2025年高考酶的應用
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )整理 2024-11-19 14:34:38
"酶的應用"包括"研究酶的存在和簡(jiǎn)單制作方法"、"嘗試利用酶活力測定的一般原理和方法"、"探討酶在食品制造中的應用"、"探討酶在洗滌等方面的應用"、"嘗試制備和應用固相化酶"等五項具體內容標準。在人教版高中生物教科書(shū)中，這些具體內容標準體現在"果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用"、"探討加酶洗衣粉的洗滌效果"和" 酵母細胞的固定化"三個(gè)課題內容及具體要求方面。下面談?wù)剬?quot;酶的應用"專(zhuān)題的教學(xué)組織。
1. 探討果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用
1.1 探究課題的確定 果膠酶是多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶和果膠酯酶等一系列酶的總稱(chēng)，其作用是分解細胞壁及胞間層的半糖醛酸高分子聚合物，將果膠等物質(zhì)分解成可溶性的半乳糖醛酸等物質(zhì)，使渾濁的果汁變得澄清，增加果汁的穩定性，提高果汁的品質(zhì)。影響果膠酶活性的常見(jiàn)因素是溫度和pH，因此，實(shí)驗程序應起始于引導學(xué)生提出一個(gè)適于他們探究的問(wèn)題。一般情況下，可將學(xué)生分成兩大組，一組學(xué)生探究溫度對果膠酶活性的影響，別一組探究pH對果膠酶活性的影響。在此基礎上，可繼續探究在適宜的溫度和pH條件下，果膠酶的適宜用量，最后計算將水果通過(guò)果膠酶的作用形成果汁飲料的價(jià)值。
1.2 學(xué)生分組設計實(shí)驗方案 在必修模塊的學(xué)習過(guò)程中，學(xué)生曾參與"影響酶活性的條件"一組探究實(shí)驗。本實(shí)驗的原理和操作基本步驟相對容易些，可讓學(xué)生在閱讀教材的基礎上，確定下列實(shí)驗流程及操作：
在此基礎上，要求學(xué)生根據具體課題討論實(shí)驗設計中的變量，并提出相應問(wèn)題供學(xué)生思考和討論：（1）本實(shí)驗的自變量是什么？因變量是什么？有哪些無(wú)關(guān)變量？（2）自變量如何進(jìn)行定量控制？（3）因變量如何進(jìn)行有效的檢測？（4）怎樣嚴格控制無(wú)關(guān)變量？
下表是以不同溫度對果膠酶活性探討的分析，可通過(guò)表中的部分內容引導學(xué)生討論。
試管編號 1號 2號 3號 4號
無(wú)關(guān)變量 50mL蘋(píng)果汁
無(wú)關(guān)變量 5mL質(zhì)量分數為2％的果膠酶
自變量 20℃恒溫水浴 40℃恒溫水浴 60℃恒溫水浴 80℃恒溫水浴
無(wú)關(guān)變量 分開(kāi)保溫及保溫時(shí)間等
因變量檢測 生果汁產(chǎn)量（果膠酶活性檢測）
1.3 操作注意事項 果膠酶的催化效果遠不如過(guò)氧化氫酶明顯，教師最好提前配制果膠酶溶液，適當增加果膠酶濃度，以縮短實(shí)驗時(shí)間。果膠酶價(jià)格較貴，酶液濃度過(guò)高會(huì )增加實(shí)驗成本。果膠酶是利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)的，適宜溫度比較寬泛，實(shí)驗設置的溫度梯度可相應間隔大一些，可采取20℃、30℃、50℃、60℃、70℃等溫度梯度。設置pH梯度時(shí)，可參考下述中的右圖。
測定酶活力的方法很多，除用單位時(shí)間內的果汁產(chǎn)量來(lái)反映酶活性外，比較科學(xué)的方法是用分光光度法測定，上圖就是依據測定單位時(shí)間內果汁（橘子）的透光率而獲得的酶活力數據，分光光度法不僅可以獲得準確的數據，而且還可以減少實(shí)驗的時(shí)間。
2 探討加酶洗衣粉的洗滌效果
加酶洗衣粉中一般添加了蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等酶制劑，可以有效地清除奶漬、油漬、血漬和果汁漬等不易清洗的污漬。該實(shí)驗可分成幾個(gè)小的探討課題：一是探討普通洗衣粉和加酶洗衣粉的洗滌效果，二是探討溫度對加酶洗衣粉洗滌效果的影響，三是探討加酶洗衣粉對不同污漬的洗滌效果。三個(gè)課題可分組進(jìn)行。
進(jìn)行實(shí)驗設計時(shí)要解決好控制變量的問(wèn)題，可以啟發(fā)學(xué)生討論下列思考性問(wèn)題：⑴檢驗洗滌效果最好采用機洗、手洗，還是人工模擬洗衣機洗？為什么（人工模擬洗衣機洗。這是因為洗衣機太大，而污染太小，無(wú)法控制水量等無(wú)關(guān)變量；手洗時(shí)無(wú)法控制手的搓洗的力度和次數等）？ ⑵用人工模擬洗衣機洗時(shí)需要考慮哪些因素（攪拌的方式、力度和時(shí)間需要保持一致等）？⑶水溫如何控制（水�。�？⑷選擇衣服還是布料為實(shí)驗材料？對實(shí)驗材料的質(zhì)地有何要求？為什么（布料；布料應大小一致，相對較小，而且為白色的棉布類(lèi)；白色的棉布易吸附污漬，顯色明顯，洗后容易判斷效果）？⑸水的用量和洗衣粉的用量怎樣確定（一般采用500 mL的水，洗衣粉的用量為1 g或1.5 g）？⑹如何判斷洗滌效果（比較污漬的大小和深淺）？ 等等。
探究溫度對加酶洗衣粉的影響時(shí)，學(xué)生往往會(huì )不加思索地設計從0 ℃開(kāi)始到100 ℃的溫度梯度，這時(shí)應提醒學(xué)生思考確定溫度范圍應考慮季節性變溫，采用5 ℃、10 ℃（相當于冬季，下同）、15 ℃、20 ℃、25 ℃（春季和秋季）、30 ℃、35 ℃（夏季），這7個(gè)水溫值比較符合實(shí)際。一般來(lái)說(shuō)，北方學(xué)生可探討冬季（低溫）時(shí)使用加酶洗衣粉的效果，南方學(xué)生探討夏季（高溫）時(shí)使用加酶洗衣粉的效果。
3 酵母細胞的固定化
3.1 重視實(shí)驗中的認知成分
在生物技術(shù)實(shí)踐活動(dòng)中，經(jīng)常涉及技術(shù)原理和實(shí)踐意義等內容，實(shí)驗教學(xué)中要重視這些認知成分。自1969年世界上首次成功地將氨基�；腹潭ɑ糜诓鸱职被敢詠�(lái)，固定化酶和固定化細胞技術(shù)得到迅猛地發(fā)展，已廣泛應用于氨基酸的拆分和提純、葡萄糖和果糖的生產(chǎn)、診斷和分析試劑的制造、消除環(huán)境污染、特定的化學(xué)反應等等。教學(xué)中，不僅應遵循人類(lèi)對固定化技術(shù)的研究歷程來(lái)逐步引導學(xué)生理解固定化技術(shù)的意義，而且要重視用典型實(shí)例（高果糖漿的生產(chǎn)）的剖析來(lái)引導學(xué)生認識固定化技術(shù)的應用價(jià)值。以下為人類(lèi)對固定化技術(shù)的認識歷程。
常用的固定化技術(shù)：包埋法、吸附法和結合法，教學(xué)時(shí)先讓學(xué)生討論哪些方法適于酶固定化？哪些方法適于細胞的固定化？在討論的基礎上加以總結如下：
常用方法 操作缺陷
酶 包埋法 酶分子一般相對較小，容易從大分子有機物網(wǎng)格中逸出；如果反應物分子較大，則不易進(jìn)入網(wǎng)格中與酶接觸
吸附法 將酶吸附在不溶于水的載體上比較困難，同時(shí)酶也容易從載體上脫落
結合法 需要改變酶的某些結構（基團），酶的催化作用受到一定程度的影響
細胞 包埋法 處于中心的細胞容易缺氧而受到損害，同時(shí)，反應原料不易進(jìn)入到這些細胞之中
3.2 操作的注意事項
本實(shí)驗是一個(gè)定量實(shí)驗，海藻酸鈉溶液的濃度和酵母細胞溶液混合后的溶液濃度是決定實(shí)驗成敗的關(guān)鍵因素，這有賴(lài)于實(shí)驗操作的各個(gè)環(huán)節嚴格按照要求進(jìn)行。教學(xué)時(shí)結合下圖分析可能存在的操作誤差。從左圖看，成功的凝膠珠如珍珠狀，色白而圓潤，而那些不規則的凝膠珠在CaCl2溶液的位置通常是飄浮在溶液的上面或中間，這主要是混合溶液的濃度過(guò)小或混入空氣而造成的。
下表為實(shí)驗步驟中的一些注意事項，可結合上圖進(jìn)行分析。
實(shí)驗步驟 注意事項
酵母細胞的活化 活化時(shí)應用大一點(diǎn)的小燒杯，避免細胞溶液逸出，活化時(shí)間不易過(guò)長(cháng)，20℃時(shí)只需1小時(shí)即可，該步驟由教師在課前完成
配制CaCl2溶液 可實(shí)驗前配制好，放入冰箱中儲存
配制海藻酸鈉溶液 小火間斷加熱，并不斷攪拌，直到完全融化，最后一定要定容
海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合 待海藻酸鈉溶液冷卻至室溫時(shí)再混合，要充分攪拌并避免出現氣泡。轉移至注射器時(shí)，也要注意不要產(chǎn)生氣泡
固定化酵母細胞 注射器與CaCl2溶液的距離應保持在1米左右，混合溶液滴入燒杯時(shí)應保持勻速
Ca2+與Na+交換需要一定時(shí)間，形成的凝膠珠應在CaCl2溶液中浸泡一段時(shí)間。只有形成穩定的凝膠珠，才能在后續反應中進(jìn)行利用。是否形成凝膠珠的檢驗方法是：用鑷子夾起一個(gè)凝膠珠放在實(shí)驗桌上用手擠壓，若不容易破裂且沒(méi)有液體流出，表明制備凝膠珠成功。還可以將凝膠珠用力摔打在實(shí)驗桌上，若凝膠珠容易彈起，表明制備凝膠珠成功。
4 教學(xué)實(shí)施的總體建議
4.1 做好實(shí)驗預處理 為方便大家提前做好準備，本人以人教版教材為例，將本專(zhuān)題所需要的儀器、設備和藥品列表如下：
課題名稱(chēng) 實(shí)驗儀器和設備 實(shí)驗試劑或藥品
果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用 榨汁機、燒杯、量筒、錐形瓶、試管、漏斗、溫度計、水浴箱、玻璃棒、注射器、酒精燈、三角架、石棉網(wǎng)等 果膠酶、鹽酸、氫氧化鈉
探討加酶洗衣粉的洗滌效果 普通洗衣粉、加酶洗衣粉、白棉布
酵母細胞的固定化 海藻酸鈉、CaCl2、干酵母、葡萄糖
4.2 做好課時(shí)安排及計劃 以下為本專(zhuān)題的三個(gè)課題的課題數及其說(shuō)明。
課題名稱(chēng) 課時(shí)數 說(shuō)明
果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用 3 基本知識0.5；實(shí)驗討論及設計1；動(dòng)手實(shí)驗1；結果的分析與討論0.5
探討加酶洗衣粉的洗滌效果 3 基本知識0.5；實(shí)驗討論及設計1；動(dòng)手實(shí)驗1；結果的分析與討論0.5
酵母細胞的固定化 3 基本知識1；實(shí)驗討論和操作1；實(shí)驗結果的分析與討論1
4.3 與研究性學(xué)習相結合 果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用和探討加酶洗衣粉的洗滌效果這兩個(gè)課題除在課堂上完成相應的實(shí)驗外，如果學(xué)生感興趣，可以組織部分學(xué)生進(jìn)一步研究，對于課題1果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用，我們可以準確探討果膠酶對蘋(píng)果、橘子等果汁的最適宜的溫度和pH；對于課題2，我們可以探究普通洗衣粉與加酶洗衣粉的洗滌效果的比較，同一加酶洗衣粉對不同污漬的洗滌效果的比較，不同品牌的加酶洗衣粉對同一污漬的洗滌效果的比較，這都具有實(shí)際意義，都會(huì )激發(fā)學(xué)生的探究興趣。
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