高中生物高考2022年高考生物一轮复习 第11单元 第39讲　酶的研究及应用

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第39讲　酶的研究及应用
[目标要求]　1.酶活力测定的一般原理和方法。2.酶在食品制造和洗涤等方面的应用。3.制备和应用固相化酶。
考点一　酶在果汁生产中的应用

1．果胶

2．果胶酶

3．酶的活性与影响酶活性的因素
(1)酶的活性是指酶催化一定化学反应的能力，其高低用一定条件下酶所催化的某一化学反应的反应速度来表示。
(2)酶的反应速度是指单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量。
4．实验设计
(1)探究温度和pH对果胶酶活性的影响
①实验原则：单一变量原则、对照原则，严格控制变量，尽量减少无关变量的影响。
②实验原理：果胶酶的活性受温度、pH或酶抑制剂和激活剂的影响，在最适温度或pH时，活性最高，果肉的出汁率、果汁的澄清度都与果胶酶的活性大小成正比。
③实验流程
制备果泥
↓
设置一系列具有梯度的pH或温度
↓
加入果胶酶反应一段时间
↓
过滤果汁
④分析：该实验的自变量是温度或pH，因变量是酶的活性，检测因变量是通过测定果汁的体积或比较澄清度来实现的。
(2)探究果胶酶的最适用量
①实验思路：如果随着酶浓度的增加，过滤得到的果汁体积也增加，说明酶的用量不足；当酶的浓度增加到某个值后，再增加酶的用量，过滤得到的果汁的体积不再改变，说明酶的用量已经足够，这个值就是酶的最适用量。
②实验流程

教材中的隐性知识　源于选修1 P44“旁栏思考”：在探究温度或pH对酶活性的影响时，需要(填“需要”或“不需要”)设置对照实验。如果需要，如何设置？不同的温度梯度之间或不同的pH梯度之间相互对照。

(1)果胶酶常用于果汁生产中，可提高出汁率和澄清度(　√　)
(2)酶活性即为酶促反应速度(　×　)
(3)在探究果胶酶用量实验中，虽然实验的变量发生了变化，但通过设置梯度来确定最适值的思路方法是不变的(　√　)

(源于选修1 P44“旁栏思考”)在混合苹果泥和果胶酶之前，将果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理的目的是保证底物和酶在混合时的温度是相同的，避免了苹果泥和果胶酶混合时影响混合物的温度，从而影响果胶酶的活性问题。

1．果胶酶与纤维素酶的比较
名称
组成
作用
果胶酶
多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶等
将不溶性的果胶分解为可溶性的半乳糖醛酸
纤维素酶
C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶
纤维素纤维二糖葡萄糖


2.果胶酶在果汁生产中作用的相关实验分析
实验名称(目的)
探究温度对果胶酶活性的影响
探究pH对果胶酶活性的影响
探究果胶酶的最适用量
自变量
温度
pH
果胶酶的用量
因变量
果汁的体积(澄清度)
无关变量
pH、果泥的用量、果胶酶的浓度和用量、水浴时间和过滤时间等
温度、果泥的用量、果胶酶的浓度和用量、水浴时间和过滤时间等
温度、pH、果胶的浓度和用量、水浴时间和过滤时间等
注意事项
①底物和酶在混合时的温度是相同的；②苹果泥和果胶酶用量在各个试管中应相同；③pH应为最适pH
①温度应为最适温度；②pH梯度可用NaOH溶液和盐酸调节；③用玻璃棒搅拌使反应充分进行
①制备苹果泥后迅速加热，使苹果泥中的果胶酶变性；②温度、pH应为最适且保持不变


考向　酶在果汁生产中的应用
1．下列有关果胶酶及与果胶酶实验探究有关的叙述正确的是(　　)
A．探究果胶酶的最适用量时，pH、温度不影响实验结果
B．果胶酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和葡萄糖异构酶等
C．应将果泥与果胶酶先混合均匀后再放置预设定温度的水浴锅中
D．可以用相同时间内过滤得到的果汁体积来定量表示果胶酶的活性
答案　D
解析　探究果胶酶的最适用量时，pH、温度会影响实验结果，pH、温度要相同且适宜，A错误；果胶酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等，B错误；应将果泥与果胶酶分装在不同试管中放置在预设定温度的水浴锅中，几分钟后再混合均匀，C错误。
2．果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一。果胶酶能够分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层。请完成以下有关果胶酶和果汁生产中的问题：
(1)在果汁生产中应用果胶酶可以提高______________和__________。
(2)某实验小组进行了“探究果胶酶催化果胶水解最适pH”的课题研究。本课题的实验步骤中，在完成“烧杯中分别加入苹果泥，试管中分别注入果胶酶溶液、编号、分组”之后，有下面两种操作：
第一种：将试管中果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥相混合，再把混合液的pH分别调至4、5、6……10。
第二种：将试管中果胶酶溶液和烧杯中苹果泥pH分别调至4、5、6……10，再把pH相等的果胶酶溶液和苹果泥相混合。
①请问哪一种操作更科学？________。 理由是_____________________________________
_____________________________________________________________________________。
②如果用曲线图的方式记录实验结果，在现有的条件下，当横坐标表示pH，纵坐标表示________________时，实验的操作和记录是比较切实可行的。根据你对酶特性的了解，分析图中最可能是实验结果的曲线图是________。 若实验所获得的最适pH＝m，请你在所选的曲线图中标出“m”点的位置。


答案　(1)出汁率　澄清度
(2)①第二种　第二种操作能够确保酶的反应环境从一开始便达到实验预设的pH环境(或第一种操作会在达到预定pH之前就发生了酶的催化反应)　②果汁体积　甲　如图所示

解析　(2)①探究果胶酶催化果胶分解最适pH实验的关键是分别将果胶酶溶液和苹果泥调至一定的pH，然后把pH相等的这两种溶液混合，否则，在达到预定pH之前就会发生酶的催化反应导致实验结果不准确。可见第二种操作能够确保酶的反应环境从一开始便达到实验预设的pH环境，因此第二种操作更科学。②本实验自变量是pH的不同，因变量是果汁体积。如果用曲线图的方式记录实验结果，则横坐标表示pH，纵坐标表示果汁体积。在一定pH范围内，酶的活性随着pH的升高而逐渐增强，达到最适pH后，酶的活性随pH继续升高而逐渐减弱，过酸或过碱会使酶永久失活，据此可推知，图甲最可能是实验结果的曲线图。经过图甲曲线的峰值画一条与纵坐标相平行的线，该线与横坐标的交点即为m。


考点二　探讨加酶洗衣粉的洗涤效果

1．加酶洗衣粉：指含酶制剂的洗衣粉。
2．酶制剂的种类与洗涤原理
种类
洗涤原理
洗涤的物质种类
蛋白酶
蛋白质小分子的肽＋氨基酸
血渍、奶渍及各种食品类的蛋白质污垢
脂肪酶
脂肪甘油＋脂肪酸
食品的油渍、人体皮脂、口红
淀粉酶
淀粉麦芽糖＋葡萄糖
来自面条、巧克力等的污垢
纤维素酶
使纤维的结构变得蓬松，从而使渗入到纤维深处的尘土和污垢能够与洗衣粉充分接触，达到更好的去污效果
棉纺织品的表面浮毛


(1)相同pH时加酶洗衣粉效果好于普通洗衣粉(　×　)
(2)用含蛋白酶的洗衣粉去除油渍，效果比其他类型加酶洗衣粉好(　×　)
(3)棉织物不能使用添加纤维素酶的洗衣粉进行洗涤(　×　)
(4)人体皮肤细胞有蛋白质，应避免与加酶洗衣粉长时间接触(　√　)
(5)加酶洗衣粉的酶制剂不含肽酶，因为肽本身易溶于水(　√　)

(源于选修1 P48“练习2”)某同学打算用丝绸作实验材料，探讨含蛋白酶洗衣粉的洗涤效果，不合适的原因是丝绸的主要成分是蛋白质，它会被加酶洗衣粉中的蛋白酶分解，损坏衣物。使用加酶洗衣粉时宜用温水是因为酶的催化作用需要适宜的温度，用温水浸泡衣物可以缩短衣物的浸泡时间，加快洗涤。

1．加酶洗衣粉洗涤效果的探究方法
(1)判断加酶洗衣粉的洗涤效果
可在洗涤后比较污垢残留状况，如已消失、颜色变浅、面积缩小等。
(2)加酶洗衣粉的洗涤效果的探究
实验设计应遵循对照原则和单一变量原则，如在探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的洗涤效果有何不同时，以洗衣粉的种类为自变量，其他条件完全一致；同时，普通洗衣粉处理污物与加酶洗衣粉处理污物形成对照。
(3)变量分析
实验
自变量
因变量
无关变量
探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉的洗涤效果
洗衣粉的种类(普通和加酶)
洗涤
效果
水的用量，污物的量，实验用材料的质地与大小，不同洗衣粉的用量，浸泡时间，洗涤时间等
探究不同种类加酶洗衣粉的洗涤效果
加酶洗衣粉中酶的种类
探究不同温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影响
温度

2.探究不同类型加酶洗衣粉的洗涤效果
(1)实验原理：酶的催化作用具有专一性，复合酶洗衣粉加入的酶制剂种类较多，与加单一酶洗衣粉相比，对各种污渍都有较好的洗涤效果。
(2)实验变量
①自变量：加酶洗衣粉的种类。
②无关变量：其他条件相同且适宜(如温度、pH等)。
(3)实验步骤
步骤
烧杯编号
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
注入自来水
500 mL
500 mL
500 mL
加入物质(等量)
奶渍布
奶渍布
奶渍布
控制水温
37 ℃
37 ℃
37 ℃
加入洗衣粉(等量)
蛋白酶洗衣粉
复合酶洗衣粉
脂肪酶洗衣粉
用玻璃棒搅拌
5 min
5 min
5 min
观察实验现象
颜色浅
颜色消失
颜色浅


考向　探究加酶洗衣粉的洗涤效果
3．(2019·江苏，13)下列关于加酶洗涤剂的叙述，错误的是(　　)
A．加酶洗衣粉中一般都含有酸性脂肪酶
B．用加酶洗涤剂能减少洗涤时间并节约用水
C．含纤维素酶洗涤剂可以洗涤印花棉织物
D．加酶洗衣粉中的蛋白酶是相对耐高温的
答案　A
解析　加酶洗衣粉中一般含有碱性蛋白酶、碱性脂肪酶等，A错误；加酶洗涤剂比传统洗涤剂的去污能力更强，所以用加酶洗涤剂能减少洗涤时间并节约用水，B正确；含纤维素酶洗涤剂中的纤维素酶能使棉织物中的纤维变得蓬松，污物容易脱落，C正确；加酶洗衣粉中所添加的酶，通常是科学家通过基因工程生产出的能够耐酸、耐碱、忍受表面活性剂和较高温度的酶，D正确。
4．下表是添加脂肪酶的加酶洗衣粉和普通洗衣粉洗涤效果的实验记录，请据表回答问题：
脸盆编号
洗涤物(等量)
洗涤温度
洗衣粉(等量)
水量
洗净所需时间
1
油污布
45 ℃
加酶
2 L
4 min
2
油污布
45 ℃
普通
2 L
7 min
3
油污布
5 ℃
加酶
2 L
9 min
4
油污布
5 ℃
普通
2 L
8 min

(1)该实验设计体现了____________原则。
(2)若1号实验组洗净油污布所需时间接近7 min，最可能的原因是_______________________
_______________________________________________________________________________。
(3)下列衣料不适宜用添加蛋白酶的加酶洗衣粉洗涤的有________(填序号)，理由是_________
________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
①棉织品　②毛织品　③腈纶织品　④蚕丝织品
(4)请写出两项提高加酶洗衣粉洗涤效果的措施：_____________________________________
______________________________________________________________________________。
答案　(1)对照、单一变量　(2)温度过高使酶失活　(3)②④　毛织品、蚕丝织品衣料主要成分都是蛋白质，会被加酶洗衣粉中的蛋白酶分解，从而破坏衣料；而棉织品和腈纶织品的主要成分不含有蛋白质成分　(4)用温水浸泡；延长浸泡时间；增加洗衣粉的用量等(写出两项合理答案即可)
解析　(2)若1号实验组洗净油污布所需时间接近7 min，最可能的原因是温度过高，酶已经变性失活。(3)加酶洗衣粉含有生物催化剂酶，可以催化蛋白质的分解反应，因为毛织品、蚕丝织品的主要成分都是蛋白质，所以毛织品、蚕丝织品不能用加酶洗衣粉洗涤；而棉织品的主要成分是纤维素，腈纶织品的主要成分是合成纤维。(4)用温水浸泡(提高酶的活性)、延长浸泡时间(延长酶的催化时间)、增加洗衣粉的用量(增加酶的用量)等都可以提高加酶洗衣粉的洗涤效果。
考点三　酵母细胞的固定化

1．固定化技术
(1)概念：利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间的技术。细胞中含有一系列酶，在细胞正常生命活动过程中，通过代谢产生所需要的代谢产物。
(2)常用的固定化方法
名称
原理
图示
包埋法
将酶或细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中

化学结合法
利用共价键、离子键将酶分子或细胞相互结合，或将其结合到载体上

物理吸附法
通过物质吸附作用，把酶或细胞固定在纤维素、琼脂糖、多孔玻璃或离子交换树脂等载体上


(3)包埋法常用的载体材料：明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。
2．固定化酶母细胞的实验流程



(1)固定化酶常采用化学结合法和包埋法(　×　)
(2)固定化细胞可以催化各种反应底物的一系列反应(　×　)
(3)从酶的固定方式看，物理吸附法比化学结合法对酶活性影响小(　√　)
(4)将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去CaCl2和杂菌(　√　)

(源于选修1 P49“课题背景”)与固定化酶技术相比，固定化细胞制备的成本更低，操作更容易。固定化细胞的优势是易于保持酶的活性，固定的是一系列的酶。

1．直接使用酶、固定化酶与固定化细胞的比较
项目
直接使用酶
固定化酶
固定化细胞
酶的种数
一种或几种
一种
一系列酶
适用方法

化学结合法、物理吸附法
包埋法
营养物质
不需要
不需要
需要
反应底物
各种物质(大分子、小分子)
各种物质(大分子、小分子)
小分子物质
优点
催化效率高、耗能低、污染低
酶既能与反应物结合，又能与产物分离；还可以被反复利用
成本更低、操作更容易
缺点
①对环境条件敏感，易失活；②酶难回收，成本高，影响产品质量
不利于催化一系列的酶促反应
反应物不易与酶接触，尤其是大分子物质，可能导致反应效率下降
实例
果胶酶
固定化葡萄糖异构酶
固定化酵母细胞

2.制备固定化酵母细胞的注意事项
(1)在缺水状态下，微生物处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。酵母细胞需要的活化时间较短，一般为0.5～1 h，实验时需要提前做好准备。
(2)酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应该选择体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出。
(3)加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环。加热时要用小火或间断加热，且边加热边搅拌。
(4)海藻酸钠的浓度关系到固定化细胞的质量。如果海藻酸钠浓度过高，将很难形成凝胶珠；如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少，影响实验效果。
(5)溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温，否则会因温度过高而导致酵母菌死亡。
(6)可利用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠，用作对照。
(7)海藻酸钠胶体在CaCl2这种电解质的作用下，发生聚沉，形成凝胶珠，需在CaCl2溶液中浸泡30 min左右。
(8)细胞的固定化要在严格无菌的条件下进行；反复使用固定化酵母细胞时，酵母菌菌种要纯，用具和材料要严格消毒，注意控制温度，营养全面，还需要避免其他微生物的污染。

考向一　酶的固定化技术及应用
5．(2019·广东佛山二检改编)某研究小组利用包埋法固定α-淀粉酶，并探究不同温度条件(0 ℃、50 ℃和100 ℃)对α-淀粉酶活性的影响。回答下列问题：
(1)包埋α-淀粉酶时，海藻酸钠的作用是____________，CaCl2的作用是___________________。在酶促反应前要用蒸馏水冲洗凝胶珠2～3次，目的是________________________________
_______________________________________________________________________________。
(2)用固定化的α-淀粉酶进行以下实验：
①称取等质量的固定化酶凝胶珠，分别置于________________________________；
②量取等体积淀粉溶液放入试管中，也分别置于相应水浴中保温5 min；
③把凝胶珠倒入相应试管中，充分混匀，在相应的温度下反应5 min；
④取出凝胶珠，以________酶促反应，并用蒸馏水冲洗凝胶珠2～3次，于4 ℃冰箱中储存以备下次使用；
⑤测定α-淀粉酶活性，结果表明50 ℃时酶活性最高，0 ℃、100 ℃时酶活性都很低。在进一步的实验中，为证明0 ℃、100 ℃对酶活性的影响是不同的，将________________________重新置于50 ℃水浴中保温5 min，再分别与_______________________充分混匀，反应5 min后测定酶活性。
(3)与一般酶制剂相比，固定化酶的突出优点是既能与反应物________，又能与产物________，还能被反复利用。
答案　(1)包埋α-淀粉酶　与海藻酸钠反应形成凝胶珠　洗去凝胶珠表面的游离酶和CaCl2　(2)①0 ℃、50 ℃、100 ℃温度水浴中保温5 min　④终止　⑤原置于0 ℃、100 ℃的凝胶珠　等体积的50 ℃预热的淀粉溶液　(3)接触　分离
6．亚洲人体内普遍缺乏乳糖酶，造成饮用牛奶后出现肠胀、腹胀、腹泻等不良症状。某牛奶制品生产厂家致力开发新产品，生产低乳糖新品，欲筛选出高产乳糖酶的微生物，制备乳糖酶并固定化，具体步骤如图1所示：

图1

根据相关信息，回答下列问题：
(1)筛选产乳糖酶的微生物时，宜用________作为培养基中的唯一碳源。
(2)科研人员用海藻酸钠作为包埋剂来固定乳糖酶，以研究固定化酶的相关性质和最佳固定条件。研究结果如图2所示，酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率， 包括____________和____________等方面，根据图示信息，在________________________的条件下固定化酶催化效果较好。
(3)实验者还进行了海藻酸钠固定化乳糖酶及化学结合法固定化乳糖酶的催化效果的比较研究，发现用______________法固定化酶的效果更好，原因可能是________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)工业生产中，使用固定化酶和使用游离酶相比，优点是________________________。
答案　(1)乳糖　(2)酶活性　酶的数量　约35 ℃、海藻酸钠浓度约为3%　(3)化学结合　酶分子较小，容易从包埋材料中漏出，从而降低酶活力　(4)可以重复使用；产物易纯化
考向二　酵母细胞的固定化及应用
7．某同学欲通过制备固定化酵母细胞进行葡萄糖溶液发酵实验，图1表示制备固定化酵母细胞的有关操作，图2是进行葡萄糖发酵的装置(a是固定化酵母细胞，b是反应柱，c是分布着小孔的筛板)，下列叙述正确的是(　　)


A．刚溶化的海藻酸钠应迅速与活化的酵母菌混合制备混合液
B．利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用仅是作为反应底物
C．图1中X溶液为CaCl2溶液，将酵母细胞与海藻酸钠溶液混匀后快速注入CaCl2溶液中，会观察到有凝胶珠形成
D．图2装置中的长导管主要是排出CO2，防止空气中的杂菌进入反应柱
答案　D
解析　在制备固定化酵母细胞的实验中，将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，再加入已活化的酵母细胞，否则高温会导致酵母细胞死亡；利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类除了作为反应底物外，还为酵母菌提供营养和能量；图1中X溶液为CaCl2溶液，将与酵母细胞混匀的海藻酸钠溶液用注射器缓慢滴加到CaCl2溶液中，会观察到有凝胶珠形成。
8．(2019·太原4月一模)某实验小组的同学制备固定化酵母细胞的过程如下：
①活化酵母细胞：称取定量干酵母与定量蒸馏水混合并搅拌，使酵母细胞活化。
②配制CaCl2溶液：将无水CaCl2溶解在定量蒸馏水中，配制成一定浓度的CaCl2溶液。
③配制海藻酸钠溶液：用定量的海藻酸钠直接溶解在定量的蒸馏水中，配制成溶液。
④海藻酸钠溶液和酵母细胞混合：将活化的酵母细胞迅速加入刚配制成的海藻酸钠溶液中，充分搅拌混合均匀。
⑤固定化酵母细胞：用注射器以恒定的速度缓慢地将海藻酸钠和酵母细胞混合液滴加到配制好的CaCl2溶液中，观察凝胶珠形成。
(1)请你改正其中两处错误的操作：
第一处是______________________________________________________________________；
第二处是______________________________________________________________________。
(2)刚形成的凝胶珠要在CaCl2溶液中浸泡30 min左右，目的是_______________________。
(3)如果制作的凝胶球颜色过浅，呈白色，则说明海藻酸钠浓度_____(填“过低”或“过高”)。
(4)研究发现，固定化强度强的酵母颗粒发酵效果好，且稳定性高、使用寿命长。某机构利用上述装置；将2%、2.5%、3%的海藻酸钠分别利用2%、3%、4%的X溶液进行凝胶化处理，所得到的固定化酵母颗粒的强度及在28 ℃下发酵48 h后的酒精产量如下表：

海藻酸钠(%)
X溶液(%)
固定化强度(g·30个－1)
酒精量(%)
2
2
930
6.7
2.5
2
950
6.5
3
2
990
6.5
2
3
1 030
6.7
2.5
3
1 100
6.4
3
3
1 140
6.2
2
4
1 170
6.7
2.5
4
1 170
6.4
3
4
1 160
6.3

依照表格分析，随着X溶液浓度的增加，______________增加；凝胶固定化效果最好时的海藻酸钠与X溶液浓度分别是________、________。
答案　(1)③溶解海藻酸钠时应小火或间断加热至完全溶化　④海藻酸钠溶液需冷却至室温再加入活化的酵母细胞　(2)让凝胶珠形成稳定的结构　(3)过低　(4)固定化强度　2%　4%




1．核心概念
(1)(选修1 P42)酶的活性：指酶催化一定化学反应的能力。
(2)(选修1 P46)加酶洗衣粉：含有酶制剂的洗衣粉。
(3)(选修1 P50)固定化酶或细胞技术：是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术。
2．教材结论性语句
(1)(选修1 P44)比较苹果汁的体积判断果胶酶活性的高低时，获得苹果汁越多，说明果胶酶的活性越高；比较果汁的澄清度判断果胶酶活性的高低时，果汁越澄清，说明果胶酶的活性越高。
(2)(选修1 P50)一般来说，酶更适合采用化学结合和物理吸附法固定化，而细胞多采用包埋法固定化。

1．(2020·江苏，16)甲、乙两个实验小组分别进行了“酵母细胞固定化技术”的实验，结果如下图所示。出现乙组实验结果的原因可能为(　　)

A．CaCl2溶液浓度过高
B．海藻酸钠溶液浓度过高
C．注射器滴加速度过慢
D．滴加时注射器出口浸入到CaCl2溶液中
答案　B
解析　标准的凝胶珠是圆形的(如甲组)，乙组中的凝胶珠呈蝌蚪状，凝胶珠成形不好，主要有以下几种原因：(1)海藻酸钠与酵母活化液的混合液浓度过高(凝胶珠会呈蝌蚪状)；(2)注射孔与CaCl2溶液液面距离太近(凝胶珠会呈蝌蚪状)；(3)推注射器的力度过大，速度过快(凝胶珠会呈线形)；(4)CaCl2溶液浓度过大(凝胶珠硬度会变大，易开裂)。据此推知，B项正确。
2．(2018·江苏，21改编)下列关于加酶洗衣粉的叙述，正确的是(　　)
A．洗衣粉中添加的酶通常是由微生物发酵生产而来
B．洗衣粉中的蛋白酶通常会将添加的其他酶迅速分解
C．在50 ℃热水中用加酶洗衣粉洗衣时，其中的酶会迅速失活
D．加酶洗衣粉受潮后重新晾干保存，不会影响其中酶的活性
答案　A
解析　洗衣粉中的酶往往通过特殊的化学物质将酶层层包裹，因此蛋白酶不会将添加的其他酶迅速分解，B错误；加酶洗衣粉的使用过程中水温以30～50 ℃为宜，其中的酶具有耐较高温度的特点，C错误；加酶洗衣粉受潮后，酶表面的保护剂会被破坏，酶的活性会受到影响，D错误。
3．(2020·全国Ⅱ，37)研究人员从海底微生物中分离到一种在低温下有催化活性的α-淀粉酶A3，并对其进行了研究。回答下列问题：
(1)在以淀粉为底物测定A3酶活性时，既可检测淀粉的减少，检测应采用的试剂是________，也可采用斐林试剂检测________的增加。
(2)在A3的分离过程中可采用聚丙烯酰胺凝胶电泳检测其纯度，通常会在凝胶中添加SDS，SDS的作用是__________________________________和___________________________。
(3)本实验中，研究人员在确定A3的最适pH时使用了三种组分不同的缓冲系统，结果如图所示。某同学据图判断，缓冲系统的组分对酶活性有影响，其判断依据是__________________
______________________________________________________________________________。

(4)在制备A3的固定化酶时，一般不宜采用包埋法，原因是_____________________________
__________________________________________________________________(答出1点即可)。
答案　(1)碘液　还原糖　(2)消除蛋白质所带净电荷对迁移率的影响　使蛋白质完全发生变性　(3)在pH相同时，不同缓冲系统条件下所测得的相对酶活性不同　(4)酶分子体积小，容易从包埋材料中漏出
解析　(1)淀粉酶能催化淀粉水解，以淀粉为底物测定某种淀粉酶活性时，可利用淀粉遇碘变蓝的特性，用碘液检测淀粉的减少，也可利用斐林试剂来检测淀粉水解后生成的还原糖的增加。(2)可通过聚丙烯酰胺凝胶电泳比较蛋白质的相对分子质量来检测A3的纯度。蛋白质在聚丙烯酰胺凝胶中的迁移率取决于其所带净电荷的多少以及分子的大小等因素，可以在凝胶中加入SDS，以消除蛋白质所带净电荷对迁移率的影响。SDS能使蛋白质发生完全变性，因为蛋白质变性后能与SDS形成蛋白质—SDS复合物，SDS所带负电荷的量大大超过了蛋白质分子原有的电荷量，因而掩盖了不同蛋白质间的电荷差别，使电泳迁移率完全取决于分子的大小。(3)在pH为7.5时，Tris－HCl缓冲系统和Na2HPO4－KH2PO4缓冲系统中A3的相对酶活性不同；在pH为9时，Tris－HCl缓冲系统和Gly－NaOH缓冲系统中A3的相对酶活性也不同，可见缓冲系统的组分对酶活性有影响。(4)酶分子体积小，容易从包埋材料中漏出，因此在制备固定化酶时，一般不宜采用包埋法。
4．(2020·浙江7月选考)回答与柑橘加工与再利用有关的问题：
(1)柑橘果实经挤压获得果汁后，需用果胶酶处理，主要目的是提高果汁的________。为确定果胶酶的处理效果，对分别加入不同浓度果胶酶的果汁样品，可采用3种方法进行实验：①取各处理样品，添加相同体积的____________，沉淀生成量较少的处理效果好。②对不同处理进行离心，用比色计对上清液进行测定，OD值________的处理效果好。③对不同处理进行________，记录相同体积果汁通过的时间，时间较短的处理效果好。
(2)加工后的柑橘残渣含有抑菌作用的香精油及较多的果胶等。为筛选生长不被香精油抑制且能高效利用果胶的细菌，从腐烂残渣中分离得到若干菌株，分别用无菌水配制成__________，再均匀涂布在LB固体培养基上。配制适宜浓度的香精油，浸润大小适宜并已________的圆形滤纸片若干，再贴在上述培养基上。培养一段时间后，测量滤纸片周围抑制菌体生长形成的透明圈的直径大小。从直径________的菌株中取菌接种到含有适量果胶的液体培养基试管中培养，若有果胶酶产生，摇晃试管并观察，与接种前相比，液体培养基的________下降。
答案　(1)澄清度　95%的乙醇　较小　抽滤
(2)细菌悬液　灭菌　较小　粘性
解析　(1)果胶是植物细胞壁的主要成分，果胶酶可以催化果胶分解，使用果胶酶处理果汁可以提高果汁的澄清度。为鉴定果胶酶的处理效果，可以用3种方法来检测，如果添加相同体积的体积分数为95%的乙醇，沉淀生成量少的效果好；如果采用离心法，需要用比色计对上清液进行测定，OD值较小的处理效果好；如果采用抽滤的方法，抽滤相同体积的果汁，时间较短的处理效果好。(2)为筛选目标细菌，需要用选择培养基对菌株进行筛选，先用无菌水制成细菌悬液，均匀涂布在LB固体培养基上，然后把若干个浸润过适宜浓度香精油的已灭菌的圆形滤纸片贴在培养基上，通过观察透明圈的大小来判断哪些细菌更符合要求。透明圈直径越小说明香精油对其抑制作用越小，越符合要求，所以选取透明圈直径较小的菌株接种到含有适量果胶的液体培养基中，若观察到液体培养基的粘性下降，则可证明有果胶酶产生。
5．(2020·全国Ⅲ，37)水果可以用来加工制作果汁、果酒和果醋等。回答下列问题：
(1)制作果汁时，可以使用果胶酶、纤维素酶等提高水果的出汁率和澄清度。果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，包括多聚半乳糖醛酸酶、______________________(答出2种即可)。纤维素酶可以分解植物________(填“细胞膜”或“细胞壁”)中的纤维素。
(2)用果胶酶处理果泥时，为了提高出汁率，需要控制反应的温度，原因是_______________
_____________________________________________________________________________。
(3)现有甲、乙、丙三种不同来源的果胶酶，某同学拟在果泥用量、温度、pH等所有条件都相同的前提下比较这三种酶的活性。通常，酶活性的高低可用_________________________
________________________________________________________________________来表示。
(4)获得的果汁(如苹果汁)可以用来制作果酒或者果醋，制作果酒需要________菌，这一过程中也需要O2，O2的作用是________________________________________________________。
制作果醋需要醋酸菌，醋酸菌属于________(填“好氧”或“厌氧”)细菌。
答案　(1)果胶分解酶、果胶酯酶　细胞壁　(2)温度对果胶酶活性有影响，在最适温度下酶活性最高，出汁率最高　(3)在一定条件下，单位时间内、单位体积中反应物的消耗量或者产物的增加量　(4)酵母　促进有氧呼吸，使酵母菌大量繁殖　好氧
解析　(1)果胶酶并不特指某一种酶，而是分解果胶的一类酶的总称，包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。植物细胞壁的主要成分是纤维素，可被纤维素酶催化分解。(2)温度等条件会影响酶的活性，果胶酶发挥催化作用需要适宜的温度。温度过低，果胶酶的活性受到抑制；温度过高，会使果胶酶变性失活；在最适温度下，酶活性最高，出汁率最高。(3)酶的活性是指酶催化一定化学反应的能力。酶活性的高低可以用在一定条件下，单位时间内、单位体积中反应物的消耗量或者产物的增加量来表示。(4)制作果酒需要的菌种是酵母菌，它是兼性厌氧菌，酿酒时酵母菌先进行有氧呼吸大量繁殖，然后在无氧条件下进行无氧呼吸产生酒精。制作果醋需要的菌种是醋酸菌，它是好氧细菌。
6．(2019·浙江4月选考)回答与果胶和果胶酶有关的问题：
(1)通常从腐烂的水果上分离产果胶酶的微生物，其原因除水果中果胶含量较高外，还有________________________________。
(2)为了获得高产果胶酶微生物的单菌落，通常对分离或诱变后的微生物悬液进行______________。
(3)在某种果汁生产中，用果胶酶处理显著增加了产量，其主要原因是果胶酶水解果胶使______________________________。果汁生产中的残渣果皮用于果胶生产，通常将其提取液浓缩后再加入________使之形成絮状物，然后通过离心、真空干燥等步骤获得果胶制品。
(4)常用固定化果胶酶处理含果胶的污水，其主要优点有________________和可连续处理等。在建立和优化固定化果胶酶处理工艺时，除考虑果胶酶的活性和用量、酶反应的温度、pH、作用时间等因素外，还需考虑的主要有________________和________________。
答案　(1)腐烂的水果中含产果胶酶的微生物较多
(2)涂布分离(或划线分离)　(3)植物的细胞壁及胞间层瓦解，使榨取果汁变得更容易　95%乙醇　(4)提高果胶酶的稳定性　固定化的方法　固定化所用的介质
课时精练
1．(2020·株洲市联考)如图表示利用“果胶酶—酵母菌联合固定凝胶珠”生产红葡萄酒的部分过程，请回答下列问题。

(1)海藻酸钠能作为固定载体的特点是______________，在联合固定果胶酶和酵母菌之前，对海藻酸钠所做的操作是____________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
(2)果胶酶在果汁生产中具有重要的作用，把果胶酶和酵母菌固定在一起生产红葡萄酒的重要意义在于________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(3)果胶酶通常先与戊二醛交联，然后与活化的酵母菌一起用海藻酸钠包埋固定，这是因为
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)在初级发酵时温度一般控制在____________，在发酵过程中，尤其要随时监控和调整发酵罐中的温度和pH，使其在适宜的范围内波动，其主要目的是___________________________
______________________________________________________________________________。
答案　(1)不溶于水、多孔性　配制一定浓度的海藻酸钠溶液，用小火或间断加热的方法溶化海藻酸钠，然后冷却至室温
(2)果胶酶能提高果汁的产量和澄清度，从而提高红葡萄酒的产量和品质
(3)果胶酶分子太小，容易从包埋材料中漏出
(4)18～25 ℃　防止温度和pH的变化影响果胶酶的活性甚至使果胶酶失活
解析　(1)海藻酸钠是一种天然多糖，它与淀粉、纤维素等不同，其特点是不溶于水、多孔，可在固定化技术中作为包埋材料；制备一定浓度的海藻酸钠溶液时，要注意用小火或间断加热的方法使其溶化，冷却至室温再与细胞或酶混合。(2)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，利用果胶酶能破坏细胞壁，提高果汁的产量和澄清度，从而提高红葡萄酒的产量和品质。(3)固定化酶时不适宜直接用包埋法，因为酶分子小，容易从包埋材料里漏出来，所以需先与戊二醛交联，然后与活化的酵母菌一起用海藻酸钠包埋固定。(4)酵母菌繁殖和发酵的适宜温度是18～25 ℃，发酵过程中由于呼吸作用释放热量，代谢产物积累会使pH降低，而温度和pH的变化可影响果胶酶的活性，所以发酵过程中要及时监控、调节温度和pH。
2．(2020·河南名校联盟)某同学用含有不同种类酶制剂的洗衣粉进行了如下实验。
组别
布料
污染物
水温
A(蛋白酶洗衣粉)
6×6 cm2
蛋白膜
40 ℃
B(脂肪酶洗衣粉)
6×6 cm2
蛋白膜
40 ℃
C(蛋白酶洗衣粉)
6×6 cm2
淀粉膜
40 ℃

请回答以下问题：
(1)该实验的目的是探究______________________________。该实验还应控制的无关变量有________________________________________________________________________
____________。该实验中________________分别构成两组对照实验。
(2)该同学在实验过程中可通过观察______________________________________________
来判断酶的催化效率。
(3)蛋白酶洗衣粉的去污原理是__________________________________________________。
答案　(1)酶的作用具有专一性　洗衣粉的用量、污染程度、水质、水的pH等　A和B，A和C　(2)蛋白膜消失的时间长短　(3)蛋白酶能催化污物中蛋白质的水解，在蛋白酶催化作用下，蛋白质的水解产物溶于水中
3．(2019·安徽合肥二模)某研究性学习小组为探究市售一种含碱性蛋白酶的洗衣粉使用的最适温度，设计了相关实验，实验装置及实验结果如图所示。

请回答下列问题：
(1)与普通洗衣粉相比，该洗衣粉可以很好地清除衣物的血渍和奶渍，主要是因为______________________________。包装袋上注明“切勿用于丝质及羊毛衣料”，你认为原因是________________________________________________________________________
________________。
(2)由图可知，在0 ℃和75 ℃时，酶的催化效率基本都为零。但当温度回到最适温度时，能恢复催化能力的温度是0 ℃，原因是________________________________________________。
(3)在实验过程中可通过直接测定__________________________________________________
(填指标)来表示该洗衣粉中酶的催化效率。为缩短反应的时间，你认为可以采用的方法是
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)生产碱性蛋白酶成本较高，目前可以采用__________技术多次重复使用酶以降低成本。该技术常使用的方法是化学结合法和________________________________________________。
答案　(1)碱性蛋白酶能水解血渍和奶渍中的蛋白质　丝质及羊毛衣料的主要成分是蛋白质，会被碱性蛋白酶破坏　(2)0 ℃时酶活性很低，但酶结构没有被破坏，75 ℃时酶结构遭到破坏　(3)蛋白质块存在时间的长短　提高酶的浓度(或将蛋白块切得更小些，以增加蛋白酶和蛋白质的接触面积)　(4)固定化酶　物理吸附法
4．(2020·河北衡水调研)为确定木瓜醋固定化发酵的最佳工艺。科研人员以番木瓜为原料，选用优良的醋酸菌，采用海藻酸钠进行固定化醋酸菌发酵工艺，制备高产的木瓜醋，其简化工艺流程如下，请回答下列问题：

(1)为提高木瓜出汁率，常采用在木瓜浆中添加________酶，该酶包括半乳糖醛酸酶、______________________________________________________________________________。
(2)木瓜醋发酵过程中可以用木瓜酒做底物的原理是__________________________________
__________________________。在酒精发酵旺盛时，醋酸菌不能将果汁中的糖发酵成醋酸，理由是____________________________。
(3)本实验最常采用的固定化细胞的方法是____________________，该过程中海藻酸钠的作用是________________________________________________________________________。
(4)发酵条件工艺组合如表所示：
实验组
发酵温度(℃)
接种量(%)
初始酒精度(%)
最终酸度(g·100 mL－1)
1
31
13
7
4.02
2
32.5
15
7.5
4.12
3
34
17
8
4.61
4
31
15
8
4.48
5
32.5
17
7.5
3.79
6
34
13
7
4.35
7
31
17
7.5
4.11
8
32.5
13
7
4.76
9
34
15
8
3.57

由表可知，当发酵的具体条件为__________________________时产酸量最大，由此可确定木瓜醋固定化发酵的最佳工艺。
答案　(1)果胶　果胶分解酶和果胶酯酶　(2)醋酸菌在氧气充足的条件下，能够将乙醇转化为乙醛，再将乙醛转化为醋酸　酒精发酵是在无氧条件下进行的，而醋酸菌为好氧菌，在无氧条件下无法生存　(3)包埋法　固定醋酸菌　(4)发酵温度为32.5 ℃、接种量为13%、初始酒精度为7%
解析　(1)根据木瓜醋制作流程可知，制作木瓜醋需要先制备果汁，由于去掉细胞壁能够提高出汁率，而细胞壁可用果胶酶水解，果胶酶不是一种具体的酶而是一类酶的统称，它包括半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶。(2)果醋的制作原理是醋酸菌在氧气充足，且糖源不足的情况下将乙醇转化为乙醛，再将乙醛转为醋酸或者在糖源充足的条件下，直接将葡萄糖转化为醋酸。酒精发酵是在无氧条件下，而果醋发酵需在氧气充足条件下进行，因此在酒精发酵旺盛时，醋酸菌不能将果汁中的糖发酵成醋酸。(4)酸度越高，说明果醋浓度越高，根据表格可知，在发酵温度为32.5 ℃、接种量为13%、初始酒精度为7%的条件下，酸度最高即果醋发酵效果工艺最佳。
5．(2019·河北唐山一中二模)图1表示制备固定化酵母细胞的某步操作，图2是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图。请据图分析回答下列问题：

(1)图1中，将溶化好的海藻酸钠溶液______________，加入已活化的酵母细胞，进行充分搅拌，使其混合均匀，再转移至注射器中。
(2)图1中制备的凝胶珠用_________________________________________________________
后再转移到图2装置中。
(3)下面制备固定化酵母细胞的步骤，正确的是________________。(填字母)
①配制CaCl2溶液　②配制海藻酸钠溶液　③海藻酸钠溶液与酵母细胞混合　④酵母细胞的活化　⑤固定化酵母细胞
A．①②③④⑤ B．④①③②⑤
C．④⑤②①③ D．④①②③⑤
(4)若用固定化酶技术生产高果糖浆，需要使用________酶。从酶数量的角度分析，与固定化酶技术相比，固定化细胞固定的是________。如果反应物是大分子物质，应采用固定化________(填“酶”或“细胞”)技术。
答案　(1)冷却至室温　(2)蒸馏水洗涤2～3次　(3)D　(4)葡萄糖异构　多酶系统(或一系列酶或多种酶)　酶
解析　(1)在将海藻酸钠溶液和酵母细胞混合时，应将完全溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，再加入已活化的酵母细胞，否则会因温度过高而导致酵母细胞死亡。(3)制备固定化酵母细胞的正确步骤是酵母细胞的活化→配制CaCl2溶液→配制海藻酸钠溶液→海藻酸钠溶液与酵母细胞混合→固定化酵母细胞。(4)葡萄糖异构酶能将葡萄糖转化成果糖，因此用固定化酶技术生产高果糖浆，需要使用葡萄糖异构酶。
6．请回答下列问题：
(1)酶活性是指酶催化一定化学反应的能力，酶活性的高低可以用在一定条件下，酶所催化的某一化学反应的__________________来表示。
(2)探索温度对淀粉酶活性的影响实验，需要进行如下步骤：
①取3支试管，各注入2 mL淀粉溶液并分别编号A、B、C；
②再取3支试管，各注入1 mL淀粉酶溶液并分别编号a、b、c；
③向3支试管中各滴1滴碘液；
④将A、a试管放在60 ℃的热水中，B、b放在沸水中，C、c放在冰水中，各维持温度5 min；
⑤分别将A与a、B与b、C与c混合后，再依次放在60 ℃的热水、沸水和冰水中维持温度5 min；
⑥观察实验现象。
最合理的操作顺序是(　　)
A．①②③④⑤⑥ B．①②④⑤③⑥
C．①④②③⑤⑥ D．①②⑤④③⑥
(3)下图是表示检测某种碱性蛋白酶去污力的实验结果曲线，该实验的目的是____________。50 ℃时加洗衣粉中碱性蛋白质的最适含量约是________%。

答案　(1)反应速度　(2)B　(3)探究40 ℃、50 ℃两种温度下碱性蛋白酶含量对加酶洗衣粉去污力的影响　0.6
解析　(2)探索温度对淀粉酶活性的影响实验，一般的步骤为取材分组，设计对照实验、观察实验现象、记录实验数据，故最合理的操作顺序为①②④⑤③⑥。(3)根据图示，实验的自变量是温度和碱性蛋白酶的含量，所以该实验的目的是探究40 ℃、50 ℃两种温度下碱性蛋白酶的含量对加酶洗衣粉去污力的影响。50 ℃时酶的去污力在蛋白酶含量为0.6%时刚好达到最强，所以碱性蛋白酶的最适含量为0.6%。
7．生产果汁时，用果胶酶处理果泥可提高果汁的出汁量。回答下列相关问题：
(1)某同学用三种不同的果胶酶进行三组实验，各组实验除酶的来源不同外，其他条件都相同，测定各组的出汁量，据此计算各组果胶酶的活性的平均值并进行比较。这一实验的目的是________________________________________________________________________。
(2)现有一种新分离出来的果胶酶，为探究其最适温度，某同学设计了如下实验：取试管16支，分别加入等量的果泥、果胶酶、缓冲液，混匀，平均分为4组，分别置于0 ℃、5 ℃、10 ℃、40 ℃下保温相同时间，然后，测定各试管中的出汁量并计算各组出汁量平均值。该实验温度设置的不足之处有____________________和______________________。
(3)某同学取5组试管(A～E)分别加入等量的同种果泥，在A、B、C、D 4个实验组的试管中分别加入等量的缓冲液和不同量的同种果胶酶，然后，补充蒸馏水使4组试管内液体体积相同；E组加入蒸馏水使试管中液体体积与实验组相同。将5组试管置于适宜温度下保温一定时间后，测定各组的出汁量。通过A～D组实验可比较不同实验组出汁量的差异。本实验中，若要检测加入酶的量等于0而其他条件均与实验组相同时的出汁量，E组设计________(填“能”或“不能”)达到目的，其原因是______________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案　(1)探究不同来源果胶酶的活性　(2)温度梯度设置不合理　温度范围设置不合理　(3)不能　E组没有加入等量的缓冲液，违背了单一变量原则
解析　(1)由题意可知，三组实验的果胶酶来源不同，其他条件相同，最后测定各组的出汁量，所以实验的单因子变量为不同来源的果胶酶，因变量为果汁的出汁量，即本实验的目的是探究不同来源果胶酶的活性。(2)由题意可知，设置的温度为0 ℃、5 ℃、10 ℃、40 ℃，而探究酶的最适温度应该设置相等的温度梯度，且设置的温度范围过于狭窄，缺少高温组，很可能40 ℃还没有达到最适温度。(3)由题意可知，A、B、C、D四组中均加入了等量的缓冲液和不同量的同种果胶酶，添加蒸馏水达到相同体积，E组果胶酶的量为0，且直接添加蒸馏水达到相同体积，未加入等量的缓冲液，实验中没有遵循单一变量原则，所以E组的设计不能达到目的。