果題--探討加酶洗衣粉的洗滌效果

1、課題2 探討加酶洗衣粉的洗滌效果 課題背景 當(dāng)你自己動(dòng)手洗衣服的時(shí)候，會(huì)發(fā)現(xiàn)有油漬、汗?jié)n或血漬的衣服很難徹底洗干凈，你是如何解決這個(gè)問(wèn)題的?你是否嘗試過(guò)加酶洗衣粉?與普通洗衣粉相比，加酶洗衣粉能更有效地清除頑漬。在本課題中，我們將了解加酶洗衣粉的作用，探討加酶洗衣粉使用的最適條件。 查閱資料，看看普通洗衣粉中包含 哪些化學(xué)成分? 加酶洗衣粉是指含有酶制劑的洗衣粉，目前常用的酶制劑有四類：蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纖維素酶。其中，應(yīng)用最廣泛、效果最明顯的是堿性蛋白酶和堿性脂肪酶。堿性蛋白酶能將血漬、奶漬等含有的大分子蛋白質(zhì)水解成可溶性的氨基酸或小分子的肽，使污跡容易從衣物上脫落。這是普通洗衣粉難以

2、做到的。同樣的道理，脂肪酶、淀粉酶和纖維素酶也能分別將大分子的脂肪、淀粉和纖維素水解為小分子物質(zhì)，使洗衣粉具有更好的去污能力。 問(wèn)度、酸堿度和表面活性劑都會(huì)影響酶的活性。如果將酶直接添加到洗衣粉中，過(guò)不了多久，酶就會(huì)失活。為了解決這個(gè)難題，科學(xué)家通過(guò)基因工程生產(chǎn)出了能夠耐酸、耐堿、忍受表面活性劑和較高溫度的酶，并且通過(guò)特殊的化學(xué)物質(zhì)將酶層層包裹，與洗衣粉的其他成分隔離。這些隔離層遇到水后，就會(huì)很快溶解，包裹在其中的酶就能迅速發(fā)揮催化作用了。 在本課題中，我們主要探究有關(guān)加酶洗衣粉的三個(gè)問(wèn)題：一是普通洗衣粉和加酶洗衣粉對(duì)衣物污漬的洗滌效果有什么不同；二是在什么樣的溫度下使用加酶洗衣粉效果最好；三

3、是添加不同種類的酶的洗衣粉，其洗滌效果有哪些區(qū)別。下面提供了三個(gè)相關(guān)資料，請(qǐng)你思考有關(guān)問(wèn)題，針對(duì)要探究的三個(gè)方面寫出具體的設(shè)計(jì)方案。 ， 資料一如何有效地控制變量 在本課題中，控制變量的思路與課題l類似，只是研究的具體問(wèn)題發(fā)生了變化。你能借鑒課題l的方法，分析本課題的研究思路嗎? 下面是兩位同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，請(qǐng)你分析這兩個(gè)方案，思考相關(guān)問(wèn)題。 A同學(xué)的方案：實(shí)驗(yàn)中使用大燒杯和固定的水量，洗滌材料使用固定大小的新布，洗滌過(guò)程通過(guò)玻棒攪拌來(lái)實(shí)現(xiàn)(圖4-4)，洗衣粉的用量可以通過(guò)天平稱量來(lái)控制，污漬的污染程度要保持一致，這可以通過(guò)滴加在布料上的污染物的量來(lái)控制。 B同學(xué)認(rèn)為洗衣粉的洗滌效果是顯而易

4、見的事情。平時(shí)用洗衣機(jī)洗衣服，如果加普通洗衣粉，衣領(lǐng)部分的污漬總會(huì)有些殘留，如果使用加酶洗衣粉，就能完全洗干凈，這就已經(jīng)說(shuō)明加酶洗衣粉的洗滌效果更好，A同學(xué)的方案是將簡(jiǎn)單問(wèn)題復(fù)雜化了。請(qǐng)結(jié)合兩位同學(xué)的方案，思考下面的問(wèn)題。 1你同意B同學(xué)的觀點(diǎn)嗎?請(qǐng)說(shuō)明你的理由。 2你認(rèn)為他們的方案是否存在問(wèn)題?如果有問(wèn)題，有 哪些問(wèn)題?你能提出一個(gè)更好的方案嗎? 3你能就此例談一談科學(xué)實(shí)驗(yàn)與日常生活經(jīng)驗(yàn)的聯(lián)系與區(qū)別嗎? 資料二考慮實(shí)際生活中的具體情況 本課題不僅要用科學(xué)探究的方法研究日常生活中的問(wèn)題，還需要將研究的結(jié)果應(yīng)用到實(shí)際生活中去。因此，在 探究的過(guò)程中，不僅要從理論層面去思考問(wèn)題，還要充分考慮是常生

5、活中的具體情況。某同學(xué)深究溫度對(duì)加跨洗衣粉洗滌效果的影響，選擇了10、20、30、40、50、60和70的溫度梯度。請(qǐng)你分析這個(gè)方案是否完善、妥當(dāng)，并提出改進(jìn)建議。 資料三】不同種類的加酶洗衣粉的洗滌效果 下表是某位同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)表格，用來(lái)探究不同種類的加酶洗衣粉的洗滌效果。你同意他的設(shè)計(jì)方案嗎?需要作怎樣的改進(jìn)?請(qǐng)拿出你的實(shí)驗(yàn)方案。 評(píng)判實(shí)驗(yàn)結(jié)果必須有一個(gè)客觀標(biāo) 準(zhǔn)。在本課題中，你打算使用什么 方法和標(biāo)準(zhǔn)判斷洗滌效果?請(qǐng)仔細(xì) 考慮后確定一個(gè)方案。污染物 蛋白酶洗衣粉 復(fù)合酶洗衣粉 普通洗衣粉油漬汗?jié)n血漬常見的去污產(chǎn)品 請(qǐng)將你的結(jié)果寫成研究報(bào)告，說(shuō)明： 1加酶洗衣粉與普通洗衣粉洗滌效果的比較分

6、析； 2使用加酶洗衣粉的最適條件； 3各種不同品牌的加酶洗衣粉對(duì)油漬、汗?jié)n和血漬等的洗滌效果。 1 1衣服的袖口和領(lǐng)口往往有較多污漬，用一般的洗衣粉很難清洗，但“衣領(lǐng)凈”卻能有效地去除這些頑漬。請(qǐng)你分析其中的原因。 2超市中有不少針對(duì)廚房油垢、馬桶污垢、地面污跡的去污產(chǎn)品，它們是否含有酶?你能根據(jù)這些產(chǎn)品的去污原理，將它們進(jìn)行分類嗎?使用這些產(chǎn)品會(huì)造成環(huán)境污染嗎? 練 習(xí) 1請(qǐng)比較普通洗衣粉和加酶洗衣粉去污原理的異同。 2有位同學(xué)打算用絲綢作為實(shí)驗(yàn)材料，探討含有蛋白酶的洗衣粉的洗滌效果，你認(rèn)為他這樣做塑專題4酶的研究與應(yīng)用 合適嗎?為什么? 3請(qǐng)為加酶洗衣粉設(shè)計(jì)一份既科學(xué)而又吸弓人的廣告。酵母

7、細(xì)胞的固定化 如今，酶已經(jīng)大規(guī)模地應(yīng)用于食品、化工、輕紡、醫(yī)藥等各個(gè)領(lǐng)域。在應(yīng)用酶的過(guò)程中，人們發(fā)現(xiàn)了一些實(shí)際問(wèn)題：酶通常對(duì)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫和有機(jī)溶劑等條件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很難回收，不能被再次利用，提高了生產(chǎn)成本；反應(yīng)后酶會(huì)混在產(chǎn)物中，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量。 于是，有人設(shè)想，將酶固定在不溶于水的載體上，使酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離，同時(shí)，固定在載體上的酶還可以被反復(fù)利用。現(xiàn)代的固定化酶技術(shù)已完全實(shí)現(xiàn)了這一設(shè)想。高果糖漿的生產(chǎn)就是固定化酶技術(shù)成功地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)例。 酶是由細(xì)胞合成的，于是，又有人設(shè)想，能否將合成酶的細(xì)胞直接固定?自20世紀(jì)70年代，在固定化酶技術(shù)的基礎(chǔ)上，

8、又發(fā)展出了細(xì)胞固定化技術(shù)。與固定化酶技術(shù)相比，固定化細(xì)胞制備的成本更低，操作更容易。在本課題中，我們將動(dòng)手制備固定化酵母細(xì)胞，體會(huì)固定化酶的作用。 (一)固定化酶的應(yīng)用實(shí)例 我們以高果糖漿的生產(chǎn)為例來(lái)了解固定化酶技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用。高果糖漿的生產(chǎn)需要使用葡萄糖異構(gòu)酶，它能將葡萄糖轉(zhuǎn)化成果糖。這種酶的穩(wěn)定性好，可以持續(xù)發(fā)揮作用。但是，酶溶解于葡萄糖溶液后，就無(wú)法從糖漿中回收，造成很大的浪費(fèi)。 使用固定化酶技術(shù)，將這種酶固定在一種顆粒狀的載體上，再將這些酶顆粒裝到一個(gè)反應(yīng)柱內(nèi)，柱子底端裝上分布著許小孔的篩板。酶顆粒無(wú)法通過(guò)篩板上的小孔，而反應(yīng)溶液卻可以自由出入。生產(chǎn)過(guò)程中，將葡萄糖溶液從反應(yīng)柱

9、的上端注入，使葡萄糖溶液流過(guò)反應(yīng)柱，與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸，轉(zhuǎn)化成果糖，從反應(yīng)柱的下端流出。反應(yīng)柱能連續(xù)使用半年，大大降低了生產(chǎn)成本，提高了果糖的產(chǎn)量和質(zhì)量。目前，用固定化葡萄糖異構(gòu)酶生；產(chǎn)高果糖漿的規(guī)模已經(jīng)超過(guò)了每年1000萬(wàn)噸。 (2) _ (1)將酶包埋在細(xì)微網(wǎng)格里； (2)將酶相互連接起來(lái)； (3)將酶吸附在載體表面上。圖4-6酶的幾種固定方式示意圖圖4-7化學(xué)試劑海藻酸鈉 (二)固定化細(xì)胞技術(shù) 固定化酶和固定化細(xì)胞是利用物理或化學(xué)方法將酶或細(xì)胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)，包括包埋法、化學(xué)結(jié)合法(將酶分子或細(xì)胞相互結(jié)合，或?qū)⑵浣Y(jié)合到載體上)和物理吸附法。一般來(lái)說(shuō)，酶更適合采用化學(xué)結(jié)合和物

10、理吸附法固定化，而細(xì)胞多采用包埋法固定化。這是因?yàn)榧?xì)胞個(gè)大，而酶分子很?。粋€(gè)大的細(xì)胞難以被吸附或結(jié)合，而個(gè)小的酶容易從包埋材料中漏出。 從操作角度來(lái)考慮，你認(rèn)為哪一種方法更容易?哪一種方法對(duì)酶活性的影響更小?固定化細(xì)胞固定的是一種酶還是一系列酶?如果想將微生物的發(fā)酵過(guò)程變成連續(xù)的酶反應(yīng)，應(yīng)該選擇哪種方法?如果反應(yīng)物是大分子物質(zhì)，又應(yīng)該采用哪種方法? 本課題使用的是包埋法固定化細(xì)胞，即將微生物細(xì)胞均勻地包埋在不溶于水的多孔性載體中。常用的載體有明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等。本實(shí)驗(yàn)選用海藻酸鈉作載體包埋酵母細(xì)胞(圖47)。 (一)制備固定化酵母細(xì)胞 1酵母細(xì)胞的活化 稱取l 9

11、干酵母(圖4-8)，放入50 mL的小燒杯中，加入蒸餾水lo mL，用玻璃棒攪拌，使酵母細(xì)胞混合均勻，成糊狀，放置1 h左右，使其活化(圖4-9)。 2配制物質(zhì)的量濃度為005 molL的CaCl，溶液 稱取無(wú)水CaCl20839，放入200 mL的燒杯中，加入150 mL蒸餾水，使其充分溶解，待用。圖48袋裝干酵母 圖4-9活化的干酵母霹* 3配制海藻酸鈉溶液 稱取079海藻酸鈉，放入50 m14,燒杯中，加入lo mL水，用酒精燈加熱，邊加熱邊攪拌(圖4一l0)，將海藻酸鈉調(diào)成糊狀，直至完全溶化，用蒸餾水定容至10 mL。注意，加熱時(shí)要用小火，或者間斷加熱，反復(fù)幾次，直到海藻酸鈉溶化為止。

12、 4海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合 將溶化好的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫，加入已活化的酵母細(xì)胞，進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，使其混合均?圖411)，再轉(zhuǎn)移至注射器中。 5固定化酵母細(xì)胞 以恒定的速度緩慢地將注射器中的溶液滴加到配制好的CaCl，溶液中，觀察液滴在CaCl：溶液中形成凝膠珠的情形(圖412)。將這些凝膠珠在CaCl2溶液中浸泡30 min左右。如果沒有注射器，可以在小塑料瓶上安裝一個(gè)孔徑為2 mm的噴嘴來(lái)使用。 (二)用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵 1將固定好的酵母細(xì)胞(凝膠珠)用蒸餾水沖洗23次。 2將l50 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10的葡萄糖溶液轉(zhuǎn)移到200 mL的錐形瓶中，再加入固定好的酵母細(xì)胞，置于25下發(fā)酵24 h(圖413)。? 海藻酸鈉在水中溶解的速度較慢，需要通過(guò)加熱促進(jìn)其溶解。溶解海藻酸鈉，最好采用小火間斷加熱的方法。例如，加熱幾分鐘后，從石棉網(wǎng)上取下燒杯冷卻片刻，