蔬果蛋白酶消化能力大比拼

科普中国网 2017-02-17

  香港特别行政区圣保罗男女中学附属小学 林子健

  指导教师 温芷羚

  来源:全国青少年科技创新大赛获奖作品展播

  第一次接触到“酶”是源于暑假时的一次下厨经验,我爱吃菠萝和果冻,因此想用新鲜菠萝制作果冻,但经过多次尝试都没有成功,爸爸告诉我原因在于新鲜菠萝含有酶。为了弄清楚什么是“酶”和它如何影响果冻的制作,我到图书馆借阅相关书籍并在互联网上做资料搜集,认识到酶是一种生化物质,有加快化学反应和分解物质的能力,如蛋白酶能消化蛋白质;酶有几千种,人和动物的身体会制造酶,植物如蔬菜及水果亦含有不同的酶;果冻主要成分是明胶/胶原蛋白,而鲜菠萝含有分解蛋白的蛋白酶。为了让大家也认识到什么是“酶”以及酶这一生化物质的消化能力,我设计了一个简单的实验,只需利用果冻、几种蔬果汁和1枚硬币便可以形象地展示“酶”的消化能力,亦以比拼方式证明不同蔬果(洋葱、奇异果、木瓜和菠萝)含有不同的蛋白酶且其蛋白酶消化蛋白质的能力并不一样。

  实验材料

  无色果冻(明胶)粉、蛋白酶蔬果汁(洋葱汁、奇异果汁、木瓜汁、菠萝汁)、针筒、小塑胶药瓶、开孔的药瓶胶盖(孔的大小和5元硬币(港币)直径相同)和5元硬币(港币)。

  实验方法

  组合盛有果冻的小塑胶药瓶和已开孔的药瓶胶盖,把一种蛋白酶(即蔬果汁)注满针筒,再把3毫升的蔬果汁从针筒透过已开孔的盖滴进盛有果冻的小塑胶药瓶;把一枚5元硬币从开孔的盖放进药瓶里的果冻上,并记录硬币下降的距离和时间。每种蔬果汁重复以上步骤3遍。

  以不同的蔬果汁进行上述实验,便可比较使用不同蛋白酶的实验结果。

  实验原理

  一种蛋白酶的活性越强,便可以越快把承托着硬币的果冻胶原蛋白“吃掉”,即硬币在哪种蔬果汁中移动(下沉)的距离越大或越快,哪种蔬果的蛋白酶消化能力就更强。因此,这个实验的结果可以用来比较不同蔬果蛋白酶的相对强度。

  实验结果

  (1)硬币在每个实验中都被果冻“吃掉”,即洋葱、奇异果、木瓜和菠萝都含有蛋白酶;实验结果亦说明了木瓜和菠萝等含有蛋白酶的蔬果为何会被广泛用于食品加工(如松肉粉)和化妆品生产(如软肤膏)等用途。

  (2)果冻“吃”硬币的过程随蔬果汁改变。这说明本实验使用的蔬果含有不同的蛋白酶(根据我搜集的资料,奇异果、木瓜和菠萝的蛋白酶有专用名称,但洋葱没有);从综合数据图的趋势线走向可以判断,每种蛋白酶的活性都不一样,其中奇异果的蛋白酶消化果冻胶原蛋白的能力相对较强(图1,图2)。

  

  (3)果冻吃硬币实验的准确性。我的实验结果(图3)跟记载于科学文献中使用专业测量仪器或特殊化学制剂得出的实验结果(图4)相近。

  图4 科学文献中的实验结果(Papain是木瓜蛋白酶,Bromelain是菠萝蛋白酶,Pancreatin是胰蛋白酶)

  创新点

  目前小学和初中阶段的相关实验都是定性的(如只能证明蛋白酶的存在),而高中和大学阶段的相关实验都是需用特殊测量仪器或化学制剂进行操作的。而我设计的这个实验只利用了一枚硬币、果冻和几种蔬果汁,便量化及形象地展示了“酶”的消化能力。

本文由中华医学会主任、研究员唐芹进行科学性把关

责任编辑:zhengmh

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