利用初榨草莓汁探究pH對果膠酶活性的影響

蘇瑋

摘 要 利用粗榨草莓汁探究pH對果膠酶活性的影響，“嘗試利用酶活力測定的一般原理和方法”，獲得制作果汁最佳條件的相關信息，有效達成課程標準和教材實驗目的，同時有效培養學生的生物科學素養。利用草莓汁與果膠酶在45℃條件下反應5 min，沸水浴2 min后測量果汁的出汁率和澄清度，結果表明果膠酶的最適pH在4左右。

關鍵詞 酶活性 果膠酶 出汁率 澄清度 最適pH

中圖分類號 Q-331 文獻標志碼 B

1 問題提出

《高中生物課程標準（實驗）》對生物學選修一“生物技術與實踐”實驗4“果汁中的果膠與果膠酶”一節的具體內容標準界定為“嘗試利用酶活力測定的一般原理和方法”。教材的實驗目的則為“探究制作果汁的最佳條件”和“檢測果膠酶的活性”，二者具有細微差別。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。“影響酶作用的因素”是生物學重要核心基礎知識，因此，筆者設計本實驗探究影響果膠酶作用的因素，既幫助學生理解酶相關的重要概念，又“嘗試利用酶活力測定的一般原理和方法”，同時使學生獲得果汁制作最佳條件的相關信息。

本實驗是對必修一和選修一相關內容的有機結合，同時將教材中的定性實驗改為定量實驗。學生的生物科學素養在本實驗的學習過程中能夠得到有效培養和提升。

2 材料和方法

2.1 實驗材料

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

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調節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，配制成質量分數為2%的果膠酶溶液，備用。

2.2.2 酶促反應

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作為對照。將所有試管放入45℃水浴鍋反應5 min，期間注意震蕩使酶與底物充分混勻。反應結束后轉移至沸水浴中2 min，靜置，取出觀察實驗現象。

2.2.3 出汁率的測定

用三角尺分別量出每支試管中下層清液與總液體的高度，計算比值，得出汁率。對相同pH的兩支試管，實驗組出汁率減去對照組出汁率，即代表該pH下酶的活性。

2.2.4 澄清度的測定

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量660 nm處的透光率。對相同pH的兩支試管，實驗組透光率減去對照組透光率，即代表該pH時酶的活性。

3 結果

3.1 酶促反應結果觀察

由混合溶液pH的計算可知，在草莓汁pH為1～7范圍內，不調節果膠酶溶液pH對本實驗結果帶來的影響可忽略不計。沸水浴前各試管中的液體較渾濁，肉眼觀察無顯著差異。沸水浴后試管中溶液出現明顯分層，下層為清液，上層為絮狀物。隨著pH增加，實驗組和對照組出汁率和澄清度差異均為先增大后減小。由于實驗所使用的試管口徑大小不一，肉眼觀察誤差較大，因此必須進行數據采集的定量實驗。

3.2 出汁率測定結果

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

3.3 澄清度測定結果

測定完出汁率后，用長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處測定不同草莓汁的透光率并計算、作圖（圖2）。據圖可得，果膠酶最適pH在4左右。

4 討論

4.1 實驗材料的選擇

在查閱文獻的基礎上，筆者選擇了蘋果、草莓、橙子、香蕉、哈密瓜、菠蘿等材料進行了pH對果膠酶活性影響的實驗。從肉眼觀察的結果來看，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；其余水果表現欠佳。由于草莓價格偏高，季節性也很明顯，建議在其他季節實施本實驗時，可選擇蘋果或橙子進行檢測。

4.2 pH的調節

本實驗所用的實驗材料——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節pH，所選酸堿種類取決于pH的設定。本實驗pH初步設定為1～14，可用鹽酸和氫氧化鈉調節；若要探究更精細的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節。調節過程中需注意，因為生物材料緩沖H+或OH-需要時間，因此加入酸堿攪拌后必須測定到pH不再變化才算調節成功。

本實驗中果膠酶的pH是否需要調節，必須通過對混合溶液pH的計算以及誤差分析才能確定。計算結果表明pH為1～8時不調節酶pH帶來的誤差可忽略不計，pH>9時必須調節酶的pH。然而預實驗發現，pH>9時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，反應后測定澄清度時選擇的發射光波長必需改變。考慮到果膠酶的最適pH為3～5，為了提高實驗教學的有效性和針對性，將pH的范圍設定在1～8或1～7即可，此時酶的pH可不用調節。

4.3 實驗條件的確定

考慮到實驗課時緊張，本實驗反應條件確定為45℃下反應5 min。若時間允許，延長反應時間效果會更好。另外，筆者使用的果膠酶酶活力為30 u/mg，有條件的學校可以從專業試劑公司（如諾維信）購買酶活力500 u/mg的果膠酶進行實驗，效果將更好。

由于本校水浴鍋數量有限，無法探究溫度對果膠酶活性的影響，有條件的學校同樣可以采用本實驗的設計思路和解決方法進行探究。

4.4 關于出汁率的測量方法

出汁率的專業測定方法是離心過濾后稱重計算，但課堂教學時間有限，筆者采用直尺測量液體高度計算出汁率。在教學中，有學生提出可以用紗布過濾，使用藥杵擠壓紗布，從而加快過濾時間，保留固形物稱重，計算差值得出出汁率。實踐表明，這種辦法也是可行的。

參考文獻：

[1] 王鴻飛等.果膠酶對草莓果汁澄清效果的研究[J].農業工程學報.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化[J].食品科技.2006.5：76-78.