Produktion af æblejuice
Betingelser for enzymet pectinase
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
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
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
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
Figur 2 - reaktionshastigheden som funktion af temperaturen
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.
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
5
6
7
8
9
mL. Juice
Minutter
Juiceproduktion
med og uden pectinase
Uden pectinase
Med pectinase
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
5
6
7
8
9
mL. Juice
Minutter
Juiceproduktion med og uden
opvarmning
Med opvarmning
Uden opvarmning
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
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