复习与测试教学设计模板

第48讲

植物有效成分的提取及生物技术在其他方面的应用

1.从生物材料中提取某些特定的成分

2.蛋白质的提取和分离

3.酶活力测定的一般原理和方法

4．酶在食品制造和洗涤等方面的应用

5.制备和应用固相化酶

植物有效成分的提取

1．植物有效成分的提取方法

提取方法

水蒸气

蒸馏

压榨

有机溶

剂萃取

2.实例

(1)玫瑰精油的提取

方法步骤

水蒸气蒸馏→分离油层→除水过滤

石灰水浸泡→漂洗→压榨、过滤、静置→再次过滤

粉碎、干燥→萃取、过滤→浓缩

适用范围

适用于提取玫瑰油、薄荷油等挥发性强的芳香油

适用于柑橘、柠檬等易焦糊原料的提取

适用范围广，要求原料的颗粒要尽可能细小，能充分浸泡在有机溶剂中

(2)橘皮精油的提取

(3)胡萝卜素的提取

1．植物有效成分提取过程中几个关键点分析

(1)用于萃取的有机溶剂必须事先精制，除去杂质，否则会影响芳香油的质量。

(2)能够利用蒸馏法提取的物质应该具有热稳定性，否则会发生植物有效成分的分解。

(3)不适于蒸馏法的植物芳香油可以用压榨法提取，但是需要原料中植物芳香油的含量较大，否则不易压榨出来。

(4)萃取温度高有利于植物有效成分溶于有机溶剂，但是温度过高会影响植物有效成分的品质，因此萃取时应严格控制温度，适当延长萃取时间。

2．增加植物有效成分提取量的关键措施

(1)蒸馏法提取植物芳香油

①提取量主要取决于植物材料中芳香油的含量。

②由于植物芳香油易挥发，因此用水蒸气蒸馏法提取植物芳香油时应选择新鲜的植物材料(干燥后植物芳香油挥发)。

(2)压榨法提取植物芳香油：植物材料中的果胶、果蜡会影响压榨和出油率，压榨前通常采用石灰水浸泡的方法除去果胶、果蜡，以提高出油率。

(3)影响胡萝卜素萃取的因素及解决措施

影响因素

萃取剂的性质

原料的颗粒大小、紧密程度

材料的含水量

萃取温度

萃取时间

胡萝卜素粗品鉴定过程中的5个易错点

(1)层析时没有选择干净的滤纸，导致实验现象不明显。为了防止操作时对滤纸的污染，应尽量避免用手直接接触滤纸，可以戴手套进行操作。

(2)点样时点样圆点太大(直径大于2 mm)，导致最终在滤纸上形成一条线，无法辨认被提取的色素。点样圆点的直径应为2 mm。

(3)将点好样的滤纸卷成筒状，卷纸时不能将滤纸两边相互接触，以避免由于毛细现象导致溶剂沿滤纸两边的移动加快，溶剂前沿不齐，影响结果。

(4)层析液没及样品原点，色素溶解于层析液中，造成实验失败。层析液不可没及样品原点，以免色素溶解于层析液中，使鉴定失败。

(5)没有设置标准样品作对照。层析液中是否提取到胡萝卜素，可通过与标准样品中的β ­胡萝卜素作对比予以确认。

1．(2015·高考全国卷Ⅱ，39)回答与胡萝卜素有关的问题：

解决措施

用水不溶性有机溶剂

粉碎

干燥

探索最佳萃取温度，严格控制温度

适当延长萃取时间

(1)胡萝卜含有的胡萝卜素中，最主要的是__________(填“α­胡萝卜素”“β­胡萝卜素”或“γ­胡萝卜素”)，该胡萝卜素在人体内可以转变成两分子________，后者缺乏会引起人在弱光下视物不清的病症，该疾病称为________，胡萝卜素是________(填“挥发性”或“非挥发性”)物质。

(2)工业生产上，用养殖的岩藻作为原料提取胡萝卜素时，________(填“需要”或“不需要”)将新鲜的岩藻干燥。

(3)现有乙醇和乙酸乙酯两种溶剂，应选用其中的________作为胡萝卜素的萃取剂，不选用另外一种的理由是

________________________________________________________________________。

解析：(1)胡萝卜含有的胡萝卜素有三类，其中最主要的是β­胡萝卜素，β­胡萝卜素在人体内可以转变成维生素A，维生素A缺乏会导致夜盲症。胡萝卜素是非挥发性物质。(2)胡萝卜素的提取一般采用萃取法，萃取前需要对材料进行干燥处理，以提高萃取的效率。(3)萃取胡萝卜素的有机溶剂应该具有很高的沸点，能够充分溶解胡萝卜素，并且不与水混溶，如乙酸乙酯。乙醇是水溶性有机溶剂，因萃取过程中能与水混溶而影响萃取效果，所以不用它作萃取剂。

答案：(1)β­胡萝卜素

维生素A

夜盲症

非挥发性

(2)需要

(3)乙酸乙酯

萃取胡萝卜素的有机溶剂应不与水混溶，而乙醇为水溶性有机溶剂

2．(2017·吉林长春联考)回答下列有关从生物材料中提取某些特定成分的问题：

(1)薄荷油和玫瑰精油的化学性质相似，因此适合选用________________法来提取。用此方法收集到的液体________(是/不是)纯的薄荷油，原因是

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。在此过程中，

影响薄荷油提取量的主要因素有________和________。

(2)从胡萝卜中提取胡萝卜素常用的方法是________法。用这种方法提取胡萝卜素的主要步骤是：粉碎、干燥、萃取、________、________。

(3)如图是某同学对萃取的胡萝卜素样品所做的鉴定实验的结果。图中实验组是________，实验得出的结论是

________________________________________________________________________。

解析：(1)薄荷油和玫瑰精油化学性质相似，都是芳香油，易挥发、难溶于水、化学性质稳定，因此可用水蒸气蒸馏法进行提取。由于薄荷油随水蒸气一起蒸馏出来，所得到的是油水混合物，不是纯的薄荷油。蒸馏温度太高、时间太短，产品品质就比较差。(2)胡萝卜素易溶于有机溶剂，可用有机溶剂进行萃取，主要步骤是：粉碎→干燥→萃取→过滤→浓缩。(3)胡萝卜素萃取后溶于有机溶剂，图中实验组是B、C，对照组是A、D。

答案：(1)水蒸气蒸馏

不是

薄荷油随水蒸气一起蒸馏出来，所得到的是油水混合物

蒸馏时间

蒸馏温度

(2)萃取

过滤

浓缩

(3)B、C

萃取样品中不含β­胡萝卜素

DNA的粗提取与鉴定

1．实验原理

(1)DNA与蛋白质在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同

项目

溶解规律

2 mol/L

NaCl溶液

溶解

NaCl溶液物质的量浓度蛋白质

从2 mol/L逐渐降低的过程中，溶解度逐渐增大

部分发生盐析沉淀

溶解

0.14 mol/L

NaCl溶液

析出

DNA (2)DNA不溶于酒精溶液，但是细胞中的某些蛋白质则溶于酒精，利用这一原理可将DNA与蛋白质进一步分离。

(3)DNA与二苯胺沸水浴加热，呈蓝色。

2．操作流程

材料的选取：选用DNA含量相对较高的生物组织

↓

破碎细胞(以鸡血为例)：鸡血细胞→加蒸馏水→用玻璃棒搅拌→用纱布过滤→收集滤液

↓

去除杂质：利用DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，通过控制NaCl溶液的浓度去除杂质

↓

DNA的析出：将处理后的溶液过滤，加入与滤液体积相等的、冷却的体积分数为95%的酒精溶液

↓

DNA的鉴定：在溶有DNA的溶液中加入二苯胺试剂，混合均匀后将试管置于沸水中加热5 min，溶液变成蓝色

DNA粗提取与鉴定中不同试剂的用途及原理比较

试剂

浓度

用途

主要原理或用途

①加到鸡血细胞液中，使血细胞吸水涨蒸馏水

(2次)

破；②加到含DNA的2 mol/L的NaCl溶液中，使NaCl溶液的物质的量浓度下降到0.14 mol/L，使DNA析出

2 mol/L 0.14 mol/L NaCl 溶液

(4次) 2 mol/L 溶解

DNA 析出

DNA 溶解滤

取的

DNA 黏稠物

DNA在NaCl溶液中的溶解度随溶液浓度的变化而改变，在0.14 mol/L的NaCl溶液中DNA的溶解度最小，而在2 mol/L NaCl溶液中溶解度较大

2 mol/L 95% (体积分数)

0.03

g/mL 鉴定时

的溶剂

除去杂质以提纯DNA 鉴定剂

抗凝剂

DNA不溶于酒精，但是细胞中的某些物质可以溶于酒精

DNA遇二苯胺(沸水浴)会变蓝色

除去血液中的钙离子，防止血液凝固

酒精

二苯胺

柠檬

酸钠

(1)提取DNA不能用哺乳动物的成熟的红细胞作实验材料，因为哺乳动物成熟的红细胞无细胞核，提取不到DNA。

(2)DNA在NaCl溶液中的溶解度随着NaCl溶液浓度的改变而改变，在物质的量浓度为0.14 mol/L的NaCl溶液中的溶解度最小。

某研究小组利用香蕉提取DNA，设计实验如下：

(1)制取香蕉研磨液。

①取一段约2 cm长的去皮香蕉，剪碎置于研磨钵中。

②加入10 mL温水、2 g食盐和1～2滴洗洁精，研磨5～10 min。

③用双层纱布过滤研磨液于烧杯中。

(2)粗提取DNA。

①向滤液中加入2 g嫩肉粉，轻摇烧杯，让嫩肉粉和滤液充分接触。

②把烧杯置于60 ℃的水浴锅中加热10 min。

③待烧杯冷却后，沿玻璃棒从烧杯壁缓缓加入2倍体积的95%的冷却酒精。

④静置5 min后，用牙签缓缓卷起上层漂浮的白色絮状物。

分析回答下列问题：

(1)制取香蕉研磨液时加入2 g食盐，目的是

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

过滤研磨液后，DNA存在于________中。

(2)有人认为，洗洁精应在粗提取DNA时使用，你认为正确吗？________。说出你的理由________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(3)粗提取DNA时加入嫩肉粉主要利用了其中的成分是________，目的是

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

把烧杯置于60 ℃的水浴锅中加热10 min，可以使________变性，提高提取DNA的纯度。

答案：(1)提高DNA的溶解度

滤液

(2)不正确

洗洁精的作用是瓦解细胞膜，利于核物质释放，而研磨的目的是破碎细胞，释放核物质

(3)蛋白酶

水解蛋白质

蛋白质

血红蛋白的提取和分离

1．蛋白质的分离方法

(1)原理：蛋白质各种特性的差异，如分子的形状和大小、所带电荷的性质和多少、溶解度、吸附性质和对其他分子的亲和力等，可以用来分离不同种类的蛋白质。

(2)分离方法：①凝胶色谱法也称做分配色谱法，是根据相对分子质量的大小分离蛋白质的有效方法。

②电泳法：电泳是指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程。常用的电泳方法有琼脂糖凝胶电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳。

2．实例——血红蛋白的提取和分离

(1)样品处理与粗分离

(2)纯化与纯度鉴定

血红蛋白提取与分离中历次

“除杂质”或“分离”的原理

(1)凝胶色谱法：相对分子质量较大的分子先流出，分子质量较小的后流出，依此可对血红蛋白进行分离和纯化。

(2)透析法：利用透析袋只允许小分子透出的原理，去除小分子杂质，透析可实现对血红蛋白的“粗分离”。

(3)电泳法：利用分离样品中各种分子带电性质的差异以及分子本身的大小、形状不同，使带电分子产生

不同的迁移速率，从而实现样品中各种分子的分离。即

带电性质差异产生不同的迁实现各种分子各种分子分子本身大小不同――→――→

移速度的分离分子本身形状不同

不清楚血红蛋白释放时蒸馏水和甲苯的作用

红细胞中依次加入蒸馏水和甲苯的作用：加入蒸馏水的目的是使红细胞吸水涨破；甲苯溶解细胞膜，从而使血红蛋白释放出来。

血红蛋白是人和其他脊椎动物红细胞的主要组成成分，负责血液中O2和部分CO2的运输。请根据血红蛋白的提取和分离过程回答以下问题：

(1)将上述实验流程补充完整：A为

________________________________________________________________________，

B为________________________。

(2)洗涤红细胞的目的是去除________；红细胞洗涤干净的标志是________________________。释放血红蛋白的过程中起作用的试剂是________________________。

(3)在B过程中加入物质的量浓度为20 mmol/L的磷酸缓冲液(pH为7.0)的目的是

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

在蛋白质分离过程中，如果红色区带

________________________________________________________________________，

说明色谱柱制作成功。

解析：A为血红蛋白的释放，B为样品的加入和洗脱。在B过程中加入物质的量浓度为20 mmol/L的磷酸缓冲液(pH为7.0)的目的是模拟生物体内的生理环境(保持体外pH和体内一致、保持蛋白质的正常结构等)。

答案：(1)血红蛋白的释放

样品的加入和洗脱

(2)杂蛋白(血浆蛋白)

离心后上清液中没有黄色

蒸馏水和甲苯

(3)模拟生物体内的生理环境(保持体外pH和体内一致、保持蛋白质的正常结构等合理答案均可)

均匀一致地移动

酶的应用

1．果胶酶在果汁生产中的应用

(1)果胶酶的组成和作用

①组成：多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。

②作用：分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层。

(2)酶的活性及其影响因素

含义：指酶催化一定化学反应的能力①酶的活性表示方法：单位时间内、单位体积中反应物



的减少量或生成物的增加量②影响酶活性的因素：温度、pH和酶的抑制剂等。

(3)探究温度和pH对果胶酶活性的影响

①实验原则：遵循单一变量原则、对照原则，严格控制变量，尽量减少无关变量的影响。

②实验原理：果胶酶的活性受温度、pH和酶抑制剂的影响，在最适温度或pH时，活性最高。果肉的出汁率、果汁的澄清度都与果胶酶的活性大小成正比。

③实验流程

制备果泥

↓

设置一系列具有梯度的pH和温度

↓

加入果胶酶反应一段时间

↓

过滤果汁

④分析：该实验的自变量是温度或pH，因变量是酶的活性，检测因变量是通过测定果汁的体积或比较澄清度来实现的。

2．加酶洗衣粉在洗涤中的作用

(1)加酶洗衣粉：指含酶制剂的洗衣粉。

(2)酶制剂的种类与洗涤原理

种类

洗涤原理

洗涤的物质种类

蛋白酶

蛋白质→小分

子肽或氨基酸

脂肪→甘油＋脂肪酸

淀粉→麦芽糖、葡萄糖

使纤维的结构变得蓬松

血渍、奶渍等

食品的油渍、人

体皮脂、口红等

来自面条等的污垢

棉纺品的表面浮毛

脂肪酶

淀粉酶

纤维素酶

3.固定化酶和固定化细胞

(1)固定化酶

①形成：将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上，使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂。

②特性：与游离酶相比较，稳定性好，与底物和产物容易分离，易于控制，能反复多次使用；便于运输和贮存，有利于自动化生产。

(2)固定化细胞：是指固定在一定空间范围内的、能够进行生命活动并且可以反复使用的活细胞，又叫做固定化活细胞或固定化增殖细胞。

(3)固定技术

①概念：利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术。

②方法[连一连]

③适用对象：一般来讲，酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化，而细胞多采用包埋法固定化，这是因为体积大的细胞难以被吸附或结合，而体积小的酶则易从包埋材料中漏出。

1．探究影响果胶酶活性的因素(温度或pH)的实验设计

各取一支，分9组分别放入30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃、65 ℃、70 ℃的恒温水浴中(或各取一支，分5组调节苹果泥和果胶酶的pH为5、6、7、8、9置于同一恒温水浴中)加热

↓

将果胶酶加入相同温度

(或pH)的苹果泥内

↓

恒温保持10 min

↓

过滤果汁，用量筒测量果汁的量，并记录

2．加酶洗衣粉的洗涤效果的探究方法

(1)判断加酶洗衣粉洗涤效果的方法：可在洗涤后比较污物的残留状况，如已消失、颜色变浅、面积缩小等。

(2)加酶洗衣粉的洗涤效果的探究方法：实验设计遵循的原则是对照原则和单一变量原则，如在探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的洗涤效果有何不同时，以洗衣粉的种类为自变量，其他条件完全一致；同时，普通洗衣粉处理污物与加酶洗衣粉处理污物形成对照。

(3)变量分析

实验

探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉的洗涤效果

探究不同种类加酶洗衣粉的洗涤效果

探究不同温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影响

3.固定化细胞制作关键

海藻酸钠溶液的配制是固定化酵母细胞的关键。若浓度高将很难形成凝胶珠；浓度过低，形成的凝胶珠中包埋的酵母细胞过少，影响实验效果。溶化海藻酸钠应小火或者间断加热，避免焦糊；溶化后应先冷却至室温再与酵母细胞混合，避免高温杀死细胞。酵母细胞固定化要在无菌的条件下进行；反复使用固定化酵母细胞时，需避免微生物的污染；在制作固定化酵母细胞之前应先使酵母细胞活化。

4．直接使用酶、固定化酶和固定化细胞的比较

项目

酶的种类

制作方法

是否需要

营养物质

催化反应

反应底物

直接使用酶

一种或几种

固定化酶

一种

化学结合法固定化、物理吸附法固定化

否

固定化细胞

一系列酶

包埋法固定化

自变量

洗衣粉种类(普通和加酶)

加酶洗衣粉中酶的种类

温度

洗涤

效果

水的用量，污物的量，实验用布的质地与大小，不同洗衣粉的用量，搅拌、洗涤时间等

因变量

无关变量

否

是

一系列

(或多种)

小分子物质

反应物不易与酶接触，尤其是大分子物质，反应效率下降

单一或多种

单一

各种物质(大、小分子) 各种物质(大、小分子) ①对环境条件非常敏不利于催化一系列的酶促反应

缺点

感，易失活；②难回收，成本高，影响产

品质量

催化效率高、耗能低、低污染

①既能与反应物接触，又能与产物分离；②可以重复利用

成本低、操作容易，能催化一系列反应

优点

1．(2015·高考海南卷，30改编)生产果汁时，用果胶酶处理果泥可提高果汁的出汁量。回答下列有关问题：

(1)某同学用三种来源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，据此计算各组果胶酶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

________________________________________________________________________ ________________________。

解析：(1)利用不同来源的果胶酶处理果泥，检测各组出汁量，据此可以比较不同来源的果胶酶的活性大小。(2)探究果胶酶的最适温度时，一般在20～70 ℃范围内，每隔5 ℃进行梯度设计。显然题中温度设置过低，温度梯度设置不均。(3)本实验的目的是检测不同量的同种果胶酶下的出汁量的差异，为保证单一变量，A～E组都应加入等量缓冲溶液。

答案：(1)比较不同来源果胶酶的活性

(2)温度范围设置不合理

温度梯度设置不合理

(3)不能

未加入缓冲液

2．(2015·高考山东卷，35改编)乳糖酶能够催化乳糖水解为葡萄糖和半乳糖，具有重要应用价值。乳糖酶的制备及固定化步骤如下：

产乳糖酶微生产乳糖酶微生乳糖酶的乳糖酶的―→―→―→

物L的筛选物L的培养提取纯化固定化(1)筛选产乳糖酶的微生物L时，宜用________作为培养基中的唯一碳源。培养基中琼脂的作用是________。从功能上讲，这种培养基属于

________________________________________________________________________。

(2)培养微生物L前，宜采用________法对接种环进行灭菌。

(3)纯化后的乳糖酶可用电泳法检测其分子量大小。在相同条件下，带电荷相同的蛋白质电泳速度越快，说明其分子量越________。

(4)乳糖酶宜采用化学结合法(共价键结合法)进行固定化，可通过检测固定化乳糖酶的________确定其应用价值。除化学结合法外，酶的固定化方法还包括________、________、离子吸附法及交联法等。

解析：(1)若要筛选产乳糖酶的微生物，需要利用以乳糖为唯一碳源的培养基，不能利用乳糖的微生物在此培养基上不能存活，从而起到筛选作用。

(2)对接种环灭菌常用的方法是灼烧灭菌。

(3)相同条件下，电泳速度与分子量有关，分子量越大，电泳速度越慢，分子量越小，电泳速度越快。

(4)固定化乳糖酶的应用价值主要与其活性有关。酶的固定化方法除化学结合法外，还包括包埋法和物理吸附法等。

答案：(1)乳糖

凝固剂

选择培养基

(2)灼烧

(3)小

(4)(酶)活性或(酶)活力

包埋法

物理吸附法(注：两空可颠倒)