“果汁中的果膠和果膠酶”的教學(xué)實施探索

劉莉

摘要 以教材中的實驗“果汁中的果膠和果膠酶”為載體，引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑實驗中的關(guān)鍵步驟，優(yōu)化設(shè)計實驗步驟，通過探究加熱和不同酶量對酶促反應(yīng)的果汁澄清度和出汁率的影響，培養(yǎng)學(xué)生具備科學(xué)探究和科學(xué)思維的學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 果膠酶 澄清度 出汁率 科學(xué)探究

中圖分類號 G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

實驗“果汁中的果膠和果膠酶”是浙科版高中生物學(xué)教材選修一課程中最重要的實驗之一。本實驗的內(nèi)容是探究利用蘋果或山楂勻漿制作果汁的最佳條件、檢測果膠酶的活性、了解果膠酶對果汁形成的作用和收集果膠酶的應(yīng)用材料。針對教材中的實驗出現(xiàn)了酶解反應(yīng)之后加熱這一關(guān)鍵步驟，不同的教參和文獻(xiàn)給出不同的結(jié)論：有的認(rèn)為加熱的作用是使酶失活，目的是終止反應(yīng);有的認(rèn)為加熱的主要目的應(yīng)是“加熱促進(jìn)果膠從果汁中的釋放出來，熱處理使果膠的聚合度增加，果汁的黏度也增加”，細(xì)胞在加熱后被破壞，但果膠分子未被分解，果膠從果漿中釋放后，溫度下降后，會逐漸聚合成“果膠集團(tuán)塊”，所以加熱后會更渾濁些;也有的認(rèn)為加熱會使不溶物析出，使酶解后的果汁更加澄清……為了弄清這個問題，在實際教學(xué)過程中，筆者引導(dǎo)學(xué)生重新設(shè)計實驗，并對教材和參考資料中的實驗方案進(jìn)行了討論和實踐，提出了改進(jìn)措施。教師在實驗前認(rèn)真做好預(yù)實驗，細(xì)化教材中的實驗步驟，保障實驗的順利進(jìn)行。

本實驗的實驗?zāi)康氖翘骄恐谱鞴淖罴褩l件。最佳的果汁應(yīng)是除去所有的機(jī)械組織，易消化，出汁率高，澄清度高，保留水果中的營養(yǎng)成分，有一定的固形物，有果汁的原始色澤，無褐變，口感好等。因此在實驗中，教師要提醒學(xué)生注意果汁的質(zhì)量。學(xué)生通過查閱資料，采用酶促溫度為500C，實驗pH為5.0。

1 實驗原理

果膠在水溶液中以膠體的形式存在，帶正電荷的蛋白質(zhì)被帶負(fù)電荷的果膠包裹形成穩(wěn)定的渾濁體系，經(jīng)過果膠酶的處理，果膠被分解，內(nèi)部蛋白質(zhì)相互吸引、聚集，最終形成聚合物凝沉，使果汁澄清。

2 設(shè)備用品及材料

勻漿機(jī)，小刀，燒杯，水浴鍋，量筒，酒精燈，試管，玻璃棒，移液器，天平，紗布，蘋果橙子等水果，果膠酶粉劑，體積分?jǐn)?shù)為95%的乙醇。

3 實驗步驟

（l）將蘋果去皮，去子并切塊，使用勻漿機(jī)按1：2的料水比例（以質(zhì)量計）處理成勻漿。

（2）取燒杯，編號為A、B，各加入5 mL勻漿液，于500C水浴鍋中預(yù)熱。

（3）另取燒杯C和D，分別加入10 mL果膠酶溶液、10 mL水，預(yù)熱。將燒杯C中的10 mL果膠酶溶液倒入燒杯A中，燒杯D中的水倒入燒杯B中，混勻，玻璃棒攪拌10-15 min。

（4）取4支試管，編號1-4，各取4mL燒杯A中的液體放入1、2管，各取4 mL燒杯B中的液體放入3、4管。

（5）將1、3號試管加熱，2，4號試管不加熱，觀察4號試管的變化，記錄。靜止一段時間后，再觀察記錄。

（6）不同酶量對果汁澄清度和澄清度的影響：配置不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的酶液（l%，0.5%，0.25%，0.125%，0.0625%，0），重復(fù)上述步驟。

（7）出汁率比較：觀察比較相同時間內(nèi)濾液體積，加入處理后樣品，一段時間后進(jìn)行過濾，記錄出汁體積。取濾液各加入體積分?jǐn)?shù)為95%的乙醇4 mL，觀察變化，記錄。

4 實驗結(jié)果及分析

加熱對果汁澄清度和出汁體積影響的實驗結(jié)果見表1。不同酶量對果汁澄清度和出汁體積影響的實驗結(jié)果見表2。

從表1可以看出，加酶加熱的1號試管中的果汁最澄清。實驗中發(fā)現(xiàn)1-4號試管均出現(xiàn)不同程度的絮狀物，靜止一段時間后沉淀物下沉。從表2可以看出果汁的澄清度與酶溶液濃度呈現(xiàn)一個正比例的關(guān)系，酶溶液的濃度越高，果汁越澄清。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為l%的酶溶液中的1號試管澄清度最高，出汁率也最高。在一定的范圍內(nèi)，酶濃度越高，果汁澄清度和出汁體積也越高，之間呈現(xiàn)正相關(guān)系。

實驗證明加熱確實增加了不溶物的凝聚，使果汁更加澄清。對試管中的溶液過濾后加入乙醇，未見明顯沉淀物析出。

5 討論

對于教材中實驗現(xiàn)象出現(xiàn)的不同答案，學(xué)生通過實驗，化解了爭議，明確了實驗中加熱的作用是使果汁更加澄清，但對于加入酒精后沉淀物的多少，很難定量。有學(xué)生提出問題：采用不同的水果做實驗，是否有不同的實驗結(jié)果？實驗小組除了做了蘋果的果膠酶實驗，還以香蕉、橙子等水果的果汁為實驗材料進(jìn)行了果膠酶實驗。按照上述流程，4支試管中基本上都是加酶和加熱的1號試管最澄清，出汁率相對較高，說明加熱確實能使果汁中不溶凝集物析出，使果汁更加澄清。

實驗過程中，學(xué)生還發(fā)現(xiàn)使用的酶粉劑是食品級的，溶解時會有一些不溶物，使用前需要兩層紗布過濾，否則酶液本身渾濁現(xiàn)象也會對果汁澄清度的觀察造成影響。另外，酶活力未知，酶反應(yīng)的最適溫度和最適pFI只能從文獻(xiàn)資料中獲得，有的實驗小組在室溫（當(dāng)時15℃）所進(jìn)行的酶促實驗，發(fā)現(xiàn)澄清度也很高，和50℃下差異不顯著，說明使用的果膠酶熱穩(wěn)定性比較強(qiáng)。由于實驗室條件的限制，不能同時做其他溫度下的酶促反應(yīng)。學(xué)生還提出：pH對果膠酶實驗有什么影響？如果將果膠酶固定化，以期實現(xiàn)對酶的重復(fù)利用，并能將酶與產(chǎn)物分離。那么，能否將兩個實驗進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計成一個實驗？教師適時鼓勵學(xué)生進(jìn)行大膽的實驗設(shè)計，優(yōu)化整合實驗項目，取得了意想不到的教學(xué)效果。在探究實驗教學(xué)中，教師盡量構(gòu)建的一種具有開放性、整體性、變革性的新課程體系，讓學(xué)生充分接受生命觀念、科學(xué)思維和科學(xué)探究方法的熏陶，領(lǐng)悟到生物實驗水到渠成美妙。

參考文獻(xiàn)：

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