酒的酒精和糖的含量。最后倒入酵母悬液,混匀,发酵开始时,由于微生物的需氧呼吸会使发酵瓶内出现负压,原因是需氧呼吸消耗氧气,产生的二氧化碳易溶于水。3.桑葚是一种很好的食用水果,也常用来制成果汁或酿成果酒。大致流程如下:在制作果汁时,为了增加出汁率和澄清度(用果汁透光率表示),常加入果胶酶。加酶后的某研究结果如下。表 果胶酶剂量与果汁中果胶含量、透光率的关系酶剂量(mL/L) 0.05 0.08 0.10 0.13 0.15 0.17 0.19 0.21 0.23 0.25果胶含量程度 + + +
7、+ - - - - - -透光率(%) 80 84 88 92 95 95 95 95 92 87注:果胶含量程度“+”表示果胶阳性反应,“-”表示果胶阴性反应。果汁中果胶的含量可用加入酒精的方法进行检测,其原理是 ,表中果胶3阳性反应的现象是 。在生产应用中,考虑到生产成本因素,建议果胶酶的使用剂量为 mL/L。当果胶酶剂量超过 0.21 mL/L 时,透光率反而下降,这时使果汁变浑浊的物质是 。 答案 果胶不溶于酒精 出现絮状物 0.15 果胶酶解析 果胶不溶于乙醇,可用以检测果胶,阳性现象是出现絮状沉淀。根据表中数据,果胶酶使用量为 0.15 mL/L 较佳。果胶酶过多,会使果汁变浑浊。
8、4.1833 年,Payen 和 Personz 从麦芽的水抽提物中,用酒精沉淀得到了一种对热不稳定的物质,它可以使淀粉水解为可溶性糖,后来知道这种物质就是淀粉酶。淀粉酶有多种类型,如-淀粉酶可使淀粉内部随机水解,-淀粉酶则使淀粉从末端以两个单糖为单位进行水解。下图为研究 pH 对两种淀粉酶相对活性影响的研究结果。请据图回答相关的问题:(1)与 -淀粉酶水解淀粉的终产物相比,-淀粉酶水解淀粉的主要产物为 。从图中可知, 淀粉酶在人体胃液(pH=1.8 左右)中的活性更高。 (2)在验证 pH 对淀粉酶活性影响的实验中,酶的相对活力的大小可以用 来表示。某同学设计了以下两种实验方案: 先分别在试
9、管中加底物,再加酶,然后一起放在相应的 pH 条件下保温,一段时间后检测。先分别在试管中加底物,再加入在相应的 pH 条件下保温的酶,一段时间后检测。为了使实验结果更加可靠,应选择哪种方案,并说明理由: 。 答案 (1)麦芽糖 (2)单位时间内底物的消耗量(或单位时间内产物的生成量) 方案,因为如果酶和底物先混合,还没放到对应的 pH 条件下,化学反应已经进行,会干扰实验结果解析 淀粉的基本单位为葡萄糖,麦芽糖是由两个葡萄糖组成的,根据题意可知,-淀粉酶可使淀粉内部随机水解,因此淀粉水解终产物中含有葡萄糖,-淀粉酶则使淀粉从末端以两个单糖为单位进行水解,两个单糖刚好构成麦芽糖。图中 -淀粉酶和
10、 -淀粉酶适宜的 pH不同,曲线中看出它们分别为 6、4.5,但部分酸性较弱的范围内,-淀粉酶比 -淀粉酶活4性高;之后又出现 -淀粉酶比 -淀粉酶的活性低;当 pH 超过 5.5 时,则再次出现 -淀粉酶比 -淀粉酶的活性较高的情况。(1)根据前面的分析可知,-淀粉酶可使淀粉从末端以两个单糖为单位进行水解,两个单糖刚好构成麦芽糖,所以该淀粉酶水解淀粉的主要产物为麦芽糖。从图中可知,在 pH 为 1.8 时,-淀粉酶比 -淀粉酶活性更高。(2)酶活性大小可用单位时间内底物的消耗量(或单位时间内产物的生成量)表示,量越大,酶活性越高。对比两种方案,方案中酶和底物(淀粉)都没有在每个特定的 pH
11、条件下处理,直接让它们混合,这样会导致每个实验组在没有达到设定的 pH 时酶就开始催化底物了,导致得到的实验结果不一定是在所设定 pH 条件下的实验结果,所以选择方案更可靠。B 组 能力提升1.如图为固定化酶的反应柱示意图,其中为反应柱,为固定化酶,为分布着小孔的筛板,请据图回答:(1)关于固定化酶中用到的反应柱,理解正确的是( )A.反应物和酶均可自由通过反应柱B.反应物和酶均不能通过反应柱C.反应物能通过,酶不能通过D.反应物不能通过,酶能通过(2)与一般酶制剂相比,固定化酶的突出优点是 ,固定化细胞的优点是 。 (3)的作用是 。 (4)制作固定化葡萄糖异构酶所用的方法有 (至少两种)。
12、 答案 (1)C (2)既能与反应物接触,又能与产物分离,能被反复利用 成本更低,操作更容易 (3)使酶颗粒无法通过,反应液能自由通过 (4)吸附法、交联法、包埋法等(答出两种即可)5解析 与一般酶制剂相比,固定化酶不仅能与反应物充分接触,还能与产物分离,并且可以反复利用。但是与固定化细胞相比,固定化酶不能催化一系列的化学反应,并且固定化细胞成本更低,操作更容易。使用固定化酶技术往往利用一个反应柱,反应柱下端有一个分布着小孔的筛板,载体颗粒无法通过,而反应液却可以自由出入。而固定化酶就被固定在载体颗粒中。2.草莓汁酸甜适口,深受大众喜爱,加工草莓汁时,草莓中的果胶易导致果汁浑浊,影响品质。为探
13、究制作果汁的最佳条件,研究人员进行了实验,结果如下表所示。组别果胶酶用量(mL/kg)pH 温度()草莓汁透光率(%)1 0.025 2.5 35 24.552 0.035 4.5 35 96.473 0.035 2.5 45 22.704 0.045 3.5 35 96.475 0.045 2.5 55 13.12请回答:(1)草莓细胞中,去掉果胶,会使植物组织变得松散,这是因为果胶具有 的作用。果胶酶通过 作用促进果胶的水解反应,使草莓细胞彼此容易分开。 (2)生产过程中,既可获得澄清度高的草莓汁,又可减少酶的用量,降低成本的条件组合是第 组。为测定该组条件下处理后的草莓汁中是否还有果胶,
14、可取一定量的草莓汁与等量的 混合。 (3)果胶酶可从某些微生物如 中提取,为提高生产效率,可将此酶固定在适宜介质上制成 。 (4)在合适条件下,将果胶酶与海藻酸钠混合后,滴加到一定浓度的钙离子溶液中,使液滴形成凝胶固体小球。该过程是对酶进行 。 A.吸附 B.包埋 C.装柱 D.洗涤答案 (1)将植物细胞粘合在一起 催化 (2)2 95%乙醇 (3)黑曲霉(或苹果青霉) 固定化酶 (4)B解析 根据表格分析,该实验的自变量有果胶酶用量、pH、温度,因变量是草莓汁透光率。草莓汁透光率越高,说明果胶酶分解程度越高,因此表格中 2、4 组酶的酶的用量与 pH 组合最佳,且说明 35 比较适宜。(1)
15、植物细胞壁的成分主要为纤维素和果胶,果胶具有将植物6细胞粘合在一起的作用;根据酶的专一性,果胶酶通过催化作用促进果胶的水解反应,使草莓汁澄清。(2)分析表格可知,草莓汁透光率越高,果胶分解得越充分,表格中组别 2 和组别 4草莓汁的澄清度最高,而组别 2 的酶用量少,可以降低成本;为测定该组条件下处理后的草莓汁中是否还有果胶,可取一定量的草莓汁与等量的 95%乙醇混合。(3)果胶酶可从某些微生物如黑曲霉(或苹果青霉)中提取,为提高生产效率,可将此酶固定在适宜介质上制成固定化酶。(4)固定化酶和固定化细胞的方法主要有包埋法、物理吸附法和化学结合法。题干所述方法是将提纯的果胶酶与海藻酸钠混合后,滴
16、加到一定浓度的钙离子溶液中,使液滴形成凝胶固体小球,所以该过程属于包埋法。3.耐高温淀粉酶在大规模工业生产中有很大的实用性。如图表示从热泉的嗜热菌样品中进行筛选分离菌种,经过耐高温淀粉酶的提纯和固定化后,用于工业化生产的过程。请回答:(1)过程进行的操作为 ,过程实施的是 分离法:可根据号培养基上 的大小,来确定需扩大培养的目标菌种。 (2)号培养基中除了加入淀粉外,还需加入另一种重要的营养成分是 (A.琼脂 B.葡萄糖 C.硝酸铵 D.碳酸氢钠),并放在高温条件下培养。 (3)将适量经提纯的耐高温淀粉酶通过 法固定在石英砂上,形成固定化酶柱,此后用一定浓度的淀粉溶液进行过柱试验,可往流出液中
17、滴加 溶液检测酶的催化效果,但结果发现流出液显蓝色,请分析在上述操作中存在的可能原因是 (至少写出两点)。 答案 (1)稀释 涂布 菌落周围透明圈 (2)C (3)吸附 KI-I 2 要取反应一段时间后的流出液进行显色反应;液体过柱的流速过快等解析 (1)图示代表菌种的稀释、分离和扩大培养等过程;号培基上的菌种分离是涂布分离的结果,号培养基上的菌种分离是划线分离的结果,目标菌种应选择菌落周围透明圈较大的。(2)号培养基的目的是筛选到目标菌种,故为选择培养基;除淀粉作为碳源外,还应满足氮源的需要,选项 C 为无机氮源,能满足需要。(3)石英砂具有较强的吸附性,用其进行的固定化方法为吸附法;过柱后
18、流出液中的淀粉是否完全分解为糊精,可通过加入 KI-I2溶液进行检测;分析流出液中仍存在淀粉的可能原因,要求熟悉教材实验的操作流程,分别从洗柱、过柱、调速、检测等环节寻找可能的原因。4.某校生物兴趣小组为探究不同浓度果胶酶对苹果匀浆出汁率的影响,进行了如下实验。实7验步骤:制备苹果匀浆:将苹果洗净,切成小块,用榨汁机打碎成苹果匀浆。加热苹果匀浆到 100 ,再冷却至 50 左右。配制不同浓度的酶液:取 5 支 10 mL 的试管,依次编号为 26 号。分别加入不同量的质量浓度为 10 g/mL 的果胶酶溶液,再分别加入苹果酸定容至 10 mL,获得质量浓度分别为 2 g/mL、4 g/mL、6
19、 g/mL、8 g/mL、10 g/mL 的果胶酶溶液备用。降解苹果汁(如下图)。沉淀:向上述 6 只烧杯中添加明胶、活性炭等物质搅拌处理,充分混匀后静置,分别过滤。记录并处理结果:用量筒测量澄清滤液(即苹果汁)的体积,记入表格,并计算出汁率。请回答下列问题:(1)果胶酶能提高苹果的出汁率并使果汁澄清的原理是 。 (2)步骤中,将苹果匀浆先加热到 100 的目的是 。 (3)步骤中,在 26 号试管中加入 10 g/mL 果胶酶溶液的量分别是 ;步骤中,在 1 号烧杯中加入 1 mL 。 (4)根据预期结果,请绘制出苹果出汁率与果胶酶浓度之间大致的关系曲线,并在坐标轴上标出苹果最高出汁率所需的果胶酶最佳浓度。答案 (1)果胶酶能分解果胶,瓦解细胞壁 (2)使苹果中的酶失活,防止对实验结果产生干扰 (3)2 mL、4 mL、6 mL、8 mL、10 mL 苹果酸(4)如图: 解析 (1)果胶酶能分解果胶,瓦解细胞壁,从而提高出汁率并使果汁澄清。(2)将苹果匀浆加热到 100 ,可使苹果中原有的酶失活,防止对实验结果产生干扰。 (3)欲获得 x g/mL 的8浓度,应加入 x mL 果胶酶溶液。(4)出汁率曲线的起点在纵轴某点,在一定范围内随果胶酶浓度升高,出汁率上升,达到饱和点后稳定不变。
