Mere juice fra æbler | Rapport

Side 1

Produktion af æblejuice

Betingelser for enzymet pectinase

Side 2

Biologi – fremstilling af æblejuice

2

Indhold

Formål .................................................................................................................................................. 3 Hypotese .............................................................................................................................................. 5 Teori ..................................................................................................................................................... 3 Materialer ............................................................................................................................................ 5 Metode ................................................................................................................................................. 5 Forsøg 1 ............................................................................................................................................ 5 Forsøg 2 ............................................................................................................................................ 5 Forsøg 3 ............................................................................................................................................ 6 Resultater ............................................................................................................................................. 6 Juiceproduktion med og uden pectinase ......................................................................................... 6 Juiceproduktion med og uden opvarmning ..................................................................................... 7 Enzymkoncentrationens betydning for juiceproduktionen ............................................................. 8 Fejlkilder ............................................................................................................................................... 8 Diskussion............................................................................................................................................. 8 Konklusion ............................................................................................................................................ 9

Side 3

Biologi – fremstilling af æblejuice

3

Fremstilling af æblejuice

Formål

Formålet med denne øvelse er at belyse de betingelser, enzymet pectinase fungerer under. Vi har i øvelsen undersøgt juiceproduktionen med og uden pectinase, produktionen med og uden opvarmning ved 40 grader og enzymkoncentrationens betydning for juiceproduktionen.

Teori

Enzymer er opbygget af proteiner og katalyserer langt de fleste af vores biokemiske processer i kroppen, dvs. ”fremskynder” processen og gør den hurtigere og mindre energikrævende end den ellers ville have været.

Processen aktiveres ved at enzymet nedsætter den aktiveringsenergi, der er nødvendig for at sætte den pågældende proces i gang. Hvert enzym har sin egen proces, den katalyserer, og derfor kan man snakke om, at enzymet er substratspecifikt. Enzymet sætter sin reaktion i gang ved at nedsætte aktiveringsenergien. Når substratet er bundet bliver processen katalyseret gennem tre trin. Som det første vil enzymet danne svage bindinger til substratet for derved at skabe enzym-substratkomplekset. Det vil medføre svækkede bindinger i substratmolekylerne, hvilket gør dem mere villige til at reagere med andre molekyler. Herefter vil bindingerne ændres, så produktet P

bliver dannet. Produktet/produkterne bliver derefter frigjort fra molekylet og enzymet antager sin
rigtige form. Ligningen ser således ud: E + S <-> ES -> E + P

Denne proces sker altid i enzymets aktive område, som vil optræde i en fordybning i enzymets overflade. Her vil nogle aminosyrer pga. deres placering og polaritet eller ladning skabe bindingsstedet for substratet. Aminosyrer, bundne metalioner eller coenzymer katalyserer derefter reaktionen.

Enzymers aktivitet (reaktionshastighed) kan variere meget – fra nogle få sekunder til flere omdannelser pr. sekund. Der er fem faktorer, som påvirker reaktionshastigheden.

Disse er:

• Enzymets koncentration

• Substratets koncentration

• Temperaturen

• pH

Side 4

Biologi – fremstilling af æblejuice

4

• Tilstedeværelse af hæmmende stoffer

Jeg vil her fokusere mest på enzymets koncentration og temperaturen, da det er mest relevant for selve forsøget.

På figur 1 ses hvordan reaktions-hastigheden påvirkes af enzym-koncentrationen, og det er tydeligt at se, at reaktionshastigheden øges drastisk. Dog skal man sørge for, at der er tilstrækkeligt substrat så længe forsøget kører, men hvis dette er opfyldt vil kurven gælde.

Også temperaturen har en del at sige. Figur 2 viser sammenhængen mellem temperatur og reaktionshastigheden i forsøg, hvor de øvrige forsøgsbetingelser er de samme, fx koncentrationen af enzym og substrat.

Det er velkendt, at aktiviteten af molekyler stiger sammen med temperaturen. Dette er også tilfældet ved enzymer, hvor molekylerne bevæger sig ved større hastighed, hvilket får enzym-substratkomplekset til at dannes hurtigere.

Generelt menes der, at reaktionshastigheden fordobles for hver gang temperaturen øges

Figur 2 - reaktionshastigheden som funktion af temperaturen med 10⁰C

De fleste enzymer har dog en grænse for, hvor varmt det må blive, før enzymet denaturerer. Det betyder, at dens tredimensionelle struktur ødelægges og enzymet bliver uvirksomt. Dette begynder ofte ved temperaturer omkring 40 grader. Der er dog også nogle mikroorganismer der har varmestabile enzymer, der først denaturerer ved højere temperaturer.

Figur 1 - Her ses reaktionshastighedens afhængighed af enzymkoncentrationen

Side 5

Biologi – fremstilling af æblejuice

5

Hypotese

Min hypotese er, at der udvindes mest juice med enzymet pectinase. Jo mere pectinase der er, jo mere juice vil der udvindes, til grænsen for enzymets virke nås. Der vil udover dette udvindes mest juice når temperaturen er omkring 40⁰C.

Materialer

- Rivejern

- Skærebræt

- Filterpapir

- Enzym – pectinase

- 250 mL bægerglas

- 1 mL pipette

- Glasspatler

- 100 mL målecylinder

- Tragt

- Vandbad

Metode

Som forbehandling til øvelsen rev vi to æbler og lagde dem på et stykke filterpapir i 10 minutter, for at inhibitorerne blev ødelagt ved iltning.

Forsøg 1:

Dette forsøg handlede om juiceproduktionen med og uden enzymet pectinase.

Vi startede med at putte 20 g revne æbler i to 250 mL bægerglas. Det ene bægerglas overhældte vi med 2 mL pectinase-opløsning (1 mL pectinase og 1 mL vand) og det andet overhældte vi med 2 mL vand.

Derefter blandede vi æblemassen og satte begge bægerglas ind i varmeskabet ved 40⁰C i 15 min.

Efter de 15 minutter hældte vi æbleresterne over i hver sin tragt, placeret i en 100 mL målecylinder. Herefter aflæste juice-produktionen hvert 5. minut.

Forsøg 2:

Dette forsøg omhandlede juiceproduktionens afhængighed af opvarmning.

Side 6

Biologi – fremstilling af æblejuice

6

Igen puttede vi 20 g revne æbler ned i to bægerglas. Vi overhældte begge bægerglas med pectinaseopløsningen (1 mL pectinase og 1 mL vand), og inkuberede det ene bægerglas i varmeskabet ved 40⁰C. Det andet stod ved stuetemperatur i 15 minutter.

Derefter hældte vi æblemasserne over i hver sin tragt og aflæste hvert 5. minut.

Forsøg 3:

Dette forsøg omhandlede enzymkoncentrationens betydning for juiceproduktionen.

Vi puttede 20 g revne æbler ned i to bægerglas. Derefter overhældte vi det ene bægerglas med 2 mL ren pectinase og det andet med pectinase-opløsning, 1 mL vand og 1 mL pectinase. Så lod vi dem stå i varmeskabet ved 40⁰C i 15 min.

Da de 15 minutter var overstået, hældte vi indholdet i hvert sit bægerglas og aflæste hvert 5.

minut.

Resultater

Juiceproduktion med og uden pectinase

Figur 3 - Her ses juiceproduktionen med og uden pectinase

0

1

2

3

4 Uden pectinase

5

6

7

8

9 mL. Juice

Minutter

Juiceproduktion med og uden pectinase

Med pectinase

Side 7

Biologi – fremstilling af æblejuice

7

Figuren viser tydeligt, at juiceproduktionen med pectinase forløber meget bedre end den uden pectinase. Kurven for produktionen med pectinase når helt op på 8 mL mens den uden pectinase ikke fremskaffer juice.

Juiceproduktion med og uden opvarmning

Figur 4 - Her ses juiceproduktionen med og uden opvarmning

Denne figur viser hvilken betydning varme har for enzymernes virken, og det ses at mere juice udvindes ved højere temperaturer (8 mL) end ved lavere stuetemperatur (7 mL).

0

1

2

3

4 Med opvarmning

5

6

7

8

9 mL. Juice

Minutter

Juiceproduktion med og uden opvarmning

Uden opvarmning

Side 8

Biologi – fremstilling af æblejuice

8

Enzymkoncentrationens betydning for juiceproduktionen

Figur 5 - Denne figur viser enzymkoncentrationens betydning for juiceproduktionen.

Her ses det, at der udvindes mere juice ved de 2 mL ren pectinase end ved pectinaseopløsningen, nemlig 9,5 mL vs. 8,5 mL.

Fejlkilder

Der er mulighed for en del fejlkilder i dette forsøg, og det er heller ikke muligt at være 100 % nøjagtig i disse forsøg.

For det første har der været en usikkerhed i forbehandling af æblerne – hvis disse ikke blev iltet nok ville inhibitorerne forhindre pectinase i at fungere optimalt.

For det andet kom der ikke præcis lige meget revet æble i bægerglassene. Der var altid en lille afvigelse, som var svært at fjerne, men denne afvigelse er forsvindende lille.

For det tredje -> der vil næsten altid være måleusikkerheder, bl.a. også i opmålingen af pectinase og vand, samt tiden de skulle stå i.

Diskussion

Mine opnåede resultater stemmer godt overens med min hypotese; nemlig at der fremstilles mest juice med enzymet pectinase og omkring 40⁰C. 7

Det er meget tydeligt at se, at enzymer fungerer som biologisk katalysator i juiceproduktionen, og sørger for at processen sker hurtigere og mindre energikrævende. Dette ses tydeligt på figur 3, hvor der er undersøgt juicemængden med og uden enzymet pectinase. Der er slet ikke fremstillet juice uden enzymet, og æblemassen var stort set tørret ind da vi tog den ud af ovnen; desuden var

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 mL. Juice

Minutter

Enzymkoncentrationens betydning for juiceproduktion

Med 2 mL pectinase

Med 1 mL vand og 1 mL pectinase

Side 9

Biologi – fremstilling af æblejuice

9 der heller ingen enzymer til at sætte gang i processen. Til gengæld kom der 8 mL juice ud ved brug af enzymet, som derved viser, at der er brug for denne katalysator til at starte processen.

I forsøg 2 (figur 4) undersøges enzymernes temperaturafhængighed, og der ses på figuren at der udvindes mere juice ved 40⁰C end ved stuetemperatur. Det betyder, at enzymet sagtens kan fungere i stuetemperatur, men at den er lang mere effektiv ved 40⁰C. Denne effektivisering kommer hovedsaligt af molekylernes større hastighed, hvorved enzym-substratkomplekset dannes hurtigere og reaktionshastigheden stiger.

Temperaturen er dog ikke den eneste faktor, der påvirker enzymernes aktivitet: enzymkoncentrationen har også en del at sige. I det tredje forsøg undersøgte vi forskellen mellem at tilsætte 2 mL ren pectinase og en pectinaseopløsning. Udbyttet var større ved tilsætningen af de 2 mL pectinase, hvilket viser at en højere enzymkoncentration er lig med større reaktionshastighed og dermed større juiceproduktion.

Pektinstof (også bare kaldet pektin) er et strukturgivende polysakkarid, der forekommer i mange frugter og grønsager, hvor det styker cellevæggene. Disse cellevægge skal nedbrydes før saften kan frigøres fra cellerne, og derfor tilsætter man enzymet pectinase, som kan opløse pektin, så saften lettere flyder fra cellerne.

Det er lige præcis dette vi har gjort i vores forsøg – tilsat pectinase, så pektin blev nedbrudt. I det første forsøg (figur 3) ses igen også funktionen af dette, da cellevæggene stadig er hele, og derfor ikke kan give saft.

Opdagelsen af enzymers effektive virkning på fx juiceproduktion har betydet at en langt større mængde juice kan produceres til lavere pris. Med enzymerne blev det jo muligt at lave juice uden at opvarme den til mere end 40⁰C, hvor den før skulle opvarmes for at ødelægge cellevæggene.

Brugen af enzymer er billigere end denne konstante opvarmning.

Konklusion

Jeg kan hermed konkludere, hypotesen og formålet er opfyldt. Enzymet pectinase fungerer bedst ved en temperatur omkring ca. 40⁰C, fordi molekylerne bevæger sig hurtigere og derved skaber enzym-substratkomplekset hurtigere end normalt. Samtidig har vi bevist at der er en sammenhæng mellem enzymkoncentrationen og reaktionshastigheden, idet hastigheden øges sammen med en stigende enzymkoncentration.

Meget flot rapport, hvor du kobler teori og øvelse god sammen.

Karakter: 12