高中生物考点72 果胶酶在果汁生产中的作用-备战2022年高考生物考点一遍过

考点72  果胶酶在果汁生产中的作用

高考频度：★★☆☆☆     难易程度：★★★☆☆

1．制作果汁要解决的两个问题

一是果肉的出汁率低，耗时长；

二是榨取的果汁的浑浊度、黏度高，容易发生沉淀。

2．果胶

（1）作用：果胶是植物细胞壁及胞间层的主要组成成分之一。

（2）成分：由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物。 

（3）特点：不溶于水，在果汁加工中，会影响果汁的出汁率，还会使果汁浑浊。  

3．果胶酶

（1）作用：能够分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层，使榨取果汁变得更容易；果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸，使得浑浊的果汁变得澄清。

（2）组成：不是特指某一种酶，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。果胶酶的化学本质是蛋白质，也能被蛋白酶水解掉。

（3）来源：植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶。

4．探究温度和pH对果胶酶活性的影响

（1）实验原理：果胶酶瓦解细胞壁及胞间层增大果汁产量；果胶酶催化分解果胶增大果汁澄清度。

（2）变量

①该实验的自变量是温度或pH，控制方法：利用恒温水浴保温（或滴加酸、碱等）。

②因变量是酶的活性，检测因变量方法是通过测定果汁的体积或澄清度  来实现的。

③根据单一变量原则，控制不变的量（无关变量）有：苹果泥的用量、果胶酶的用量、反应的时间和过滤的时间等。

（3）实验原则：对照原则、单一变量原则、等量原则。

（4）实验流程：制备水果泥→设置一系列温度梯度­­­­或pH梯度→加入果胶酶反应一段时间→过滤果汁。

5．探究果胶酶的用量

（1）实验是建立在最适温度和最适pH对果胶酶活性影响的基础之上的。

（2）实验原理：在一定的条件下，随着酶浓度的增加，果汁的体积增加；当酶浓度达到某一数值后，再增加酶的用量，果汁的体积不再改变，此值就是酶的最适用量。

（3）变量

①自变量：果胶酶的用量。控制方法：可配制不同浓度的果胶酶溶液，也可以配制一种浓度的果胶酶溶液，使用不同的体积即可。

②因变量：果汁的体积或澄清度。

③无关变量：温度、PH、反应的时间、苹果泥的用量、过滤的时间等，应保持相同且适宜。

（4）通过果汁的体积判断果胶酶的用量：

如果随着酶的用量增加，过滤到果汁的体积也增加，说明酶的用量不足；如果当酶的用量增加到某个值后，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。

考向一  果胶酶在果汁生产中的作用

1．下列对果胶酶的作用的叙述中，错误的是

A．果胶酶是一种催化剂，可以改变反应速度

B．在果汁中加入果胶酶后可使果汁变得澄清

C．果胶酶能将乳糖醛酸分解成半乳糖醛酸

D．果胶酶能瓦解植物的细胞壁及胞间层

【参考答案】C

【试题解析】A、果胶酶是一种催化剂，可以改变反应速度，A正确；B、果胶酶可催化果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸，使浑浊的果汁重新变得澄清，B正确；C、果胶酶不能将乳糖醛酸分解成半乳糖醛酸，因为酶具有专一性，C错误；D、果胶酶能瓦解植物的细胞壁及胞间层，D正确。

2．某生物课外活动小组发现，新鲜水果比放置一段时间的水果硬。他们根据所学知识，认为可能的原因是放置一段时间的水果果胶酶含量高，而果胶酶能将细胞壁分解，使水果细胞相互分离，导致水果变软。为了探究上述假设是否正确，他们进行了如下探究：

（1）实验原理：______________________________________。

（2）实验假设：______________________________________。

（3）实验方法步骤：

①称等量的去皮后的新鲜苹果和放置一段时间的苹果切成小块，分别放在榨汁机中制成果泥。

②用滤纸或5层纱布过滤，收集滤液(条件相同)。

③____________________________________________________________。

④结论：__________________________________________。

⑤根据此实验，能否得出水果放置时间越长，营养价值越高的结果？________________________。

【答案】（1）果胶酶能将胞间层的果胶分解，使细胞分散，水果变软   

（2）放置一段时间的水果果胶酶含量高

（3）③观察比较滤液的体积和澄清度    ④放置一段时间的水果果胶酶含量比新鲜水果高    ⑤不能，因为水果放置时间过久，维生素C损耗多

【解析】（1）实验原理：水果变软是细胞壁的支持作用减弱，因此其原理应从细胞壁的成分变化入手来回答。（2）实验假设相当于未得到证实的结论，可假设为放置一段时间的水果果胶酶含量高。（3）将两种不同苹果的苹果泥滤液(果汁)分别收集好后，可通过比较滤液的体积和澄清度来判断果胶酶的含量，得到的果汁体积多、澄清度高的苹果中果胶酶含量较多。预测实验结论为放置一段时间的水果果胶酶含量比新鲜水果高。营养价值是多方面的，水果放置一段时间后，要考虑到水果中其他营养物质的损耗，如维生素C等，所以不能说水果放置越久，营养价值越高。

考向二  探究果胶酶的用量

3．下列关于探究果胶酶最适用量实验的叙述，错误的是

A．各组需加入不同量、相同浓度的果胶酶溶液

B．需要检测在不同反应时间下生成物的量

C．要保证各组的pH和温度等条件相同且适宜

D．可通过果汁澄清程度得出酶的最适用量

【参考答案】B

【试题解析】探究果胶酶最适用量实验中，自变量为果胶酶的量，故各组需要加入等浓度不同量的果胶酶溶液，A选项正确；由于本实验中的自变量为果胶酶的量，要控制其他无关变量相同，故在实验中需要检测在相同反应时间下生成物的量，B选项错误；pH、温度等无关变量也需要保持相同且适宜，C选项正确；果胶酶可水解果汁中的果胶，使果汁变澄清，故可通过果汁的澄清程度得出酶的最适用量，D选项正确。

4．如图表示某研究小组探究果胶酶的用量的实验结果。下列有关说法不正确的是

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是温度、pH、反应物浓度等

C．在ac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

【答案】C

【解析】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，C项错误。由图可知，在该实验给定条件下，果胶酶的最佳用量是b点对应的值。

1．在果汁中加入果胶酶的目的是  

A．增加果汁的营养成分 

B．增加果汁的黏稠度

C．使榨取果汁变的更容易，并使果汁澄清 

D．分解纤维素

2．在探究温度对酶活性的影响的实验中，下列操作中正确的是

A．将适量的苹果泥与果胶酶混合，放入不同温度下保温

B．将适量的苹果泥放在不同温度下保温，再加入果胶酶

C．将果胶酶放在不同温度下保温，再加入适量的苹果泥

D．将适量的苹果泥和果胶酶分别在不同温度下保温，然后再将酶加入对应温度下的苹果泥中

3．探究温度对果胶酶活性影响的实验中，得到如下实验结果。据此分析不正确的是

A．应在50～55℃之间设置更细温度梯度进行实验探究果胶酶的最适温度

B．为了实验结果的科学性，各组混合处理时间和过滤果汁时间均应相同

C．该实验结果表明高温能使果胶酶失活，但高温也可能促进果胶分解

D．实验过程中应先将苹果泥和果胶酶分别调节到对应温度后再混合

4．在探究果胶酶最适用量的实验中，下列说法不正确的是

A．实验时可配制不同浓度的果胶酶溶液

B．当底物浓度一定时，酶用量越大，滤出的果汁越多

C．本实验应控制在适宜温度和pH下

D．反应溶液的pH必须相同

5．下面给出的措施中，不能达到提高果汁产量目的的是

A．适当增加果胶酶的用量

B．把果胶酶和果泥的混合物放到适宜的温度条件下

C．对果胶酶固定化后再使用

D．用搅拌器充分搅拌果泥

6．果汁生产中果胶酶能提高出汁率和澄清度。为了节约成本，某工作人员在适宜的温 度和 pH 下，利用苹果汁和一定浓度的果胶酶溶液探究果胶酶的最适用量，实验结果如图。对实验失误可能的原因分析及改进方法都合理的是

A．酶促反应时间不合理；延长反应时间

B．苹果汁的用量不合理；增加用量

C．果胶酶用量不合理；增加用量

D．果胶酶体积梯度不合理；增大体积梯度

7．某工厂新制了50 L苹果泥，准备生产果汁，但不知酶的最适用量。为了节约成本，进行了如下探究实验：取8只试管编号1~8，分别加入30 mL苹果泥，保温一段时间，然后向各试管加入不同体积的果胶酶溶液，反应一段时间后过滤并记录果汁体积，实验数据如下表所示。下列分析错误的是

注解：果汁体积均不包含酶溶液体积

A．8只试管均需要调节至相同且适宜的温度、pH，且反应时间充足
B．本实验的测量指标还可以是苹果泥反应完全时所需要的时间
C．在果汁生产中一般还应加入纤维素酶来充分瓦解细胞壁

D．为得到更准确的最适用量，可以设置5~6 mL范围内不同果胶酶用量梯度实验来探究

8．如图是根据果胶酶在果汁生产中的作用的系列实验结果得出的坐标曲线。有关说法正确的是

A．图甲表示温度对果胶酶活性的影响，高温使得果胶酶结构被破坏

B．图乙只能表示pH对果胶酶活性的影响，最适pH通常为碱性条件

C．图丙可表示苹果泥中加入果胶酶后得到的果汁量随时间的变化情况

D．图丁可表示苹果泥用量一定时，果胶酶用量对果汁产量的影响

9．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。请你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、编组”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的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___________________。

10．工业生产果汁时，常常利用果胶酶破除果肉细胞壁以提高水果的出汁率，为研究温度对果胶酶活性的影响，某同学设计了如下实验：

Ⅰ．将果胶酶与苹果泥分装于不同试管，在10 ℃水浴中恒温处理10 min（如图甲）。

Ⅱ．将步骤Ⅰ处理后的果胶酶和苹果泥混合，再次在10 ℃水浴中恒温处理10 min（如图乙）。

Ⅲ．将步骤Ⅱ处理后的混合物过滤，收集滤液，测量果汁量（如图丙）。

Ⅳ．在不同温度条件下重复以上实验步骤，并记录果汁量，结果如下表：

根据上述实验，请分析并回答下列问题：

（1）果胶酶能破除细胞壁，是因为果胶酶可以促进细胞壁中_________的水解。

（2）实验步骤①的目的是_______________________________。

（3）实验步骤中也有玻璃棒搅拌的操作，其目的是使__________，以减少实验误差。

（4）实验结果表明，在上述8组实验中，当温度为________时果汁量最多，此时果胶酶的活性________。当温度再升高时，果汁量降低，说明________________。

（5）能不能确定该温度就是果胶酶的最适温度？如果不能，请设计出进一步探究果胶酶的最适温度的实验方案：____________________________________________________________。

11．（2019浙江4月选考·32）回答下列（一）小题：

（一）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，还因为______。

（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等用于果胶生产，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、作用时间等环境因素外，还需考虑的主要有______和______。

12．（2015·海南卷）生产果汁时，用果胶酶处理果泥可提高果汁的出汁率。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＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

1．【答案】C

【解析】A、胶酶能水解果胶，生成半乳糖醛酸，不能增加果汁的营养成分，A错误；B、果胶酶能水解果胶，会降低果汁的粘稠度，B错误；C、果果汁中含有大量的果胶，并且该物质不溶于水，因此利用酶的专一性，果胶酶能够分解果胶，使果胶分解成半乳糖醛酸，使浑浊的果汁变的澄清，C正确；D、酶具有专一性，果胶酶只能水解果胶，不能分解纤维素，D错误。

2．【答案】D

【解析】本实验的自变量是预设的不同温度，为防止苹果泥和果胶酶的常温条件对预设温度的影响，应将适量的苹果泥和果胶酶分别在不同温度下保温，然后再将酶加入对应温度下的苹果泥中，观察果汁的澄清度或出汁量，综上分析，D符合题意，ABC不符合题意。

3．【答案】A

【解析】分析表中数据可知，为探究温度对果胶酶活性的影响，该同学以温度为变量设置了不同温度条件下的多组对照实验。分析数据，在50℃时果汁量最大，所以果胶酶的最适温度应在50℃左右，要在45～55℃之间设置更细温度梯度进行实验探究果胶酶的最适温度，A错误；为了实验结果的科学性和控制单一变量，各组混合处理时间和过滤果汁时间均应相同，B正确；高温可以使酶失活，由表格数据温度超过70℃后果汁量增多可以看出高温也可能促进果胶分解，C正确；实验过程中应先将苹果泥和果胶酶分别调节到对应温度后再混合，以保证反应温度为设定的温度，D正确。

4．【答案】B

【解析】本实验的自变量是不同浓度的果胶酶溶液，故需要配置不同浓度的果胶酶溶液，A正确；当底物浓度一定时，当酶的量增加到某个值后，再增加酶量，果汁体积不再改变，B错误；本实验温度和pH均为无关变量，故应控制在适宜温度和pH下，C正确；该实验中，反应溶液的pH是无关变量，必须相同，D正确。

5．【答案】C

【解析】适当增加果胶酶的用量可增大反应速度，提高果汁产量，A正确；果胶酶和果泥的混合物放到适宜的温度条件下，可提高酶的活性从而提高果汁产量，B正确；对果胶酶固定化后再使用能使酶重复利用，但不能提高果汁产量，C错误；用搅拌器对果泥进行充分的搅拌，可以增加酶和底物的接触面积，进而提高果汁产量，D正确。

6．【答案】B

【解析】随着时间的推移，实验组果汁体积不变，说明失误的原因不是酶促反应时间，A错误；可能是苹果汁太少所致，可以适当增加苹果汁的量，B正确；提高酶量，果汁量不变，可能是酶量太多，应该减少酶量，C错误；图中无法看出酶的体积梯度对实验的影响，D错误。故选B。

7．【答案】A

【解析】8只试管如果反应时间充足，则各组过滤的果汁体积应相同，与表格中的实验结果不符合，A错误；本实验中苹果泥反应完全时各试管过滤的果汁体积相同，可以利用苹果泥反应完全所需的时间作为本实验的测量指标，B正确；植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，所以在果汁生产中还应加入纤维素酶来瓦解细胞壁，C正确；由表格数据可知，设置5~6 mL范围内不同果胶酶用量梯度实验可用来探究更准确的最适用量，D正确。

8．【答案】C

【解析】酶的活性随温度变化而变化，低温时酶活性受到抑制，活性较低，高温会破坏酶的空间结构，使酶失活，因此图像应与乙图类似，且曲线右端最终应与横坐标相交，A错误；图乙中曲线不能用来表示酶的活性随pH变化的特性，因为酶在过酸或过碱的条件下都会失活，因此曲线两端应该与横坐标相交，且从乙图中无法判断果胶酶最适pH为碱性条件，B错误；果胶酶可分解植物细胞壁，增加果汁的出汁率，使水果更快到达出汁的最大值，如图丙所示，C正确；苹果泥用量一定时，果汁产量也为一定值，因此果汁产量应达到一定值后不再变化，D错误。

9．【答案】（1）出汁率     澄清度

（2）①第二种     第二种的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（或第一种的操作会在达到预定pH之前就发生了酶的催化反应）    ②果汁体积      甲      如图

【解析】（1）果胶酶可以分解果胶，提高出汁率和澄清度。（2）①本课题的目的是“探究果胶酶催化果胶水解最适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，第二种的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（或第一种的操作会在达到预定pH之前就发生了酶的催化反应），因此第二种的操作更科学。②本课题的目的是“探究果胶酶催化果胶水解最适pH”，自变量是不同pH，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继续升高而逐渐下降，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。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。

10．【答案】（1）果胶 

（2）使果胶酶与苹果泥处于同一温度条件下 

（3）酶和反应物(果胶)充分地接触 

（4）40℃   相对最强　 温度升高，降低了酶的活性 

（5）不能，可以再设置多套装置，以40 ℃为中心，以更小的温差(如0.5 ℃)测量在更小温度范围内的果汁的产生量，果汁的产量对应最高的温度更接近酶的最适宜温度

【解析】（1）酶具有专一性，果胶酶可以促进细胞壁中果胶的水解。（2）实验步骤①的目的是使果胶酶与苹果泥处于同一温度条件下，避免温度变化对实验结果的影响。（3）实验步骤中有玻璃棒搅拌的操作，其目的是使酶和底物充分接触，以减少实验误差。（4）实验结果表明，在上述8组实验中，当温度为40 ℃时果汁量最多，此时果胶酶的活性在各实验组中最强。当温度再升高时，果汁量降低，说明酶的活性降低。（5）该实验不能确定40 ℃就是果胶酶的最适温度，可以再设置多套装置，以40 ℃为中心，以更小的温差(如0.5 ℃)测量在更小温度范围内的果汁的产生量，果汁的产量最高对应的温度更接近酶的最适宜温度。

11．【答案】（一）（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）水果组织软化疏松及细胞受损   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  

【解析】

【分析】

（一）果胶是植物细胞壁的主要成分，果胶起着将植物细胞粘合在一起的作用，去掉果胶，就会使植物组织变得松散；果胶不溶于乙醇，是鉴别果胶的一种简易方法。

【详解】（一）

（1）腐烂的水果通常细胞壁被分解较多，所以含有能产生果胶酶的微生物较多；

（2）获取单菌落的方式有划线分离法和涂布分离法两种，本题中两种方式均可；

（3）果胶酶的作用是水解果胶，果胶位于植物细胞壁中，故水解果胶会使得水果组织软化疏松及使细胞受损；果胶不溶于酒精，故提取回收果胶需要使用95%乙醇，使果胶形成絮状物回收；

（4）固定化的果胶酶在处理含果胶的污水时，可提高果胶酶的稳定性并可连续处理；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、作用时间等环境因素外，还需考虑的因素有固定化的方法和固定化所用的介质。

12．【答案】（1）探究不同来源果胶酶的活性

（2）温度范围设置不合适   温度梯度设置不合理（或各组的酶促反应受两个不同温度影响）   

（3）不能   未加入缓冲液

【解析】（1）根据题意可知，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，据此计算各组果胶的活性的平均值并进行比较，说明该实验的自变量是果胶酶的来源，因变量是果胶酶的活性，所以该实验的目的是探究不同来源果胶酶的活性。（2）根据实验设计可知，该实验是探究果胶酶的最适温度，所以自变量是温度，因变量是果胶酶的活性，用出汁量进行衡量，出汁量越多则果胶酶活性越高。该实验方案中，温度应该在常温范围内设置系列温度梯度且梯度差值相等，所以4组的温度应分别设置为15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃；另外探究温度对酶活性的影响时，应保证酶促反应只能在设定的温度下进行，同一实验组的反应温度只能是一个，所以实验操作应该是将各组盛有果胶酶的试管与盛有果泥的试管分别在设定温度下处理一定时间后再将两只试管混合，才能保证实验在设定的温度下进行。（3）根据题意，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，则实验的自变量是果胶酶的量，因变量是出汁量。对照实验的设计应遵循单一变量原则和对照原则，根据实验设置，E组应加入缓冲液而不是蒸馏水，才符合实验设计的单一变量原则。