利用初榨草莓汁探究pH对果胶酶活性的影响

苏玮

摘 要 利用粗榨草莓汁探究pH对果胶酶活性的影响，“尝试利用酶活力测定的一般原理和方法”，获得制作果汁最佳条件的相关信息，有效达成课程标准和教材实验目的，同时有效培养学生的生物科学素养。利用草莓汁与果胶酶在45℃条件下反应5 min，沸水浴2 min后测量果汁的出汁率和澄清度，结果表明果胶酶的最适pH在4左右。

关键词 酶活性 果胶酶 出汁率 澄清度 最适pH

中图分类号 Q-331 文献标志码 B

1 问题提出

《高中生物课程标准（实验）》对生物学选修一“生物技术与实践”实验4“果汁中的果胶与果胶酶”一节的具体内容标准界定为“尝试利用酶活力测定的一般原理和方法”。教材的实验目的则为“探究制作果汁的最佳条件”和“检测果胶酶的活性”，二者具有细微差别。果胶酶活性的最适条件并不等于果汁制作的最佳条件，但可以通过探究果胶酶活性的最适条件为寻找制作果汁的最佳条件提供重要参考。“影响酶作用的因素”是生物学重要核心基础知识，因此，笔者设计本实验探究影响果胶酶作用的因素，既帮助学生理解酶相关的重要概念，又“尝试利用酶活力测定的一般原理和方法”，同时使学生获得果汁制作最佳条件的相关信息。

本实验是对必修一和选修一相关内容的有机结合，同时将教材中的定性实验改为定量实验。学生的生物科学素养在本实验的学习过程中能够得到有效培养和提升。

2 材料和方法

2.1 实验材料

新鲜草莓、1 MHCl、1 MNaOH、果胶酶、压汁机、恒温水浴锅、三角尺、分光光度计。

2.2 方法

2.2.1 草莓汁与果胶酶溶液的制备

草莓汁：新鲜草莓压汁后各取60 mL，分别用HCl或NaOH调节pH为1、2、3……7，加水定容至80 mL备用。

果胶酶：称取果胶酶2 g溶解于100 mL蒸馏水中，配制成质量分数为2%的果胶酶溶液，备用。

2.2.2 酶促反应

取7支试管，分别加入pH为1～7的草莓汁各4 mL，再加入2%的果胶酶溶液各1 mL。另取7支试管，分别加入pH为1～7的草莓汁各4 mL，再加入蒸馏水1 mL作为对照。将所有试管放入45℃水浴锅反应5 min，期间注意震荡使酶与底物充分混匀。反应结束后转移至沸水浴中2 min，静置，取出观察实验现象。

2.2.3 出汁率的测定

用三角尺分别量出每支试管中下层清液与总液体的高度，计算比值，得出汁率。对相同pH的两支试管，实验组出汁率减去对照组出汁率，即代表该pH下酶的活性。

2.2.4 澄清度的测定

分别取每支试管下层清液加入比色杯中，加入等体积蒸馏水稀释后测量660 nm处的透光率。对相同pH的两支试管，实验组透光率减去对照组透光率，即代表该pH时酶的活性。

3 结果

3.1 酶促反应结果观察

由混合溶液pH的计算可知，在草莓汁pH为1～7范围内，不调节果胶酶溶液pH对本实验结果带来的影响可忽略不计。沸水浴前各试管中的液体较浑浊，肉眼观察无显著差异。沸水浴后试管中溶液出现明显分层，下层为清液，上层为絮状物。随着pH增加，实验组和对照组出汁率和澄清度差异均为先增大后减小。由于实验所使用的试管口径大小不一，肉眼观察误差较大，因此必须进行数据采集的定量实验。

3.2 出汁率测定结果

将反应后的试管从沸水浴中取出后不要摇晃，立即用直尺分别测量各试管中下层清液和总液体的高度，记入表格中，计算出汁率并作图（图1）。据图可得，果胶酶的最适pH在4左右。

3.3 澄清度测定结果

测定完出汁率后，用长滴管或微量移液器从试管底部吸取一定体积的下清液加入比色杯中，稀释2倍后，于660 nm处测定不同草莓汁的透光率并计算、作图（图2）。据图可得，果胶酶最适pH在4左右。

4 讨论

4.1 实验材料的选择

在查阅文献的基础上，笔者选择了苹果、草莓、橙子、香蕉、哈密瓜、菠萝等材料进行了pH对果胶酶活性影响的实验。从肉眼观察的结果来看，苹果澄清度差异显著，而出汁率差异不显著；橙子出汁率差异显著，而由于人眼对黄色分辨力较弱，澄清度差异不显著；草莓澄清度和出汁率差异均较显著；其余水果表现欠佳。由于草莓价格偏高，季节性也很明显，建议在其他季节实施本实验时，可选择苹果或橙子进行检测。

4.2 pH的调节

本实验所用的实验材料——草莓汁为生物材料，生物材料本身就是良好的缓冲体系，必须用酸或碱直接调节pH，所选酸碱种类取决于pH的设定。本实验pH初步设定为1～14，可用盐酸和氢氧化钠调节；若要探究更精细的pH范围（如3.5～5.5），可用柠檬酸和酒石酸钾等弱酸和弱碱调节。调节过程中需注意，因为生物材料缓冲H+或OH-需要时间，因此加入酸碱搅拌后必须测定到pH不再变化才算调节成功。

本实验中果胶酶的pH是否需要调节，必须通过对混合溶液pH的计算以及误差分析才能确定。计算结果表明pH为1～8时不调节酶pH带来的误差可忽略不计，pH>9时必须调节酶的pH。然而预实验发现，pH>9时草莓汁特别黏稠不易吸取；另外由于草莓的花色苷是良好的酸碱指示剂，碱性条件下变蓝，反应后测定澄清度时选择的发射光波长必需改变。考虑到果胶酶的最适pH为3～5，为了提高实验教学的有效性和针对性，将pH的范围设定在1～8或1～7即可，此时酶的pH可不用调节。

4.3 实验条件的确定

考虑到实验课时紧张，本实验反应条件确定为45℃下反应5 min。若时间允许，延长反应时间效果会更好。另外，笔者使用的果胶酶酶活力为30 u/mg，有条件的学校可以从专业试剂公司（如诺维信）购买酶活力500 u/mg的果胶酶进行实验，效果将更好。

由于本校水浴锅数量有限，无法探究温度对果胶酶活性的影响，有条件的学校同样可以采用本实验的设计思路和解决方法进行探究。

4.4 关于出汁率的测量方法

出汁率的专业测定方法是离心过滤后称重计算，但课堂教学时间有限，笔者采用直尺测量液体高度计算出汁率。在教学中，有学生提出可以用纱布过滤，使用药杵挤压纱布，从而加快过滤时间，保留固形物称重，计算差值得出出汁率。实践表明，这种办法也是可行的。

参考文献：

[1] 王鸿飞等.果胶酶对草莓果汁澄清效果的研究[J].农业工程学报.2003.19（3）：161-164.

[2] 杨辉等.果胶酶提高苹果出汁率工艺条件的优化[J].食品科技.2006.5：76-78.