利用初榨草莓汁探究pH對(duì)果膠酶活性的影響

蘇瑋

摘 要 利用粗榨草莓汁探究pH對(duì)果膠酶活性的影響，“嘗試?yán)妹富盍y(cè)定的一般原理和方法”，獲得制作果汁最佳條件的相關(guān)信息，有效達(dá)成課程標(biāo)準(zhǔn)和教材實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，同時(shí)有效培養(yǎng)學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。利用草莓汁與果膠酶在45℃條件下反應(yīng)5 min，沸水浴2 min后測(cè)量果汁的出汁率和澄清度，結(jié)果表明果膠酶的最適pH在4左右。

關(guān)鍵詞 酶活性 果膠酶 出汁率 澄清度 最適pH

中圖分類號(hào) Q-331 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

1 問(wèn)題提出

《高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》對(duì)生物學(xué)選修一“生物技術(shù)與實(shí)踐”實(shí)驗(yàn)4“果汁中的果膠與果膠酶”一節(jié)的具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)界定為“嘗試?yán)妹富盍y(cè)定的一般原理和方法”。教材的實(shí)驗(yàn)?zāi)康膭t為“探究制作果汁的最佳條件”和“檢測(cè)果膠酶的活性”，二者具有細(xì)微差別。果膠酶活性的最適條件并不等于果汁制作的最佳條件，但可以通過(guò)探究果膠酶活性的最適條件為尋找制作果汁的最佳條件提供重要參考?！坝绊懨缸饔玫囊蛩亍笔巧飳W(xué)重要核心基礎(chǔ)知識(shí)，因此，筆者設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)探究影響果膠酶作用的因素，既幫助學(xué)生理解酶相關(guān)的重要概念，又“嘗試?yán)妹富盍y(cè)定的一般原理和方法”，同時(shí)使學(xué)生獲得果汁制作最佳條件的相關(guān)信息。

本實(shí)驗(yàn)是對(duì)必修一和選修一相關(guān)內(nèi)容的有機(jī)結(jié)合，同時(shí)將教材中的定性實(shí)驗(yàn)改為定量實(shí)驗(yàn)。學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)在本實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)過(guò)程中能夠得到有效培養(yǎng)和提升。

2 材料和方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

新鮮草莓、1 MHCl、1 MNaOH、果膠酶、壓汁機(jī)、恒溫水浴鍋、三角尺、分光光度計(jì)。

2.2 方法

2.2.1 草莓汁與果膠酶溶液的制備

草莓汁：新鮮草莓壓汁后各取60 mL，分別用HCl或NaOH調(diào)節(jié)pH為1、2、3……7，加水定容至80 mL備用。

果膠酶：稱取果膠酶2 g溶解于100 mL蒸餾水中，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的果膠酶溶液，備用。

2.2.2 酶促反應(yīng)

取7支試管，分別加入pH為1～7的草莓汁各4 mL，再加入2%的果膠酶溶液各1 mL。另取7支試管，分別加入pH為1～7的草莓汁各4 mL，再加入蒸餾水1 mL作為對(duì)照。將所有試管放入45℃水浴鍋反應(yīng)5 min，期間注意震蕩使酶與底物充分混勻。反應(yīng)結(jié)束后轉(zhuǎn)移至沸水浴中2 min，靜置，取出觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

2.2.3 出汁率的測(cè)定

用三角尺分別量出每支試管中下層清液與總液體的高度，計(jì)算比值，得出汁率。對(duì)相同pH的兩支試管，實(shí)驗(yàn)組出汁率減去對(duì)照組出汁率，即代表該pH下酶的活性。

2.2.4 澄清度的測(cè)定

分別取每支試管下層清液加入比色杯中，加入等體積蒸餾水稀釋后測(cè)量660 nm處的透光率。對(duì)相同pH的兩支試管，實(shí)驗(yàn)組透光率減去對(duì)照組透光率，即代表該pH時(shí)酶的活性。

3 結(jié)果

3.1 酶促反應(yīng)結(jié)果觀察

由混合溶液pH的計(jì)算可知，在草莓汁pH為1～7范圍內(nèi)，不調(diào)節(jié)果膠酶溶液pH對(duì)本實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)的影響可忽略不計(jì)。沸水浴前各試管中的液體較渾濁，肉眼觀察無(wú)顯著差異。沸水浴后試管中溶液出現(xiàn)明顯分層，下層為清液，上層為絮狀物。隨著pH增加，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組出汁率和澄清度差異均為先增大后減小。由于實(shí)驗(yàn)所使用的試管口徑大小不一，肉眼觀察誤差較大，因此必須進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的定量實(shí)驗(yàn)。

3.2 出汁率測(cè)定結(jié)果

將反應(yīng)后的試管從沸水浴中取出后不要搖晃，立即用直尺分別測(cè)量各試管中下層清液和總液體的高度，記入表格中，計(jì)算出汁率并作圖（圖1）。據(jù)圖可得，果膠酶的最適pH在4左右。

3.3 澄清度測(cè)定結(jié)果

測(cè)定完出汁率后，用長(zhǎng)滴管或微量移液器從試管底部吸取一定體積的下清液加入比色杯中，稀釋2倍后，于660 nm處測(cè)定不同草莓汁的透光率并計(jì)算、作圖（圖2）。據(jù)圖可得，果膠酶最適pH在4左右。

4 討論

4.1 實(shí)驗(yàn)材料的選擇

在查閱文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，筆者選擇了蘋果、草莓、橙子、香蕉、哈密瓜、菠蘿等材料進(jìn)行了pH對(duì)果膠酶活性影響的實(shí)驗(yàn)。從肉眼觀察的結(jié)果來(lái)看，蘋果澄清度差異顯著，而出汁率差異不顯著；橙子出汁率差異顯著，而由于人眼對(duì)黃色分辨力較弱，澄清度差異不顯著；草莓澄清度和出汁率差異均較顯著；其余水果表現(xiàn)欠佳。由于草莓價(jià)格偏高，季節(jié)性也很明顯，建議在其他季節(jié)實(shí)施本實(shí)驗(yàn)時(shí)，可選擇蘋果或橙子進(jìn)行檢測(cè)。

4.2 pH的調(diào)節(jié)

本實(shí)驗(yàn)所用的實(shí)驗(yàn)材料——草莓汁為生物材料，生物材料本身就是良好的緩沖體系，必須用酸或堿直接調(diào)節(jié)pH，所選酸堿種類取決于pH的設(shè)定。本實(shí)驗(yàn)pH初步設(shè)定為1～14，可用鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)；若要探究更精細(xì)的pH范圍（如3.5～5.5），可用檸檬酸和酒石酸鉀等弱酸和弱堿調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)過(guò)程中需注意，因?yàn)樯锊牧暇彌_H+或OH-需要時(shí)間，因此加入酸堿攪拌后必須測(cè)定到pH不再變化才算調(diào)節(jié)成功。

本實(shí)驗(yàn)中果膠酶的pH是否需要調(diào)節(jié)，必須通過(guò)對(duì)混合溶液pH的計(jì)算以及誤差分析才能確定。計(jì)算結(jié)果表明pH為1～8時(shí)不調(diào)節(jié)酶pH帶來(lái)的誤差可忽略不計(jì)，pH>9時(shí)必須調(diào)節(jié)酶的pH。然而預(yù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，pH>9時(shí)草莓汁特別黏稠不易吸取；另外由于草莓的花色苷是良好的酸堿指示劑，堿性條件下變藍(lán)，反應(yīng)后測(cè)定澄清度時(shí)選擇的發(fā)射光波長(zhǎng)必需改變?？紤]到果膠酶的最適pH為3～5，為了提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性和針對(duì)性，將pH的范圍設(shè)定在1～8或1～7即可，此時(shí)酶的pH可不用調(diào)節(jié)。

4.3 實(shí)驗(yàn)條件的確定

考慮到實(shí)驗(yàn)課時(shí)緊張，本實(shí)驗(yàn)反應(yīng)條件確定為45℃下反應(yīng)5 min。若時(shí)間允許，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間效果會(huì)更好。另外，筆者使用的果膠酶酶活力為30 u/mg，有條件的學(xué)?？梢詮膶I(yè)試劑公司（如諾維信）購(gòu)買酶活力500 u/mg的果膠酶進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，效果將更好。

由于本校水浴鍋數(shù)量有限，無(wú)法探究溫度對(duì)果膠酶活性的影響，有條件的學(xué)校同樣可以采用本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路和解決方法進(jìn)行探究。

4.4 關(guān)于出汁率的測(cè)量方法

出汁率的專業(yè)測(cè)定方法是離心過(guò)濾后稱重計(jì)算，但課堂教學(xué)時(shí)間有限，筆者采用直尺測(cè)量液體高度計(jì)算出汁率。在教學(xué)中，有學(xué)生提出可以用紗布過(guò)濾，使用藥杵擠壓紗布，從而加快過(guò)濾時(shí)間，保留固形物稱重，計(jì)算差值得出出汁率。實(shí)踐表明，這種辦法也是可行的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王鴻飛等.果膠酶對(duì)草莓果汁澄清效果的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào).2003.19（3）：161-164.

[2] 楊輝等.果膠酶提高蘋果出汁率工藝條件的優(yōu)化[J].食品科技.2006.5：76-78.