2025年高考酶的應(yīng)用

　　"酶的應(yīng)用"包括"研究酶的存在和簡單制作方法"、"嘗試?yán)�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(yīng)用"、"探討酶在洗滌等方面的應(yīng)用"、"嘗試制備和應(yīng)用固相化酶"等五項(xiàng)具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)。在人教版高中生物教科書中，這些具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)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(xì)胞的固定化"三個(gè)課題內(nèi)容及具體要求方面。下面談?wù)剬?duì)"酶的應(yīng)用"專題的教學(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，其作用是分解細(xì)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(wěn)定性，提高果汁的品質(zhì)。影響果膠酶活性的常見因素是溫度和pH，因此，實(shí)驗(yàn)程序應(yīng)起始于引導(dǎo)學(xué)生提出一個(gè)適于他們探究的問題。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(duì)果膠酶活性的影響，別一組探究pH對(duì)果膠酶活性的影響。在此基礎(chǔ)上，可繼續(xù)探究在適宜的溫度和pH條件下，果膠酶的適宜用量，最后計(jì)算將水果通過果膠酶的作用形成果汁飲料的價(jià)值。

　　1.2 學(xué)生分組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案 在必修模塊的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生曾參與"影響酶活性的條件"一組探究實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)的原理和操作基本步驟相對(duì)容易些，可讓學(xué)生在閱讀教材的基礎(chǔ)上，確定下列實(shí)驗(yàn)流程及操作：

　　在此基礎(chǔ)上，要求學(xué)生根據(jù)具體課題討論實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的變量，并提出相應(yīng)問題供學(xué)生思考和討論：（1）本實(shí)驗(yàn)的自變量是什么？因變量是什么？有哪些無關(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(yán)格控制無關(guān)變量？

　　下表是以不同溫度對(duì)果膠酶活性探討的分析，可通過表中的部分內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生討論。

　　 試管編號(hào) 1號(hào) 2號(hào) 3號(hào) 4號(hào)

　　無關(guān)變量    50mL蘋果汁

　　無關(guān)變量  5mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)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

　　無關(guān)變量 分開保溫及保溫時(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(xiàng)  果膠酶的催化效果遠(yuǎn)不如過氧化氫酶明顯，教師最好提前配制果膠酶溶液，適當(dāng)增加果膠酶濃度，以縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間。果膠酶價(jià)格較貴，酶液濃度過高會(huì)增加實(shí)驗(yàn)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(yàn)設(shè)置的溫度梯度可相應(yīng)間隔大一些，可采取20℃、30℃、50℃、60℃、70℃等溫度梯度。設(shè)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(nèi)的果汁產(chǎn)量來反映酶活性外，比較科學(xué)的方法是用分光光度法測定，上圖就是依據(jù)測定單位時(shí)間內(nèi)果汁（橘子）的透光率而獲得的酶活力數(shù)據(jù)，分光光度法不僅可以獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，而且還可以減少實(shí)驗(yàn)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(yàn)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(duì)加酶洗衣粉洗滌效果的影響，三是探討加酶洗衣粉對(duì)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(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)要解決好控制變量的問題，可以啟發(fā)學(xué)生討論下列思考性問題：⑴檢驗(yàn)洗滌效果最好采用機(jī)洗、手洗，還是人工模擬洗衣機(jī)洗？為什么（人工模擬洗衣機(jī)洗。這是因?yàn)橄匆聶C(jī)太大，而污染太小，無法控制水量等無關(guān)變量；手洗時(shí)無法控制手的搓洗的力度和次數(shù)等）？ ⑵用人工模擬洗衣機(jī)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（水浴）？⑷選擇衣服還是布料為實(shí)驗(yàn)材料？對(duì)實(shí)驗(yàn)材料的質(zhì)地有何要求？為什么（布料；布料應(yīng)大小一致，相對(duì)較小，而且為白色的棉布類；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(duì)加酶洗衣粉的影響時(shí)，學(xué)生往往會(huì)不加思索地設(shè)計(jì)從0 ℃開始到100 ℃的溫度梯度，這時(shí)應(yīng)提醒學(xué)生思考確定溫度范圍應(yīng)考慮季節(jié)性變溫，采用5 ℃、10 ℃（相當(dāng)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。一般來說，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(xì)胞的固定化

　　3.1 重視實(shí)驗(yàn)中的認(rèn)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(nèi)容，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要重視這些認(rèn)知成分。自1969年世界上首次成功地將氨基酰化酶固定化用于拆分氨基酶以來，固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)得到迅猛地發(fā)展，已廣泛應(yīng)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(yīng)等等。教學(xué)中，不僅應(yīng)遵循人類對(duì)固定化技術(shù)的研究歷程來逐步引導(dǎo)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)）的剖析來引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)固定化技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。以下為人類對(duì)固定化技術(shù)的認(rèn)識(shí)歷程。

　　常用的固定化技術(shù)：包埋法、吸附法和結(jié)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(xì)胞的固定化？在討論的基礎(chǔ)上加以總結(jié)如下：

　　  常用方法  操作缺陷

　　酶 包埋法 酶分子一般相對(duì)較小，容易從大分子有機(jī)物網(wǎng)格中逸出；如果反應(yīng)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(jié)合法 需要改變酶的某些結(jié)構(gòu)（基團(tuán)），酶的催化作用受到一定程度的影響

　　細(xì)胞 包埋法 處于中心的細(xì)胞容易缺氧而受到損害，同時(shí)，反應(yīng)原料不易進(jìn)入到這些細(xì)胞之中

　　 3.2 操作的注意事項(xiàng)

　　本實(shí)驗(yàn)是一個(gè)定量實(shí)驗(yàn)，海藻酸鈉溶液的濃度和酵母細(xì)胞溶液混合后的溶液濃度是決定實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵因素，這有賴于實(shí)驗(yàn)操作的各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格按照要求進(jìn)行。教學(xué)時(shí)結(jié)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(guī)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小或混入空氣而造成的。

　　下表為實(shí)驗(yàn)步驟中的一些注意事項(xiàng)，可結(jié)合上圖進(jìn)行分析。

　　 實(shí)驗(yàn)步驟  注意事項(xiàng)

　　酵母細(xì)胞的活化 活化時(shí)應(yīng)用大一點(diǎn)的小燒杯，避免細(xì)胞溶液逸出，活化時(shí)間不易過長，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(yàn)前配制好，放入冰箱中儲(chǔ)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(xì)胞混合 待海藻酸鈉溶液冷卻至室溫時(shí)再混合，要充分?jǐn)嚢璨⒈苊獬霈F(xiàn)氣泡。轉(zhuǎn)移至注射器時(shí)，也要注意不要產(chǎn)生氣泡

　　固定化酵母細(xì)胞 注射器與CaCl2溶液的距離應(yīng)保持在1米左右，混合溶液滴入燒杯時(shí)應(yīng)保持勻速

　　  Ca2+與Na+交換需要一定時(shí)間，形成的凝膠珠應(yīng)在CaCl2溶液中浸泡一段時(shí)間。只有形成穩(wěn)定的凝膠珠，才能在后續(xù)反應(yīng)中進(jìn)行利用。是否形成凝膠珠的檢驗(yàn)方法是：用鑷子夾起一個(gè)凝膠珠放在實(shí)驗(yàn)桌上用手?jǐn)D壓，若不容易破裂且沒有液體流出，表明制備凝膠珠成功。還可以將凝膠珠用力摔打在實(shí)驗(yàn)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(yàn)預(yù)處理 為方便大家提前做好準(zhǔn)備，本人以人教版教材為例，將本專題所需要的儀器、設(shè)備和藥品列表如下：

　　   課題名稱  實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備 實(shí)驗(yàn)試劑或藥品

　　果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用 榨汁機(jī)、燒杯、量筒、錐形瓶、試管、漏斗、溫度計(jì)、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(xì)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(jì)劃   以下為本專題的三個(gè)課題的課題數(shù)及其說明。

　　課題名稱 課時(shí)數(shù) 說明

　　果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用 3 基本知識(shí)0.5；實(shí)驗(yàn)討論及設(shè)計(jì)1；動(dòng)手實(shí)驗(yàn)1；結(jié)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(shí)0.5；實(shí)驗(yàn)討論及設(shè)計(jì)1；動(dòng)手實(shí)驗(yàn)1；結(jié)果的分析與討論0.5

　　酵母細(xì)胞的固定化 3 基本知識(shí)1；實(shí)驗(yàn)討論和操作1；實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與討論1

　　4.3 與研究性學(xué)習(xí)相結(jié)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(yīng)的實(shí)驗(yàn)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(duì)于課題1果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用，我們可以準(zhǔn)確探討果膠酶對(duì)蘋果、橘子等果汁的最適宜的溫度和pH；對(duì)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(duì)不同污漬的洗滌效果的比較，不同品牌的加酶洗衣粉對(duì)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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