果胶和果胶酶实验解惑
问题的提出一直有学生让我解惑选修“果胶和果胶酶实验”，我拖了很长时间。原因是浙科版教材的实验设计有疏漏之处，比如，最明显的是实验目的要探究温和的温度（或适宜的pH）对果汁出汁率的影响，但教材的实验流程中并没有按照这个目的设计。这方面的内容人教版比较科学，在教学中可以参考人教版教材，也就是说，可以对此实验进行改进。
问题：根据教材的设计流程，结果不怎么明显，而复习资料中有时会出现不同的结果，原因主要是对加热处理观点不统一，按照浙科版教材的设计结果应该是怎么样呢？
01实验流程设计和说明
1.实验流程
（1）将材料处理成匀浆。
（2）取烧杯，编号为A、B，各加入5mL匀浆液。
（3）烧杯A中加入10mL黑曲霉提取液或果胶酶溶液，烧杯B中加入10mL水，搅拌。
（4）取4支试管，编号1～4，各取4mL灴杯A中的液体放入1、2管，各取4mL烧杯B中的液体放入3、4管。
（5）將1、3号试管加热，2、4号试管不加热，观察1～4号试管的变化，记录。
（6）一段时间后，再向1～4号试管中各加入95%的乙醇4mL，观察变化，记录。
实验流程图
2实验流程说明
教材中的实验就是利用果胶酶和果胶甲酯酶将果胶水解，让组织散开，甚至破坏细胞壁，得到的组织细胞，从而提高果汁的澄清度，另外，部分细胞破裂后细胞内容物渗出，这些物质溶解在果汁中使得果汁口感变好。
实验步骤第（2）步中，烧杯A中果胶酶对匀浆中的组织起作用后，促使组织分散，所以A烧杯固形物减少。又因为果胶酶会水解植物细胞的细胞壁，细胞内的物质渗出，烧杯A的果汁口感好于烧杯B。与此同时，B烧杯的匀浆中仍有较多固形物。
很多学生认为第（5）步中加热的作用是使酶失活。但学生忽略了实验过程中已经间歇搅拌20～30min，后面的加热（煮沸）虽然会使酶失活，但不是主要目的。
第（5）步加热的主要目的应是“促进果胶从果浆中的释放，热处理增加了果胶的聚合度，从而增加了果汁的黏度”。
如果日常生活中家里有做过山楂酱或是草莓酱，学生结合看到的现象就能理解加热会破坏细胞，但不会使果胶分子分解，果胶从果浆中释放后，等温度下降，会逐渐聚合成“果胶集团块”，所以加热后会更浑浊些。或者更科学的解释可能是加热导致的凝固大于分解。
最后1～4号试管在第（5）步后的结果见表1。
表1
在以上实验的基础上，1～4号试管各加入了4mL95%的乙醇。乙醇可用于果胶的鉴定，加入乙醇，会促使果胶分子从果汁中析出，析出后的“果胶团”沉淀至试管底部。实验结果见表2。
表2
实验结果图
因此，澄清度是根据试管中悬浮液中固形物有多少来判断的，而试管底部的沉淀物是看加完酒精后析出的果胶量。（参考中学生物学）
02若干疑难问题解惑
疑问1：1号试管为什么要加热？是为了让酶变性吗？
解释：从实验设计去看，1号试管加热（沸水浴中加热，不是适宜温度加热）就是探究温度对果胶酶的影响，和2号作对照。
理由：从实验的原理和目的角度去看，实验原理中有探究温度对果胶酶活性的影响，所以需要1号和2号试管的对照实验，这也是实现本实验的目的之一探究温度对果胶酶活性的影响。
疑问2：3号为什么要加热？
解释：个人认为，一是为了和4号对照，因为它们存在单一变量，加热有利于果胶凝固，所以沉淀物最多，其实这不是实验的目的，因为实验的目的是研究温度对酶活性的影响，而两者都没有加酶。二是和1号对照，说明间歇搅拌20～30min，1号有酶的作用，说明果胶酶催化果胶分解，提高出汁率。
疑问3：3号试管为什么比4号较沉淀物多？
解释：总体来说，加热条件下有利于果胶凝固。实验用的果胶是混合物，还不能单单考虑果胶，加热可以促进水解，但同时也会有利于凝固，凝固包括水解产物，而且水解大多不彻底，所以凝固大于水解，沉淀应该会增加。
疑问4：教材上的实验设计加热之前有间歇搅拌20-30min，反应有没有完全？
解释：没有完全反应，仅仅是让酶和底物充分接触，这个反应需要很长时间。但我在想，时间的控制是不是和水果粉碎程度有关？如果粉碎程度大，反应的时间短。这个解释可以从人教版教材中找到证据，需要45度保温1-3h，说明反应时间很长。
人教版实验流程
总之，浙科版教材上的这个实验主要设计太复杂，表面上有二个实验目的，一是探究制作果汁的最佳条件；二是检测果胶酶的活性。其实就是探究温度对果胶酶的影响。如果把3号和4号对照当作是加热可以提高出汁率，那么也算是探究制作果汁的最佳条件。
不过，大家动手去做实验的话，尽管实验设计有问题，也就不会出现两种相反的实验结果，看上去还是要提倡开设实验，否则就会造成不必要的错误。
但是，这样的实验由于材料不同，条件上的要求应该有所不同，需要老师在学生实验之前找到经验，如酶的浓度，反应的时间等，然后再进行学生实验才会实验现象相对明显。
03拓展：果胶酶的应用
1.果蔬汁提取
目前果汁的提取方法主要是加压榨出和过滤,果汁加工时首先将植物细胞壁破坏。大多数植物细胞壁主要由纤维素、半纤维素和果胶物质等组成,细胞壁的结构较紧密,单纯依靠机械或化学方法难以将其充分破碎。
2.果汁澄清
果胶酶能随机水解果胶酸和其他聚半乳糖醛酸分子内部的糖苷键，生成分子质量较小的寡聚半乳糖醛酸，使其粘度迅速下降，容易榨汁过滤，提高果浆出汁率，改善果汁澄清效果。
果胶裂解酶（果胶酶的一种）对苹果汁有较好的澄清作用，但对葡萄汁效果不明显。对于柑橘汁，因要求雾样混浊，应当使用不含果胶酯酶的聚半乳糖醛酸内切酶进行处理。
由于果胶裂解酶可避免甲醇的产生，也可避免部分脱酯的果胶同钙离子形成沉淀，还可避免构成各种水果芳香性成分的酯类物质的损失。所以有研究表明果胶酶制剂若用于果蔬汁和果酒加工，最好含有较多量果胶裂解酶。
3.改善果蔬饮料的营养成分
利用果胶酶生产果蔬汁不仅提高了出汁率,而且保留了果蔬汁中的营养成分。首先果蔬汁的可溶性固形物含量明显提高，而这些可溶性固形物由可溶性蛋白质和多糖类物质等营养成分组成,果蔬汁中的胡萝卜素的保存率也明显提高。酶处理后的果汁的葡萄糖、山梨糖和果糖含量显著提高,蔗糖含量略有下降,总糖含量上升。
目前我国对果胶酶的工业化应用还处于相对滞后的状态,为提高果胶酶的使用率,简化产品提纯工艺并达到连续化生产的目的,将果胶酶固定于廉价载体上已成为国际上研究的一项重要课题。
截至目前，其工业应用主要仍集中在果蔬汁加工方面，其他方面虽然有所涉及，但相关技术仍然不够成熟，也就是说，果胶酶在应用中还存在一定的局限性。
另外，果胶酶作为一种复合蛋白酶，其作用效果受温度、pH值、时间、底物等因素影响，且因生产者的目的不同，果胶酶在生产中的添加量及作用方式也有差异，所以在实际应用中需要综合考虑各方面因素，选择最佳的温度、pH值等，力求使酶发挥最佳效用。（参考搜狐网）
04典型试题解析
试题1：某同学进行苹果汁制作实验，工艺如下图所示。
（1）图中用KMnO4的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，酶被固定在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的先后顺序为。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。试验后，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。
答案：（1）①消毒②果胶酶③吸附④未被固定的酶等（2）⑤AB⑥阀1⑦乙醇⑧浑浊（沉淀）⑨慢（3）⑩重复
试题2：利用紫甘薯制酒可提高其附加值。请回答：
（1）为提高紫甘薯的利用率，工厂化生产时，可加入果胶酶和淀粉酶，其中果胶酶可来自等微生物。由于酶在水溶液中不稳定，因此常将酶固定在某种介质上制成。
（2）果胶酶可将紫甘薯匀浆中的果胶水解成。
A．半乳糖醛酸和葡萄糖
B．半乳糖和果糖
C．半乳糖醛酸甲酯和果糖
D．半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯
（3）紫甘薯匀浆流经α-淀粉酶柱后，取适量流出的液体，经脱色后加入KI-I2溶液，结果液体呈红色。表明该液体中含有。
A．淀粉B．糊精C．麦芽糖D．葡萄糖
（4）要发酵前，为使酵母菌迅速发生作用，取适量的干酵母，加入温水和。一段时间后，酵母悬液中会出现气泡，该气泡内的气体主要是。将酵母菌接种到待发酵液后，随发酵的进行，酵母菌在条件下产生了酒精和二氧化碳。
（5）下图表示发酵液pH对酒精浓度的影响。据图判断，最佳pH值是。
答案：（1）①黑曲霉（或苹果青霉）②固定化酶（2）③D（3）④B（4）⑤蔗糖⑥CO2⑦无氧（5）⑧4.7
05视频：人教版果胶酶实验
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