“果汁中的果膠和果膠酶”實(shí)驗(yàn)探討*

夏 天 （浙江省余姚市第四中學(xué) 浙江余姚 315400）

0 引言

“果汁中的果膠和果膠酶”是浙科版高中生物學(xué)選修1第2部分“酶的應(yīng)用”中的實(shí)驗(yàn)［1］。通過本實(shí)驗(yàn)，檢測果膠酶的活性，觀察果膠酶對果汁形成的作用，說明果膠的化學(xué)性質(zhì)及果膠酶的作用原理［2］。為了使實(shí)驗(yàn)?zāi)康母鞔_、現(xiàn)象更明顯、增強(qiáng)可操作性，對本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，主要如下：①榨汁代替勻漿；②明確果膠酶用量、實(shí)驗(yàn)處理時(shí)間；③最后一步如果直接向各試管加入95%乙醇，前、后析出的固形物就會(huì)混合，無法區(qū)分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。因此最后吸取1號、3號試管的清液和2號、4號試管的懸濁液，再分別加入95%乙醇，這樣各試管的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象區(qū)別很明顯，也易于解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

1 實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果

蘋果切塊，用榨汁機(jī)榨汁，蘋果汁呈褐色、渾濁。取2個(gè)200mL 的燒杯，編號A、B，各加入10g蘋果汁，再向A 號燒杯中加入20mL 2%果膠酶溶液，B 號燒杯中加入20mL 蒸餾水，攪拌30min。取4支試管，編號1～4。將A 燒杯中的混合物放入1號和2號試管中，每管放入4mL；將B 燒杯中的混合物放入3號和4號試管中，每管也放入4mL。此時(shí)，經(jīng)果膠酶處理的蘋果汁（1號、2號試管）的顏色略淺于未經(jīng)果膠酶處理的蘋果汁（3號、4號試管），無其他明顯差別（圖1A，本文附圖見封二）。將1號和3號試管沸水浴10min，2號試管和4號試管不加熱。處理后，1號、3號試管出現(xiàn)明顯分層，大量固形物浮于上層，其中1號試管固形物較多，且有少量沉于試管底部，此外，1號試管的下層清液明顯清于2號試管；2號、4號試管由于靜置，底部顏色略有變深，無其他明顯變化（圖1B）。

再取4支試管，編號1～4，從1號、3號試管吸取清液2mL 加入對應(yīng)試管，從2號、4號試管吸取懸濁液2mL 加入對應(yīng)試管。再向各試管加入95%的乙醇2mL。此時(shí)4支試管均析出絮狀固形物，絮狀固形物含量：1號試管＜3號試管＜2號試管＜4號試管，澄清度：1號試管＞3號試管＞2號試管＞4號試管（圖2）。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。果汁中含有果膠，果膠阻礙了固體粒子的沉降，有很高的黏度，致使果汁渾濁［3］。果膠酶可水解果膠，這樣固形物更易沉淀，從而使果汁澄清。因此，經(jīng)果膠酶處理的1號、2號試管會(huì)略清于作為對照的3號、4號試管。此處差異并不是非常明顯，可能由于酶促反應(yīng)不夠充分所致，可通過增加酶量、延長反應(yīng)時(shí)間或調(diào)節(jié)到果膠酶最適溫度使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。例如，王永根等［4］加入果膠酶后45℃水浴10min，沉淀明顯，而未加果膠酶的對照組則無沉淀。

表1 “果汁中的果膠和果膠酶”實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1號、3號試管經(jīng)沸水浴后明顯分層，大量固形物浮于上層。這是由于沸水浴使纖維素等固形物凝聚［4］。1號試管由于經(jīng)果膠酶處理，析出的固形物明顯多于3號試管。因此，1號試管的下層液體也要明顯清于3號試管。為什么固形物會(huì)存在上浮和下沉2種情況？ 這是因?yàn)樵谡ブ^程中進(jìn)入許多氣體而使一些有氣體附著的固形物上浮，或含有脂質(zhì)較多的物質(zhì)上浮，另一些比重較大的固形物下沉［5］。2號、4號試管由于未加熱依然渾濁，但由于較長時(shí)間的靜置，底部顏色變深，可能由于固形物下沉所致。

果膠不溶于乙醇［1］，最后加95%乙醇這一步用于鑒定是否還含有果膠。取1號、3號試管下層清液和2號、4號試管懸濁液，加入95%乙醇，均析出絮狀固形物。由于1號試管在前面的步驟中已分離出大量固形物，所以此步中析出固形物最少，果汁也最澄清；3號試管由于沸水浴除去了較多固形物，所以此步中析出固形物較少，果汁澄清度次之；2號試管經(jīng)果膠酶處理但分離出的固形物較少，所以此步中析出固形物較多，果汁澄清度第3；4號試管未經(jīng)果膠酶和沸水浴處理，所以此步中析出固形物最多，果汁也最不澄清。

3 教學(xué)探討

實(shí)驗(yàn)之前，教師先對果膠和果膠酶的作用、性質(zhì)等進(jìn)行簡要介紹，為學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)做鋪墊。這部分內(nèi)容可以聯(lián)系必修1中酶的相關(guān)知識，在介紹果膠酶水解果膠的作用時(shí)，還可聯(lián)系“制作并觀察植物細(xì)胞有絲分裂的臨時(shí)裝片”的實(shí)驗(yàn)，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，10%鹽酸起到水解果膠的作用；選修3的植物細(xì)胞原生質(zhì)體制備中則用纖維素酶和果膠酶水解細(xì)胞壁。

在實(shí)驗(yàn)過程中，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已有知識解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。例如，沸水浴后為什么固形物會(huì)上?。坎⒂?xùn)練學(xué)生分析對照實(shí)驗(yàn)： 根據(jù)1號、3號試管和2號、4號試管的結(jié)果，可知果膠酶可水解果膠，在沸水浴后固形物析出；根據(jù)1號、2號試管和3號、4號試管的結(jié)果，可知沸水浴可使大量固形物析出。其次，讓學(xué)生關(guān)注實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，例如，對于1號試管來說，沸水浴不僅使固形物析出，還使酶失活。

在本實(shí)驗(yàn)中，由于實(shí)驗(yàn)操作的差異，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可能會(huì)存在差異。例如，不同榨汁法會(huì)影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象［4］。教師應(yīng)讓學(xué)生充分討論不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出合理的解釋。此外，《浙江省普通高中學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)意見 生物（2014版）》對本實(shí)驗(yàn)還有一條要求：得出制作果汁的最佳條件［2］。上述實(shí)驗(yàn)實(shí)際上檢測了果膠和果膠酶的性質(zhì)和作用。若要得出制作果汁的最佳條件，則要設(shè)計(jì)梯度實(shí)驗(yàn)把果膠酶置于不同條件下進(jìn)行催化反應(yīng)，探究其發(fā)揮作用的最佳條件［2］?？蓞⒖既私贪娼滩牡南鄳?yīng)實(shí)驗(yàn)，探究果膠酶的最適溫度、最適pH 和最適用量［6］。

“‘果汁中的果膠和果膠酶’實(shí)驗(yàn)探討”一文附圖