“果汁中的果胶和果胶酶”的教学实施探索

刘莉

摘要 以教材中的实验“果汁中的果胶和果胶酶”为载体，引导学生质疑实验中的关键步骤，优化设计实验步骤，通过探究加热和不同酶量对酶促反应的果汁澄清度和出汁率的影响，培养学生具备科学探究和科学思维的学科核心素养。

关键词 果胶酶 澄清度 出汁率 科学探究

中图分类号 G633.91

文献标志码 B

实验“果汁中的果胶和果胶酶”是浙科版高中生物学教材选修一课程中最重要的实验之一。本实验的内容是探究利用苹果或山楂匀浆制作果汁的最佳条件、检测果胶酶的活性、了解果胶酶对果汁形成的作用和收集果胶酶的应用材料。针对教材中的实验出现了酶解反应之后加热这一关键步骤，不同的教参和文献给出不同的结论：有的认为加热的作用是使酶失活，目的是终止反应;有的认为加热的主要目的应是“加热促进果胶从果汁中的释放出来，热处理使果胶的聚合度增加，果汁的黏度也增加”，细胞在加热后被破坏，但果胶分子未被分解，果胶从果浆中释放后，温度下降后，会逐渐聚合成“果胶集团块”，所以加热后会更浑浊些;也有的认为加热会使不溶物析出，使酶解后的果汁更加澄清……为了弄清这个问题，在实际教学过程中，笔者引导学生重新设计实验，并对教材和参考资料中的实验方案进行了讨论和实践，提出了改进措施。教师在实验前认真做好预实验，细化教材中的实验步骤，保障实验的顺利进行。

本实验的实验目的是探究制作果汁的最佳条件。最佳的果汁应是除去所有的机械组织，易消化，出汁率高，澄清度高，保留水果中的营养成分，有一定的固形物，有果汁的原始色泽，无褐变，口感好等。因此在实验中，教师要提醒学生注意果汁的质量。学生通过查阅资料，采用酶促温度为500C，实验pH为5.0。

1 实验原理

果胶在水溶液中以胶体的形式存在，带正电荷的蛋白质被带负电荷的果胶包裹形成稳定的浑浊体系，经过果胶酶的处理，果胶被分解，内部蛋白质相互吸引、聚集，最终形成聚合物凝沉，使果汁澄清。

2 设备用品及材料

匀浆机，小刀，烧杯，水浴锅，量筒，酒精灯，试管，玻璃棒，移液器，天平，纱布，苹果橙子等水果，果胶酶粉剂，体积分数为95%的乙醇。

3 实验步骤

（l）将苹果去皮，去子并切块，使用匀浆机按1：2的料水比例（以质量计）处理成匀浆。

（2）取燒杯，编号为A、B，各加入5 mL匀浆液，于500C水浴锅中预热。

（3）另取烧杯C和D，分别加入10 mL果胶酶溶液、10 mL水，预热。将烧杯C中的10 mL果胶酶溶液倒入烧杯A中，烧杯D中的水倒入烧杯B中，混匀，玻璃棒搅拌10-15 min。

（4）取4支试管，编号1-4，各取4mL烧杯A中的液体放入1、2管，各取4 mL烧杯B中的液体放入3、4管。

（5）将1、3号试管加热，2，4号试管不加热，观察4号试管的变化，记录。静止一段时间后，再观察记录。

（6）不同酶量对果汁澄清度和澄清度的影响：配置不同质量分数的酶液（l%，0.5%，0.25%，0.125%，0.0625%，0），重复上述步骤。

（7）出汁率比较：观察比较相同时间内滤液体积，加入处理后样品，一段时间后进行过滤，记录出汁体积。取滤液各加入体积分数为95%的乙醇4 mL，观察变化，记录。

4 实验结果及分析

加热对果汁澄清度和出汁体积影响的实验结果见表1。不同酶量对果汁澄清度和出汁体积影响的实验结果见表2。

从表1可以看出，加酶加热的1号试管中的果汁最澄清。实验中发现1-4号试管均出现不同程度的絮状物，静止一段时间后沉淀物下沉。从表2可以看出果汁的澄清度与酶溶液浓度呈现一个正比例的关系，酶溶液的浓度越高，果汁越澄清。质量分数为l%的酶溶液中的1号试管澄清度最高，出汁率也最高。在一定的范围内，酶浓度越高，果汁澄清度和出汁体积也越高，之间呈现正相关系。

实验证明加热确实增加了不溶物的凝聚，使果汁更加澄清。对试管中的溶液过滤后加入乙醇，未见明显沉淀物析出。

5 讨论

对于教材中实验现象出现的不同答案，学生通过实验，化解了争议，明确了实验中加热的作用是使果汁更加澄清，但对于加入酒精后沉淀物的多少，很难定量。有学生提出问题：采用不同的水果做实验，是否有不同的实验结果？实验小组除了做了苹果的果胶酶实验，还以香蕉、橙子等水果的果汁为实验材料进行了果胶酶实验。按照上述流程，4支试管中基本上都是加酶和加热的1号试管最澄清，出汁率相对较高，说明加热确实能使果汁中不溶凝集物析出，使果汁更加澄清。

实验过程中，学生还发现使用的酶粉剂是食品级的，溶解时会有一些不溶物，使用前需要两层纱布过滤，否则酶液本身浑浊现象也会对果汁澄清度的观察造成影响。另外，酶活力未知，酶反应的最适温度和最适pFI只能从文献资料中获得，有的实验小组在室温（当时15℃）所进行的酶促实验，发现澄清度也很高，和50℃下差异不显著，说明使用的果胶酶热稳定性比较强。由于实验室条件的限制，不能同时做其他温度下的酶促反应。学生还提出：pH对果胶酶实验有什么影响？如果将果胶酶固定化，以期实现对酶的重复利用，并能将酶与产物分离。那么，能否将两个实验进行优化，设计成一个实验？教师适时鼓励学生进行大胆的实验设计，优化整合实验项目，取得了意想不到的教学效果。在探究实验教学中，教师尽量构建的一种具有开放性、整体性、变革性的新课程体系，让学生充分接受生命观念、科学思维和科学探究方法的熏陶，领悟到生物实验水到渠成美妙。

参考文献：

[1]曹燕来.两张简图说清“果汁中的果胶和果胶酶”实验[J].中学生物学，2017，33 （7）：36-37.

[2]张水华.食品分析[M].北京：中国轻工业出版社，2004：50-60， 115-116.