2020版高考新创新一轮复习生物通用版学案：选修1第3讲酶的研究和应用

第3讲 酶的研究和应用

1．果胶酶在果汁生产中的应用

2．探讨加酶洗衣粉的洗涤效果

3．酵母细胞的固定化

[基础微点全练]
1．判断正误
(1)“探讨加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果”可先用热水溶解洗衣粉，再将水温调节到最适温度(×)
(2)相同pH时加酶洗衣粉洗涤效果好于普通洗衣粉(×)
(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(√)
(4)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(×)
(5)果胶酶常用于果汁生产中，可提高出汁率和澄清度(√)
(6)固定化细胞可以催化各种反应底物的一系列反应(×)
(7)从酶的固定方式看，吸附法比化学结合法对酶活性影响小(√)
(8)将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去CaCl2和杂菌(√)
(9)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(×)
(10)利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用只是作为反应底物(×)
2．下列有关酶的叙述，错误的是(　　)
A．果胶酶是一类酶的总称，探究果胶酶的最适温度时，需将底物和酶分别在同等温度下处理后再混合
B．低温和高温对酶活性的影响是相同的，而过酸、过碱对酶活性的影响是不同的
C．探究果胶酶的最适温度和最适pH实验中应严格控制酶作用时间
D．解旋酶作用于碱基对间的氢键
解析：选B　低温使酶的活性降低，但不会破坏酶分子的空间结构，高温会破坏酶分子的空间结构，使酶失去活性；过酸、过碱都会破坏酶分子的空间结构而使酶失去活性。
3．关于探讨不同种类洗衣粉的洗涤效果的实验，下列说法错误的是(　　)
A．水温应保持不变
B．除冬季外，通常采用当地的常温
C．应选择不同种类的加酶洗衣粉和普通洗衣粉
D．只能针对一种污渍进行实验
解析：选D　探讨不同种类洗衣粉的洗涤效果时，可以选择不同种类的加酶洗衣粉和普通洗衣粉；污渍的选择应该多样化；可以针对污渍相同，布料不同的情况进行实验；实验过程中温度应保持不变，一般采用当地的常温，冬天温度太低，应用水浴的方法使温度达到25～35 ℃。
4．在20世纪50年代，酶已经大规模地应用于各个生产领域，到了70年代又发明了固定化酶与固定化细胞的技术。
(1)在实际生产中，固定化酶技术的优点是________________________________
________________________________________________________________________。
与固定化酶技术相比，固定化细胞固定的是____________。
(2)制备固定化酵母细胞，常用的包埋材料是________，使用了下图中方法[　]________(填出号码与名称)。

(3)制作固定化酵母细胞时，充分混合均匀的酵母细胞溶液可在饱和________溶液中形成凝胶珠。部分同学实验制得的凝胶珠不是圆形或椭圆形，其主要原因是____________。


解析：将酶固定化后，可使酶在催化反应之后不随产物流走，可以反复利用；将细胞固定化后，可以将一种细胞内的多种酶同时进行固定。海藻酸钠一般不能参与化学反应，同时，在高温下容易溶化，温度降低时又形成多孔性固体颗粒，是包埋酵母菌的好材料。图①为化学结合法，图②为物理吸附法，图③为包埋法。凝胶珠是高温下溶化的海藻酸钠与酵母菌混合后在CaCl2溶液中形成的，若海藻酸钠浓度过高或制凝胶珠时离液面太近，可能形成片状或长条形，而不是圆形或椭圆形的凝胶珠。
答案：(1)酶既容易与反应物接触，又容易与产物分离，固定在载体上的酶能反复利用　多酶系统(或一系列酶、多种酶)
(2)海藻酸钠　③包埋法　(3)CaCl2　海藻酸钠溶液浓度过高(或针筒口离液面过近，高度不够)

一、酶的活性测定及酶在食品加工方面的应用
[试考题·查欠缺]
1．(2019·泰安月考)果胶酶的作用底物是果胶，纤维素酶能够分解纤维素，下列有关叙述正确的是(　　)
A．果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一
B．果胶酶可催化果胶分解成可溶性的半乳糖，使得浑浊的果汁变澄清
C．果胶是由半乳糖聚合而成的一种高分子化合物
D．纤维素酶能够分解纤维素，直接形成葡萄糖
解析：选A　果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一，是由半乳糖醛酸聚合而成的高分子化合物；在果汁加工中，果胶不仅会影响出汁率，还会使果汁浑浊，果胶酶能够将果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸，瓦解植物的细胞壁及胞间层，提高出汁率，并且使果汁变得澄清；纤维素纤维二糖葡萄糖苷酶,葡萄糖。
2．(2019·郑州调研)我国水果生产发展迅速，由于收获的季节性强，易造成积压，腐烂变质，为了解决上述问题且满足不同人群的需求，可以加工制作果汁、果酒、果醋等。

在果汁生产中用到果胶酶，某课题研究小组为了探究果胶酶的某些特性，进行了如下实验：
(1)实验方法：如图中所示的顺序进行操作。
(2)实验结果：对照组与实验组进行了相同时间的实验，结果如图所示：

①图中自变量是温度，除此之外还可用________表示。
A．酶的浓度　 　 　　　　　 B．苹果泥的量
C．水的加入量 D．pH
②图中的纵坐标还可用________来表示。
③实验小组改变了实验条件后重复做实验，得到曲线乙，苹果汁的澄清度最高点对应的横坐标是同一位置的原因是_____________________________________。
④步骤b中在果胶酶和苹果泥混合前，将两者分装在不同试管中，恒温的目的是____________________________________________________________。
解析：果胶酶的活性受温度、pH等条件的影响，而与底物的量、酶的浓度和水的加入量没有关系，所以每一种酶的最适pH和最适温度是一定的。在衡量实验结果的指标中有两种，一是果汁的量，另一个是果汁的澄清度。为使实验中达到相应的设计温度，必须使酶与底物分别保温达到要求后才能混合。
答案：(2)①D　②苹果汁的体积　③同一种酶的最适温度是一定的，不会因酶的浓度、底物量不同而改变　④保证底物和酶在混合时的温度是相同的
[强知能·补欠缺]
1．果胶酶与纤维素酶的比较
种类
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
催化水解果胶成为可溶性半乳糖醛酸
纤维素酶
C1酶、CX酶、葡萄糖苷酶
纤维素纤维二糖
葡萄糖

2．探究影响果汁产量的因素
(1)探究温度对酶活性的影响时，可以选用10 ℃作为温度梯度，设置的具体温度为10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃和60 ℃等，也可以根据酶的特点，尝试以5 ℃作为温度梯度。
(2)探究pH对酶活性的影响时，只需将温度梯度改成pH梯度，并在该酶的最适温度下进行。反应液中的pH可以用质量分数为0.1%的氢氧化钠溶液或盐酸进行调节。
(3)探究酶的用量是建立在探究最适温度和pH对酶活性影响的基础之上的。此时，研究的变量是酶的用量，其他因素都应保持相同。实验时可以配制不同浓度的酶溶液，也可以只配制一种浓度的酶溶液，然后使用不同的体积。需要注意的是，反应液的pH和温度必须相同，否则将影响实验结果的准确性。
3．确定果胶酶最适用量的方法
如果随酶浓度的增加，过滤到的果汁的体积也增加，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。
4．有关酶活性实验中的几个注意点
(1)酶活性不等同于酶促反应速度
同等条件下的酶促反应速度的快慢可以表示酶活性的高低，但酶活性与酶促反应速度仍然是两个完全不同的概念，其影响因素也不完全相同，如酶的浓度、反应物的浓度可以影响反应速度，但不能影响酶的活性。
(2)在苹果泥和果胶酶混合之前，一定要保证底物和酶达到所要求的温度或pH条件，以避免混合后条件的变化，确保实验结果的可靠性。
(3)探究×××酶的最适条件(温度、pH)及最适用量时都需设置一系列梯度，且不同的温度梯度之间或不同的pH梯度之间构成了相互对照，通过相互对照可确定果胶酶的最适温度或最适pH。
[练题点·全过关]
1．下列与酶的活性有关的说法中，错误的是(　　)
A．酶的活性是由蛋白质结构决定的，不受外界条件的影响
B．酶的活性是指酶催化一定化学反应的能力
C．酶的活性受温度、pH等因素的影响
D．酶活性高低与反应物浓度无关
解析：选A　酶的活性是指酶催化一定化学反应的能力，其高低可以用在一定条件下所催化的某一化学反应的反应速度来表示。酶的催化作用受外界条件影响，温度、pH等对酶的催化作用都有较大影响，反应物浓度与酶的活性高低无关。
2．探究温度、pH对果胶酶活性的影响以及探究果胶酶的用量三个实验中，实验变量依次为(　　)
A．温度、酶活性、酶用量 B．苹果泥用量、pH、果汁量
C．反应时间、酶活性、酶用量 D．温度、pH、酶用量
解析：选D　实验变量又称为自变量，指实验中由实验者所操纵的因素和条件，如探究温度对果胶酶活性的影响时，需要设置不同的温度作为对照，所以温度就是实验变量；同理，研究pH对果胶酶活性影响的自变量为pH；研究果胶酶的用量的实验中，实验变量为酶用量。
3．果粒生产在中国尚属起步阶段。果粒除了可直接食用外还可作为配料加入到酸奶、冰淇淋、果冻等食品中。果粒的硬度和形状直接影响着最终产品的质量。如酸奶用果粒必须符合以下质量标准：a果粒含量高；b相同的果粒分布和正确的黏稠度。但大部分果粒经高温处理或机械泵出后成型果粒量少，且果粒硬度不够，这势必会影响下一步的生产。果胶酶作为一种新型加工助剂，可将果粒的组织结构损坏程度减到最小，最大限度地提高成型果粒的含量。根据以上内容回答下列问题：
(1)果胶酶是指________________，包括________________________________________等。
(2)果胶酶作为一种果粒加工助剂，它能将果胶分解成可溶性的________________，由酶的________________性可知，组成果粒的另一成分________________不会被分解。
(3)在果粒制作时按“2 mL酶/kg水果”的量加入酶制剂，加热至40～45 ℃，缓慢搅拌处理10～15 min。最后加热到90～92 ℃，再冷却罐装。在此过程中按“2 mL酶/kg水果”的量加入酶的意义在于________________________________________；在40～45 ℃温度下搅拌处理的原因是_____________________________________________________________；
最后升温到90～92 ℃再冷却罐装的目的是___________________________________。
(4)果粒产品与果汁产品在成分上的主要区别在于____________________。
(5)下面图1表示温度对果胶酶活性的影响，如果纵坐标表示果粒的生成速率，横坐标表示温度，请在下面图2中画出果粒生成速率的曲线图(所绘制的曲线大体符合事实即可)。

解析：果粒由果肉加工而成，应含有果胶和纤维素。在果胶酶参与加工果粒的过程中，果胶被分解为半乳糖醛酸，而纤维素不会被分解。控制酶量的意义在于：一方面使酶充分发挥作用，另一方面避免酶的浪费以节约生产成本。
答案：(1)分解果胶的一类酶　多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶　(2)半乳糖醛酸　专一　纤维素　(3)控制好酶的用量，一方面使果胶酶充分发挥作用，另一方面节约成本，以免造成浪费　在40～45 ℃温度下果胶酶活性最高　灭菌　(4)果粒产品中有纤维素，果汁中不含纤维素　(5)如图
二、酶在洗涤方面的应用
[试考题·查欠缺]
1．下列关于探讨加酶洗衣粉的洗涤效果的说法错误的是(　　)
A．加酶洗衣粉中的酶能够耐酸、耐碱、忍受表面活性剂和较高温度
B．加酶洗衣粉能够有效去除油渍、汗渍和血渍
C．衣服的洗涤只考虑洗涤效果就可以
D．科学研究中，研究变量的思路是一致的，只是在不同的问题情景下，具体做法不同
解析：选C　在洗涤衣物时，不仅要考虑洗涤效果，还要考虑衣物的承受能力、洗涤成本等因素。
2．为了进一步增强洗衣粉对血渍、奶渍、油污、土豆泥等衣物上常见污垢的去除能力，洗衣粉中常常会添加各种酶类。请回答有关问题：
(1)根据衣物上常见的污垢，加酶洗衣粉中添加的酶类有碱性蛋白酶、________________________________________________________________________。
(2)碱性蛋白酶能将血渍、奶渍等含有的大分子蛋白质水解成可溶性的________。
(3)下表为加酶洗衣粉的包装袋上的产品说明，根据你所学习的有关知识，解释注意事项③的原因：___________________________________________________________________。
注意事项
①请将本品置于阴凉、干燥处，避热、避湿、避光。
②不慎溅入眼中，立即用水冲洗。
③水温以30～50 ℃为宜，切忌用70 ℃以上的热水。

(4)下面是添加脂肪酶的加酶洗衣粉和普通洗衣粉洗涤效果的有关探究实验，请据表回答：
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，洗净所需时间接近7 min，请分析最可能的原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：污垢中的血渍、奶渍、油污、土豆泥的主要成分分别是蛋白质、蛋白质、脂肪、淀粉和纤维素，因此要在洗衣粉中添加相应的水解酶。蛋白酶能将蛋白质水解为易溶于水的多肽和氨基酸，使衣物清洁。洗衣粉中添加的酶是蛋白质，在高温时会变性失活，而且酶的催化活性受温度影响，在30～50 ℃时具有较高的催化活性。实验设计中的1、2两组和3、4两组只是在洗衣粉种类上不同，而1、3两组和2、4两组则只有温度不同，这体现了实验设计的对照原则和单一变量原则。若1号实验组和2号实验组的洗净时间接近，说明1号中的酶没有起到预期的作用，可能是酶失活。
答案：(1)(碱性)脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶　(2)多肽(氨基酸)　(3)酶的催化受温度的影响，30～50 ℃是洗衣粉中的酶的适宜温度范围，温度过高会使酶变性失活　(4)①单一变量、对照　②洗衣粉中的酶变性或失效(答案合理即可)
[强知能·补欠缺]
1．加酶洗衣粉的去污机理
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
棉纺织品的表面浮毛

2．变量的分析和控制
影响加酶洗衣粉洗涤效果的因素有水温、水量、水质、洗衣粉的用量和种类，衣物的材料、大小及浸泡时间和洗涤时间等。
在探究用加酶洗衣粉洗涤的最佳温度条件实验中，水温是要研究的对象，实验自变量是水温；在探究加酶洗衣粉与普通洗衣粉洗涤效果的实验中，实验自变量为洗衣粉的种类；在探究不同种类的加酶洗衣粉洗涤效果的实验中，实验自变量为加酶洗衣粉的种类。在设计实验时，应遵循单一变量原则和对照原则等。
3．洗涤方式和材料的选择
(1)采用全自动洗衣机比较好，并且应该尽量使用同一型号小容量的洗衣机，使其机械搅拌作用相同。
(2)洗涤材料的选择也有一些讲究。选用布料作为实验材料比较可行。在设置对照实验时，可以控制布料的大小、颜色及污物的量，使其相同；同时，也便于洗涤效果的比较。
4．水量、水质和洗衣粉用量的问题
(1)水量和布料的大小是成正比的。做实验用的布料不宜过大，水量不宜过多，但应该让布料充分浸泡在水中。
(2)其他相关问题简述如下：实验中可以用滴管控制污物的量，待污物干燥后再进行实验；布料应放在洗衣粉溶液中浸泡相同的时间；采用玻棒搅拌的方式模拟洗衣过程；模拟搅拌的时间、次数和力量应基本相同。
5．使用加酶洗衣粉时的注意事项
(1)碱性蛋白酶能使蛋白质水解，因此，蛋白质类纤维(羊毛、蚕丝等)织物就不能用加酶洗衣粉来洗涤，以免使纤维受到破坏。
(2)使用加酶洗衣粉时，必须注意洗涤用水的温度。碱性蛋白酶在35 ℃～50 ℃时活性最强，在低温下或70 ℃以上就会失效。
(3)酶为生物催化剂，具有一定的寿命，时间长了，酶的活性就会降低或丧失，因此加酶洗衣粉也不宜长期存放。
(4)加酶洗衣粉不宜与三聚磷酸盐共存，否则酶的活性将会丧失。
(5)添加了碱性蛋白酶的洗衣粉可以分解人体皮肤表面蛋白质，而使人患过敏性皮炎、湿疹等，因此，应避免与这类洗衣粉长时间地接触。
(6)与普通洗衣粉相比，加酶洗衣粉洗涤效果更好，又由于不含磷元素，酶制剂进入无机环境中后可以被微生物分解，因此不会对环境造成污染。
[练题点·全过关]
1．下列关于加酶洗衣粉的叙述，错误的是(　　)
A．加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉
B．目前常用的酶制剂有四类：蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶
C．酶是未经任何处理直接添加到洗衣粉中去的
D．碱性蛋白酶能将血渍、奶渍中含有的大分子蛋白质水解成可溶性的氨基酸或小分子的肽
解析：选C　由于温度、pH、洗衣粉中的表面活性剂等都会影响酶的活性，因此加酶洗衣粉中的酶都经过了特殊处理，如用特殊的化学物质将酶层层包裹起来，与洗衣粉的其他成分隔离开来。
2．在验证某种加酶洗衣粉需要的最适温度的实验中，下列叙述正确的是(　　)
A．取一系列不同温度、其他条件相同的水，加入相同的污物及等量加酶洗衣粉，看哪一个温度加酶洗衣粉的效果最好
B．在不同温度的水中，加入不等量洗衣粉，看哪种效果好
C．将加酶洗衣粉加入30 ℃水中发现不如加入45 ℃的水中洗涤效果好，说明45 ℃为最适温度
D．将加酶洗衣粉与普通洗衣粉分别加入37 ℃的水中洗涤同样的污物，发现加酶洗衣粉效果好，说明加酶洗衣粉的最适温度为37 ℃
解析：选A　本实验的实验变量是温度，其他条件应相同，酶的催化作用有一最适温度，但最适温度需经过精确的实验才能确定，如将加酶洗衣粉加入30 ℃水中的洗涤效果不如45 ℃水中的好，只能说明45 ℃时酶的活性比30 ℃时高，但不能肯定45 ℃就是最适温度，如要探究加酶洗衣粉的最适温度，应设置一系列不同温度，然后比较各组的洗涤效果，其中洗涤效果最好的为最适温度。
3．为探究洗衣粉加酶后的洗涤效果，将一种无酶洗衣粉分成3等份，进行3组实验。甲、乙组在洗衣粉中加入1种或2种酶，丙组不加酶，在不同温度下清洗同种化纤布上的2种污渍，其他实验条件均相同，如表为记录的实验结果。请回答下列问题：
水温(℃)
10
20
30
40
50
组别
甲
乙
丙
甲
乙
丙
甲
乙
丙
甲
乙
丙
甲
乙
丙
清除血渍时间(min)
67
66
88
52
51
83
36
34
77
11
12
68
9
11
67
清除油渍时间(min)
93
78
95
87
63
91
82
46
85
75
27
77
69
8
68
(1)根据表中数据分析，提高洗衣粉去污能力的方法有__________________。甲组在洗衣粉中加入了________。乙组在洗衣粉中加入了____________。
(2)甲、乙组洗涤效果的差异，说明酶的作用具有________。
(3)如果甲、乙、丙3组均在水温为80 ℃时洗涤同一种污渍，请比较这3组洗涤效果之间的差异并说明理由：________________________________________。
(4)加酶洗衣粉中的酶是用特殊的化学物质包裹的，遇水后包裹层很快溶解，释放出来的酶迅速发挥催化作用，这________(填“能”或“不能”)说明运用了酶的固定化技术，理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)通过分析表格中的数据可以得出：在10～50 ℃范围内，随着温度的升高，洗衣粉的去污能力增强；加入酶的甲、乙组的去污能力比未加酶的丙组的去污能力强。血渍的主要成分是血红蛋白，油渍的主要成分是脂肪，通过比较甲、乙两组清除血渍和油渍的能力，可知甲组加入了蛋白酶，乙组加入了蛋白酶和脂肪酶。(2)甲、乙两组去污能力的差异也正好说明酶具有专一性。(3)酶在高温的情况下会变性失活，因此甲、乙、丙三组在水温为80 ℃时，去污效果相同。(4)由“酶的固定化技术需要把酶固定在不溶于水的载体上，且固定化酶可重复利用”可知，加酶洗衣粉中的酶没有运用酶的固定化技术。
答案：(1)加酶和适当提高温度　蛋白酶　蛋白酶和脂肪酶
(2)专一性　(3)没有差异，因为高温会使酶失活　
(4)不能　酶未固定在不溶于水的载体上，也不能重复利用

三、酶的固定化　
[试考题·查欠缺]
1．(2019·郑州调研)下列有关固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是(　　)
A．可用包埋法制备固定化酵母细胞
B．反应产物对固定化酶的活性没有影响
C．葡萄糖异构酶固定前后专一性不同
D．固定化细胞可以催化各种反应底物的一系列反应
解析：选A　可用包埋法制备固定化酵母细胞；有些反应产物可与相应酶结合，进而影响固定化酶的活性；葡萄糖异构酶固定前后专一性不变；固定化细胞固定的是一系列酶，催化一系列反应，但不能催化各种反应底物。
2．(2019·南昌联考)下面是制备固定化酵母细胞的实验步骤，请回答：
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
(1)在________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________状态。活化前应选择足够大的容器，因为酵母细胞活化时____________________。
(2)固定化细胞技术一般采用包埋法，而固定化酶常用________________和________________。
(3)影响实验成败的关键步骤是_______________________________________________。
(4)海藻酸钠溶化过程的注意事项是____________________________。
(5)如果海藻酸钠浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目________。如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明____________________________________________。
解析：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。由于酵母菌活化时体积会变大，活化前应选择足够大的容器。固定化酶和固定化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的技术。其中固定化细胞常采用包埋法，而固定化酶常用化学结合法和物理吸附法，原因是细胞体积大，而酶分子体积小，个体大的细胞难以被吸附或结合，而个体小的酶容易从包埋材料中漏出。海藻酸钠溶化时应用小火或间断加热，期间还要不断搅拌，防止焦糊。如海藻酸钠浓度过低，则包埋的酵母细胞较少；若浓度过高，凝胶可能呈面条状，不易形成圆形或椭圆形。
答案：(1)缺水　正常生活　体积会增大　(2)化学结合法　物理吸附法　(3)配制海藻酸钠溶液　(4)小火或间断加热，不断搅拌　(5)较少　海藻酸钠的浓度偏高，制作失败


[强知能·补欠缺]
1．直接使用酶、固定化酶和固定化细胞的比较

直接使用酶
固定化酶
固定化细胞
制作方法
—
化学结合法、物理吸附法
包埋法
是否需要
营养物质
否
否
是
催化反应
单一或多种
单一
一系列(或多种)
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
缺点
①对环境条件非常敏感，易失活；②难回收，成本高，影响产品质量
不利于催化一系列酶促反应
反应物不易与酶接近，尤其是大分子物质，反应效率下降
优点
催化效率高、耗能低、低污染
①既能与反应物接触，又能与产物分离；
②可以重复利用
成本低、操作容易

2．酵母细胞的固定化方法

3．固定化实验中的易错总结
(1)海藻酸钠溶液的浓度对包埋酵母细胞数量的影响
①海藻酸钠溶液浓度过高，将很难形成凝胶珠。
②浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数量少。
(2)海藻酸钠溶液配制注意事项
①海藻酸钠溶化时要用小火或间断加热，避免海藻酸钠发生焦糊。
②将溶化后的海藻酸钠先冷却至室温，再与酵母细胞混合，避免高温杀死酵母细胞。
③固定化酵母细胞时，应将海藻酸钠酵母细胞的混合液用注射器缓慢滴加到CaCl2溶液中，而不是注射，以免影响凝胶珠的形成。
[练题点·全过关]
1．图1表示制备固定化酵母细胞的有关操作，图2是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图，下列叙述错误的是(　　)

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．图1中X溶液为CaCl2溶液，其作用是使海藻酸钠形成凝胶珠
C．图2发酵过程中搅拌的目的是为了使培养液与酵母菌充分接触
D．图1中制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤后再转移到图2装置中
解析：选A　溶化的海藻酸钠应冷却至室温后再与活化的酵母菌混合，以免温度过高杀死酵母菌；海藻酸钠与酵母菌混合液应滴入CaCl2溶液中，以制备凝胶珠；凝胶珠用蒸馏水冲洗2～3次后，再转移到发酵装置中；搅拌可使酵母菌与培养液充分接触，有利于发酵的顺利进行。
2．根据材料回答下列有关问题：
Ⅰ.某大学科研人员利用双重固定法，即采用戊二醛作交联剂(使酶相互连接)，海藻酸钠来包埋小麦酯酶，研究固定化酶的性质，并对其最佳固定条件进行了探究。下图显示的是部分研究结果。(注：酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率，包括酶的活性和酶的数量)

(1)从图1可以看出：固定化小麦酯酶比游离的小麦酯酶对温度变化的适应性更________。
(2)从图2可以看出：海藻酸钠浓度为________时的小麦酯酶活力最强。当海藻酸钠浓度较低时，酶活力较低的原因是：_____________________。
Ⅱ：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：将定量的海藻酸钠直接溶解在定量的蒸馏水/无菌水中，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到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_________________________________________；
第二处___________________________________________。
(2)刚形成的凝胶珠要在CaCl2溶液中浸泡30 min左右，目的是_________________。
(3)如果制作的凝胶珠颜色过浅，呈白色，则说明海藻酸钠浓度________(填“过低”或“过高”)。
解析：图2曲线表明浓度为3%的海藻酸钠包埋效果最好，当海藻酸钠浓度较低时酶活力较低，原因是海藻酸钠浓度较低时包埋不紧密，酶分子容易漏出，导致酶数量不足。
答案：Ⅰ.(1)强　(2)3%　酶的数量不足
Ⅱ.(1)③海藻酸钠溶解应适当加热至完全溶化
④海藻酸钠溶液冷却至常温再加入酵母细胞
(2)让凝胶珠形成稳定的结构　(3)过低


1．用加酶洗衣粉洗涤衣物时，下列说法正确的是(　　)
A．可用加酶洗衣粉洗涤毛料衣服
B．一般先用热水泡开，然后调至适宜温度
C．水温太低，洗衣粉中的酶丧失活性后不能再恢复
D．使用添加了碱性蛋白酶的洗衣粉洗衣服后应立即冲洗双手
解析：选D　毛料衣服的主要成分为蛋白质，加酶洗衣粉中的蛋白酶会损坏衣服；高温会使酶失活，而低温抑制酶的活性，但不会使酶变性；皮肤中的蛋白质也会被加酶洗衣粉中的蛋白酶水解，从而损伤皮肤。
2.如图表示某研究小组在探究果胶酶的用量的实验结果。下列有关说法错误的是(　　)
A．在ab段限制反应速率的主要因素是酶的用量
B．在bc段限制反应速率的因素可能是温度、pH、反应物浓度等
C．在ab段增加反应物浓度，可以明显加快反应速率
D．在该实验给定条件下，果胶酶的最佳用量是b点对应的值
解析：选C　本题应从酶的浓度和活性、底物的浓度两方面进行分析。由曲线图可以看出，在ab段，随着酶的用量的增大，酶促反应速率加快，说明此阶段限制反应速率的主要因素是酶的用量，此时增加反应物浓度，反应速率不会明显加快。在bc段，随着酶的用量的增大，酶促反应速率不再加快，此时反应物浓度成为限制反应速率的因素之一，增加反应物浓度，反应速率会加快。
3．下列有关酶的制备和应用的叙述，正确的是(　　)
A．酶解法和吸水涨破法常用于制备微生物的胞内酶
B．透析、电泳和酸解等方法常用于酶的分离与纯化
C．棉织物不能使用添加纤维素酶的洗衣粉进行洗涤
D．多酶片中的胃蛋白酶位于片剂的核心层
解析：选A　酶解法可利用酶的专一性去除微生物的细胞壁，再通过吸水涨破法使细胞内的物质释放出来，然后提取其中的胞内酶；透析和电泳可用于酶的分离和纯化，但酸解会导致酶结构的破坏；棉织物的主要成分是纤维素，用添加了纤维素酶的洗衣粉进行洗涤会使棉织物蓬松，有利于污物的洗涤，纤维素酶还能去除掉棉织物表面的浮毛，平整棉织物表面，使洗涤后的棉织物柔软、蓬松，花纹清晰，色泽更加鲜艳，穿着更加舒适；多酶片中的胃蛋白酶应位于片剂核心层的外层，而片剂的核心层是在小肠中发挥作用的胰蛋白酶等消化酶。
4．如图是围绕加酶洗衣粉洗涤效果进行的研究结果，下列有关叙述错误的是(　　)

A．本实验的自变量有温度和洗衣粉是否加酶
B．本实验的因变量可能是污渍残留量
C．两类洗衣粉的最佳使用温度都为t1
D．温度超过t2后加酶洗衣粉中的酶可能失活
解析：选C　该图示为多因子变量曲线，从图示可以看出本实验的自变量有温度和洗衣粉是否加酶，因变量可能是污渍残留量。从图示可以看出加酶洗衣粉的最佳使用温度为t1，温度超过t2后加酶洗衣粉中的酶可能失活。
5．下列关于酶和固定化酵母细胞的研究与应用的叙述，错误的是(　　)
A．从酶的固定方式看，吸附法比化学结合法对酶活性影响小
B．作为消化酶使用时，蛋白酶制剂常以口服方式给药
C．尿糖试纸含有固定化的葡萄糖酶和过氧化氢酶，可以反复使用
D．将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去CaCl2和杂菌
解析：选C　酶的固定方式有包埋法、化学结合法和物理吸附法，物理吸附的过程是利用吸附剂本身的表面张力，从而对附近的分子产生吸附，吸附剂不会与被吸附物质发生化学反应而使其性质发生改变，所以吸附法对酶活性影响很小；消化酶在人体消化道内发挥作用，蛋白酶制剂一般在最外面加上糖衣后通过口服方式给药；尿糖试纸是一种酶试纸，是将葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶和某种无色化合物固定在纸条上，制成测试尿糖含量的酶试纸，这种酶试纸与尿液相遇时，很快会因为尿液中葡萄糖含量的多少而呈现一定的颜色，再次使用时颜色会有掩盖作用，所以不能反复使用；制备固定化酵母细胞时，将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗的目的是洗去CaCl2和杂菌，防止凝胶珠硬度过大和杂菌的污染。
6．下面是有关普通洗衣粉和加酶洗衣粉的洗涤效果是否相同的探究实验，请据表完成问题。
脸盆
编号
加入物质
(等量)
温度
洗衣粉
(等量)
水量
褪色
时间
1
油污布
37 ℃
加酶
2 L
5 min
2
油污布
37 ℃
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

该实验证明：
(1)能说明加酶洗衣粉洗涤效果好的组合方式是_________________________________。
(2)能说明酶活性受温度影响的组合方式是________________________。
解析：(1)只有通过比较，才能说明效果是否相同，所以需有加酶洗衣粉与普通洗衣粉之间的对照，同时褪色时间不能有其他变量干扰，这样的组合只能为1与2或3与4，结合设问(1)是证明加酶洗衣粉效果好，所以只能为1与2的组合。(2)是证明温度不同对酶活性的影响，所以应为1与3的组合。
答案：(1)1与2　(2)1与3
7．某同学进行苹果汁制作实验，工艺如图所示。请回答下列问题：

(1)图中用KMnO4溶液浸泡苹果的目的是________。黑曲霉提取液中含有的________可水解果胶，从而使果汁澄清。固定化柱中填充的石英砂通过________方式将酶固定化，酶被固定后用蒸馏水洗涤固定化柱是为了除去__________________________。
(2)实验中，操作流程A和B的先后次序为________。在苹果汁澄清过程中，应关闭的流速调节阀是______。要测定从固定化柱流出的苹果汁中是否还有果胶，可取一定量的果汁与等量的________混合，如果出现______现象，说明果胶还没有被完全水解。为使果胶完全水解，应将流速调节阀2调________(填“快”或“慢”)。
(3)实验后，将洗涤过的固定化柱在低温环境中保存若干天，该固定化柱仍可用于苹果汁制作实验，说明固定化酶可被________使用。
解析：(1)KMnO4有杀菌消毒的作用，可将苹果表面的杂菌杀死。果汁中因含有果胶等而使苹果汁浑浊，用果胶酶处理可使果胶水解，使果汁澄清。固定化酶技术是将酶固定在固定化柱的载体上，固定化柱内填充的石英砂可以起到很好的吸附作用，酶被固定后用蒸馏水冲洗是为了除去未被固定的酶等。(2)具体操作时，先提取果胶酶，打开阀1，让含有果胶酶的提取液流入固定化柱，将果胶酶固定在固定化柱中，再将阀2打开，使苹果汁流入固定化柱，固定的果胶酶能将果汁中的果胶分解，而果胶酶不流失。果胶不溶于乙醇，故可用乙醇鉴定果汁中的果胶，如有浑浊现象，说明果汁中仍有果胶存在，若要使果胶彻底水解应控制流速调节阀2，调慢果汁流速。(3)酶被固定化后，便于与反应物和产物分离，可重复使用，提高了酶的利用率。
答案：(1)消毒　果胶酶　吸附　未被固定的酶等　(2)AB　阀1　乙醇　浑浊(沉淀)　慢　(3)重复
8．某化工厂生产的一种加酶洗衣粉，其包装袋上印有如下说明。

某研究性学习小组为探究该洗衣粉中酶催化作用的最适温度，设计了如下装置进行实验，并将结果用下列曲线图A、B表示。
　
请回答下列问题：
(1)由图可知，使用该加酶洗衣粉的最适宜温度为________。
(2)在0℃和75 ℃时，酶的催化效率基本都为零。但当温度再度回到45 ℃时，后者酶的催化能力已不能恢复，这是因为______________________________。
(3)在实验过程中可通过直接测定________________________________(指标)来表示该洗衣粉中酶的催化效率。
(4)目前使用的加酶洗衣粉都是一次性的，某洗涤公司为降低生产成本研制了一种能多次重复使用加酶洗衣粉的设备，他们将酶固定在不溶于水的尼龙载体上，洗涤完衣物后，经过简单处理，这些酶还可以多次重复利用，这种方法制成的酶叫________。
解析：由A图看出该加酶洗衣粉在45 ℃时催化效率最高。高温条件下酶的结构会发生不可逆的破坏，即使再回到最适温度，酶的活性也不能恢复。胶片上的蛋白膜存在时间的长短反映了酶的催化效率。将酶固定在不溶于水的尼龙载体上，使酶多次重复利用，这种方法制成的酶叫固定化酶。
答案：(1)45 ℃　(2)高温条件下酶的结构已遭破坏(或酶的活性已丧失)　(3)胶片上的蛋白膜存在时间的长短(或其他合理答案)　(4)固定化酶
9.如图为固定化酶的反应柱示意图，请据图回答：
(1)请在横线上填出各标号的名称。
①________________，②______________，③______________。
(2)与一般酶制剂相比，固定化酶的突出优点是______________________；固定化细胞的优点是________________________________________________。
(3)③的作用是___________________________________________________。
(4)制作固定化葡萄糖异构酶所用的方式有____________或______________。
(5)据图说出反应柱的作用原理。______________________________________________。
解析：与一般的酶制剂相比，固定化酶不仅能与反应物充分接触，还能与产物分离，并且可以反复利用；与固定化酶相比，固定化细胞能催化一系列的化学反应，并且固定化细胞成本更低，操作更容易；使用固定化酶技术往往利用一个反应柱，反应柱下端有一个分布着小孔的筛板，酶颗粒无法通过筛板，而反应溶液却可以自由出入。
答案：(1)反应柱　固定化酶　分布着小孔的筛板　(2)既能与反应物接触，又能与产物分离，还能被反复利用　成本更低，操作更容易，且能催化一系列的反应　(3)使酶颗粒无法通过，反应溶液却可以自由出入　(4)化学结合法　物理吸附法　(5)反应液从反应柱的上端注入，使反应物溶液流过反应柱，与固定化酶接触，得到的产物从反应柱下端流出
10．加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉。请回答下列问题：
(1)由下图推知，该实验的目的是_________________________________。50 ℃时加酶洗衣粉中碱性蛋白酶的最适含量约是________%。

(2)下列衣料不适宜用添加蛋白酶的加酶洗衣粉洗涤的有____________。
①棉织品　②毛织品　③腈纶织品　④蚕丝织品
(3)根据以上实验结果，请写出两项提高加酶洗衣粉洗涤效果的措施：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)探究温度、碱性蛋白酶含量对去污力的影响　0.6　(2)②④　(3)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)
11．根据下面的实验原理、实验过程，回答相关问题。
实验原理：麦芽汁可以渗入到由海藻酸钠和啤酒酵母制成的凝胶珠中。啤酒酵母可以利用自身细胞内的一系列酶将可发酵的糖转化成乙醇。
实验过程：①取斜面培养基上的新鲜啤酒酵母，接种于10 mL麦芽汁液体培养基中，25 ℃培养24～30 h。
②取1.6 g海藻酸钠放入无菌小烧杯中，加无菌水少许调成糊状，再加入无菌水至40 mL，在98 kPa条件下灭菌15 min。冷却至45 ℃左右后，与预热至35 ℃左右的10 mL酵母培养液混合搅拌均匀，立即倒入带喷嘴的无菌小塑料瓶中(或装有5号针头的注射器外套中)，以恒定的速度滴入盛有葡萄糖、氯化钙混合液的容器中，浸泡30 min制成凝胶珠。
③倒去葡萄糖、氯化钙混合液，用无菌水洗涤凝胶珠三次后，将凝胶珠放入500 mL三角瓶中，加入300 mL无菌麦芽汁液体培养基，置于25 ℃下封口发酵5 d左右，倒出发酵后的麦芽汁即为生啤酒。
(1)凝胶珠是由什么组成的？它有什么作用？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)如果进行多批次的生产，本实验中的啤酒酵母与普通发酵中的酶或菌种在使用上有何区别？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)制作成功的凝胶珠需用____________冲洗，其颜色为____________。将凝胶珠加入用于发酵的葡萄糖溶液后，发现有________产生，同时有________味散发。
答案：(1)凝胶珠是由啤酒酵母和固定酵母菌的海藻酸钠组成的。啤酒酵母能产生酶将渗入凝胶珠的麦芽汁中的糖发酵，进而转化成乙醇　(2)将生啤酒倒出后，将凝胶珠再投放入新鲜的麦芽汁中，可以在较长时间内反复连续使用，而普通发酵中的酶或菌种不能反复使用　(3)蒸馏水　浅黄色　气泡　酒
12．如图1为人工种子生产过程示意图，图2为图1中③过程的相关操作，据图分析回答下面的问题：

(1)图1中，①②过程分别称为______________。
(2)图2中，包埋形成人工种子过程中，加热溶解海藻酸钠时需注意用____________加热，然后将溶化好的海藻酸钠溶液________后，加入胚状体充分搅拌混合均匀。
(3)刚生产的人工种子需要在CaCl2溶液中浸泡一段时间，其目的是使人工种子__________________。
(4)若用图2的方法“制备固定化酵母细胞”，海藻酸钠溶液的浓度对实验结果影响较大，若浓度过高，则________________，通常评价该实验结果主要是观察凝胶珠的____________。
(5)制备固定化酶则不宜用此方法，原因是______________________________。
解析：(1)叶组织块经脱分化形成愈伤组织，再分化后形成胚状体。(2)包埋人工种子过程中，加热溶解海藻酸钠时需用小火或间断加热，以防止焦糊，冷却至室温后再加入胚状体充分混匀。(3)将刚生产的人工种子浸泡在CaCl2溶液中一段时间，使人工种子形成稳定的结构。(4)制备固定化酵母细胞时海藻酸钠溶液的浓度过高不易形成凝胶珠，通常通过观察凝胶珠的颜色和形状来评价实验结果，浅黄色，球形或椭圆形的凝胶珠为最佳。(5)由于酶分子小，容易从包埋材料中漏出，所以不易用包埋法。
答案：(1)脱分化、再分化　(2)小火(或间断)　冷却(至室温)　(3)形成稳定的结构　(4)不易形成凝胶珠　颜色和形状　(5)酶分子很小，容易从包埋材料中漏出