第一篇：果膠酶在果汁生產(chǎn)中的應(yīng)用教學(xué)設(shè)計

果膠酶在果汁生產(chǎn)中的應(yīng)用教學(xué)設(shè)計

昌邑市文山中學(xué) 王成偉 2010年7月27日 17:21

一、課題目標

簡述果膠酶的作用；檢測果膠酶的活性；探究溫度和pH對果膠酶活性的影響以及果膠酶的最適用量；搜集有關(guān)果膠酶應(yīng)用的資料。

二、課題重點與難點

課題重點：溫度和pH對果膠酶活性的影響。課題難點：果膠酶的最適用量。

三、課題背景分析

隨著生活水平的提高，水果幾乎成為人們生活中的必需品，果汁飲料也深受人們的喜愛。將水果制成果汁，不僅有利于解決水果豐收季節(jié)的產(chǎn)、銷、運輸和保存等多方面的問題，而且提高了水果的附加值，滿足了人們不同層次的需要。課題背景從與社會的聯(lián)系、與學(xué)生生活的聯(lián)系入手，引入課題研究。教師在教學(xué)過程中，可以以本地某種水果的生產(chǎn)、貯存、加工和運輸為素材，讓學(xué)生做一個簡單的估算，從而認識到果汁加工的經(jīng)濟效益。例如，可以讓學(xué)生計算生產(chǎn)一升蘋果汁大約需要多少斤蘋果，蘋果與蘋果汁的價格相差多少；等等。此外，教師還可以聯(lián)系學(xué)生已有的關(guān)于酶的知識，引導(dǎo)學(xué)生認識果膠酶的特性及其作用。

四、基礎(chǔ)知識分析與教學(xué)建議 知識要點：1.果膠酶的作用；2.酶的活性的定義；3.影響酶活性的因素；4.果膠酶的用量。

教學(xué)建議：關(guān)于果膠酶作用的教學(xué)，教師可以先展示圖4-1，介紹植物細胞壁的成分和細胞與細胞之間的胞間層成分，說明這些成分對果汁制作的影響，從而引出果膠酶在果汁生產(chǎn)過程中的作用。

圖4-1 植物細胞壁及細胞之間胞間層的成分

五、實驗安排及注意事項

本課題的研究建立在必修模塊“探究影響酶活性的條件”的基礎(chǔ)之上，與必修模塊的探究的不同之處主要體現(xiàn)在兩個方面：一是酶的活性不是通過定性分析而是通過定量分析來進行探究的；二是本課題并不僅僅滿足于探究溫度和pH對酶活性的影響，還探究了果膠酶的最適用量，對生產(chǎn)實踐具有指導(dǎo)意義。本課題可用3～4課時。其中，探究溫度對果膠酶活性的影響的實驗可以參考下面的教學(xué)思路進行。

在實際的操作過程中，還需要注意下列事項。

1．與其他工業(yè)用酶基本相同，果膠酶的適宜溫度范圍也比較寬泛，因此，可以選用10 ℃作為溫度梯度，設(shè)置的具體溫度為10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃和60 ℃等，也可以嘗試以5 ℃作為溫度梯度。

2．蘋果、橙子和葡萄等水果都可以作為反應(yīng)物，水果不用去皮。如用蘋果為原材料，一般可按每個中等大小的蘋果加水100～200 mL的比例進行攪拌，獲得稀的蘋果泥。

3．果泥的用量可以采用5 mL左右，果膠酶的用量可采用質(zhì)量濃度為2%的果膠酶溶液2 mL。

4．水浴時間可以為20～30 min。5．過濾果汁時，漏斗中應(yīng)放置濾紙。6．探究pH對果膠酶活性的影響，只須將溫度梯度改成pH梯度，并選定一個適宜的溫度進行水浴加熱。反應(yīng)液中的pH可以通過體積分數(shù)為0.1%的氫氧化鈉或鹽酸溶液進行調(diào)節(jié)。

探究果膠酶的用量是建立在探究最適溫度和pH對果膠酶活性影響的基礎(chǔ)之上的。此時，研究的變量是果膠酶的用量，其他因素都應(yīng)保持不變。實驗時可以配制不同濃度的果膠酶溶液，也可以只配制一種濃度的果膠酶溶液，然后使用不同的體積即可。需要注意的是，反應(yīng)液的pH必須相同，否則將影響實驗結(jié)果的準確性。

六、課題成果評價

本課題評價的重點應(yīng)放在對學(xué)生探究報告的評價上。報告的主要內(nèi)容應(yīng)該包括：根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制出的溫度和pH對果膠酶活性影響的曲線圖；不同果膠酶用量對出汁量影響的曲線圖（在濃度和體積相同的條件下）；并最終得到果膠酶最適溫度、pH以及果膠酶的最適用量。

七、答案和提示

（一）旁欄思考題

1．為什么在混合蘋果泥和果膠酶之前，要將果泥和果膠酶分裝在不同的試管中恒溫處理？

提示：將果泥和果膠酶分裝在不同的試管中恒溫處理，可以保證底物和酶在混合時的溫度是相同的，避免了果泥和果膠酶混合時影響混合物的溫度，從而影響果膠酶活性的問題。2．在探究溫度或pH的影響時，是否需要設(shè)置對照？如果需要，又應(yīng)該如何設(shè)置？為什么？

提示：需要設(shè)置對照實驗，不同的溫度梯度之間或不同的pH梯度之間就可以作為對照，這種對照稱為相互對照。

3．A同學(xué)將哪個因素作為變量，控制哪些因素不變？為什么要作這樣的處理？B同學(xué)呢？

提示：A同學(xué)將溫度或pH作為變量，控制不變的量有蘋果泥的用量、果膠酶的用量、反應(yīng)的時間和過濾的時間等。只有在實驗中保證一個自變量，實驗結(jié)果才能說明問題。B同學(xué)對于變量的處理應(yīng)該與A同學(xué)相同，只是觀察因變量的角度不同。

4．想一想，為什么能夠通過測定濾出的蘋果汁的體積大小來判斷果膠酶活性的高低？

提示：果膠酶將果膠分解為小分子物質(zhì)，小分子物質(zhì)可以通過濾紙，因此蘋果汁的體積大小反應(yīng)了果膠酶的催化分解果膠的能力。在不同的溫度和pH下，果膠酶的活性越大，蘋果汁的體積就越大。

5．當探究溫度對果膠酶活性的影響時，哪個因素是變量，哪些因素應(yīng)該保持不變？

提示：溫度是變量，應(yīng)控制果泥量、果膠酶的濃度和用量、水浴時間和混合物的pH等所有其他條件不變。只有這樣才能保證只有溫度一個變量對果膠酶的活性產(chǎn)生影響。

（二）練習(xí)

答：大規(guī)模生產(chǎn)與實驗室制備的主要不同點是： 1.有兩次瞬間高溫滅菌； 2.酶處理的時間相對較長； 3.有離心分離步驟和濃縮步驟。

第二篇：果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用教案

4.1 果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用

[教學(xué)目標] 1．簡述果膠酶作用。2．檢測果膠酶活性。

3．探究溫度和pH對果膠酶活性影響。

4．探究果膠酶的最適用量，搜集有關(guān)果膠酶應(yīng)用的資料。

[教學(xué)重點] 探究溫度和pH對果膠酶活性影響

[教學(xué)難點] 探究果膠酶的最適用量

[教學(xué)過程] 討論：果汁生產(chǎn)中存在的問題?

（1、果肉的出汁率低,耗時長．

2、榨取的果汁渾濁，黏度高，易發(fā)生沉淀．）怎么能夠提高水果的出汁率并使果汁變得澄清？ 在生產(chǎn)上，使用果膠酶、纖維素酶等解決。果膠酶有什么作用？

一、基礎(chǔ)知識

（一）酶的基礎(chǔ)知識

回憶：在高一我們學(xué)習(xí)過有關(guān)酶的知識，請回憶以下問題，1、酶的概念：酶是活細胞所產(chǎn)生的具有生物催化作用的一類特殊的有機物；

2、酶的本質(zhì)：蛋白質(zhì)（大多數(shù)）或RNA；

基本組成單位：氨基酸或核糖核苷酸

3、酶的功能：在各種化學(xué)反應(yīng)中起催化作用。

原因：酶能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，從而使反應(yīng)能夠迅速的進行。

4、酶的特性

（1）高效性： 酶的催化效率是無要催化劑的107～ 1013倍。（2）專一性： 一種酶只能催化一種化合物或一類化合物的化學(xué)反應(yīng)。（3）需要適宜的條件： 適宜的溫度、適宜的PH值。

（二）果膠酶的作用

閱讀課本P42的內(nèi)容，回答以下問題：

（1）細胞壁的組成成分？

（2）果膠的單體是什么？

（3）果膠酶的作用？

1、果膠

是植物細胞壁以及胞間層的主要組成成分之一，它是由半乳糖醛酸聚合而成的一種高分子化合物，不溶于水。

思考：要破壞植物的細胞壁，你有什么方法？結(jié)果一樣嗎？

2、果膠對果汁制作的影響：

影響果汁的出汁率，還會使果汁渾濁。

3、果膠酶：

它是分解果膠的一類酶的總稱，包括半乳糖醛酸酶、果膠分解酶、果膠酯酶等。

果膠酶

果膠 半乳糖醛酸

4、果膠酶在果汁制作中的作用

① 分解果膠，瓦解植物的細胞壁及胞間層；使果膠水解為半乳糖醛酸。② 提高水果的出汁率，并使果汁變得澄清。

（三）酶的活性與影響酶活性的因素

1、酶的活性： 指酶催化一定化學(xué)反應(yīng)的能力。

2、酶催化能力高低的衡量標準

在一定的條件下，酶所催化的某一化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度。

酶反應(yīng)速度用單位時間內(nèi)、單位體積中反應(yīng)物的減少量或產(chǎn)物的增加量來表示。

3、影響酶活性的因素： ①溫度

A、溫度對酶的影響

在較低溫度時，隨著溫度的升高，酶的活性也逐漸提高，達到最適溫度時，酶的催化能力最高，但高于最適溫度后，酶的催化能力迅速下降，最后完全失去催化能力。B、果膠酶的最適溫度

果膠酶的最適溫度為45～500C。

C、討論：高溫使酶的活性喪失后，酶的活性可否恢復(fù)？為什么？ 不能恢復(fù)，因高溫破壞了酶的分子結(jié)構(gòu)，高溫對酶造成不可逆的破壞。但低溫使酶的活性喪失后，緩慢恢復(fù)其溫度活性仍可恢復(fù)。②pH：

A、pH對酶的影響

酶的催化能力的發(fā)揮有一個最適pH，在低于最適pH時，隨著pH的升高，酶的催化能力也相應(yīng)升高，高于最適pH時，隨著pH的升高，酶的活性逐漸下降，pH過高或過低會使蛋白質(zhì)變性，當?shù)鞍踪|(zhì)變性后，酶也就完全喪失了活性。B、果膠酶的最適pH 果膠酶的最適pH范圍為3.0～6.0。③酶的抑制劑：

Fe3＋、Ca2＋、Zn2＋等金屬離子對果膠酶有抑制作用。你知道這些離子為什么能抑制酶的活性？

（四）果膠酶的用量

1、酶的生產(chǎn) ①提取法：

采用各種技術(shù)，直接從動物或微生物的細胞或組織中將酶提取出來（在原料充分的地區(qū)得以應(yīng)用）。②發(fā)酵法：

通過微生物發(fā)酵來獲得人們所需的酶（20世紀50年代以來生產(chǎn)酶的主要方法），如用曲霉、青霉等微生物發(fā)酵生產(chǎn)果膠酶。③化學(xué)合成法：

成本比較高，只能合成已知結(jié)構(gòu)的酶。

2、控制酶的用量

為了果膠酶得到充分的利用，節(jié)約成本，需要控制好酶的用量。

二、實驗設(shè)計

（一）探究溫度對果膠酶活性的影響

1、實驗原理

果膠酶的活性受溫度影響。處于最適溫度時，活性最高。果肉的出汁率、果汁的澄清度與果膠酶的活性大小成正比。

2、實驗操作流程

（1）獲取蘋果泥；

（2）保溫——蘋果泥和果膠酶分別進行；（多個溫度）（3）混合后保溫；（4）過濾。

討論：為什么在混合蘋果泥和果膠酶之前，要將果泥和果膠酶分裝在不同的試管中恒溫處理？

將果泥和果膠酶分裝在不同的試管中恒溫處理，可以保證底物和酶在混合時的溫度是相同的，避免了果泥和果膠酶混合時影響混合物的溫度，從而影響果膠酶活性的問題。

（二）探究pH對果膠酶活性的影響

1、實驗原理

果膠酶的活性受pH影響，處于最適pH，酶的活性最高，高于或低于此值活性均下降。果肉的出汁率、果汁的澄清度與果膠酶的活性大小成正比。

2、實驗操作流程

你能設(shè)計嗎？

想一想，為什么能夠通過測定濾出的蘋果汁的體積大小來判斷果膠酶活性的高低？ 果膠酶將果膠分解為小分子物質(zhì)，小分子物質(zhì)可以通過濾紙，因此蘋果汁的體積大小反應(yīng)了果膠酶的催化分解果膠的能力。在不同的溫度和pH下，果膠酶的活性越大，蘋果汁的體積就越大。

在探究溫度或pH的影響時，是否需要設(shè)置對照？如果需要，又應(yīng)該如何設(shè)置？為什么？ 需要設(shè)置對照實驗，不同的溫度梯度之間或不同的pH梯度之間就可以作為對照，這種對照稱為相互對照。

4、果膠是植物細胞壁以及胞間層的主要成分之一。果膠酶能夠分解果膠，從而分解植物的細胞壁及胞間層。在果汁生產(chǎn)中應(yīng)用果膠酶可以提高果汁的澄清度。

(三)探究果膠酶的用量

1、實驗原理

在一定的條件下，隨著酶濃度的增加，果汁的體積增加；當酶濃度達到某一數(shù)值后，在增加酶的用量，果汁的體積不再改變，此值即是酶的最適用量。

2、實驗操作

請你設(shè)計。（1）配制不同濃度的果膠酶溶液和制備水果泥； ①配制不同濃度的果膠酶溶液

準確稱取純的果膠酶1mg、2mg、3mg、4mg、5mg、6mg、7mg、8mg、9mg，配制成相等體積的水溶液，取等量放入9支試管中，并編號1～9。②制備水果泥

攪拌器攪拌制成蘋果泥并稱 45g，等量裝入9支試管中，并編號1～9。（2）將上述試管放入恒溫水浴加熱一段時間。

（3）將不同濃度的果膠酶分別迅速與各試管的蘋果泥混合，然后再放入恒溫水箱中。（4）恒溫水浴約20分鐘（5）過濾后測量果汁的體積

在最適溫度和pH條件下制作1升蘋果汁，使用多少果膠酶最合適？

一般為50mg/l左右，因為用此濃度處理果汁2～4小時后果汁率增加10％后不再增加。

第三篇：果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用學(xué)案

專題4酶的研究與應(yīng)用

課題1果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用

【課題目標】

1．簡述果膠酶的作用

2．理解影響果膠酶活性的因素。

3.探究溫度和pH對果膠酶活性的影響以及果膠酶的最適用量 【重點難點】

1.重點：溫度和PH對果膠酶活性的影響

2.難點：果膠酶的最適用量 【過

程】

（一）基礎(chǔ)知識

活動1：閱讀“果膠酶的作用”，討論并回答下列問題：

（1）果膠是 的主要組成成分之一，它是由 聚合而成的一種高分子化合物，于水。

（2）在果汁加工中，果膠的存在易導(dǎo)致。（3）果膠酶作用是：能夠 果膠，瓦解，使榨取果汁更容易，把果膠分解為，使渾濁的果汁變得澄清，因此可以解決果汁加工中出現(xiàn)的問題。

（4）果膠酶是一類酶的總稱，包括： 酶、酶和 酶。（5）果膠酶的來源：_____、霉菌、酵母菌和_____均能產(chǎn)生果膠酶。由霉菌_____生產(chǎn)的果膠酶，被廣泛地應(yīng)用于果汁加工業(yè)。

活動2：學(xué)習(xí)酶的活性與影響酶活性的因素，回憶作圖。

結(jié)合必修1的知識，請你大致分別繪出溫度和pH影響酶活性的曲線：

（二）實驗設(shè)計

1、閱讀“[資料一]探究溫度對酶的活性的影響”，思考下列問題：（1）實驗的目的：。

（2）實驗原理：果膠酶的活性受

的影響。處于

時，酶的活性最高。果肉的出汁率、果汁的澄清度與果膠酶的活性大小成。（3）變量設(shè)計與控制： ①你確定的溫度梯度為。②實驗自變量是

③實驗的因變量是，檢測因變量的方法是測定 或者。（4）實驗步驟設(shè)計：

①用榨汁機榨取適量的蘋果汁，并配制一定濃度的果膠酶備用。

②取大燒杯 只，并貼標簽注明溫度：100C、150C、200C、250C、300C、350C、400C、450C、500C。

③取試管 支：其中 支倒入10mL果汁（A管），另外 支分別倒入2mL 溶液（B管）。

④將不同溫度的水倒入相應(yīng)的燒杯中，每只燒杯中放入 試管各一支，并插入一支溫度計。

⑤待試管內(nèi)溫度穩(wěn)定后，將果膠酶加入 溫度的蘋果泥內(nèi)恒溫保持10分鐘 ⑥利用漏斗 果汁，用量筒測量各組的果汁體積并設(shè)計表格記錄。

⑦設(shè)計表格記錄實驗數(shù)據(jù)：

（5）實驗結(jié)果與結(jié)論：

問題思考：

a、進行④處理的目的是。b、上述 為設(shè)置對照實驗，這種對照稱為。c、為什么可以根據(jù)⑥操作判斷果膠酶的活性高低？

第四篇：課題1 果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用 教學(xué)設(shè)計 教案

教學(xué)準備

1.教學(xué)目標

（一）知識與技能

1、果膠酶的作用

2、理解、應(yīng)用影響果膠酶活性的因素

3、提高學(xué)生的實驗?zāi)芰?/p>

（二）過程與方法

1、探究溫度對果膠酶活性的影響

2、探究PH對果膠酶活性的影響

3、探究酶量大小對反應(yīng)速度的影響

（三）情感、態(tài)度與價值觀

通過實驗探究酶的影響因素，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神、創(chuàng)新精神和合作精神。

2.教學(xué)重點/難點

1、教學(xué)重點：溫度和PH對果膠酶活性的影響

2、教學(xué)難點：果膠酶的最適用量

3.教學(xué)用具

多媒體、板書

4.標簽

教學(xué)過程

（一）導(dǎo)入

我國水果生產(chǎn)發(fā)展迅速，每年上市的新鮮水果品種多、數(shù)量大。但由于收獲的季節(jié)性強，易造成積壓滯銷，腐爛變質(zhì)。

酶普遍存在于動、植物和微生物中，將酶從生物組織或細胞以及發(fā)酵液中提取出來，可加工成具有一定純度標準的生化酶制劑。在本課題中，我們將探究果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用。

（二）新課 1．基礎(chǔ)知識

活動1：閱讀“果膠酶的作用”，討論并回答下列問題： 1．1果膠是 植物細胞壁和胞間層的主要組成成分之一。

1．2在果汁加工中，果膠的存在易導(dǎo)致

果汁出汁率低，果汁渾濁

。1．3果膠酶分解果膠的作用是：①瓦解

植物的細胞壁及胞間層，使榨取果汁更容易，②把果膠分解為

可溶性的半乳糖醛酸，使渾濁的果汁變得澄清，因此可以解決果汁加工中出現(xiàn)的問題。

1．4果膠酶是一類酶的總稱，包括：

多聚半乳糖醛酸

酶、果膠分解

酶和

果膠酯

酶。

〖思考1〗在植物細胞工程中果膠酶的作用是

與纖維素酶一起除去植物細胞的細胞壁。

活動2：閱讀“酶的活性與影響酶活性的因素”，討論并回答下列問題： 1．5酶的活性是指：酶催化

一定化學(xué)反應(yīng)的能力。

1．6酶的活性高低可用一定條件下的酶促 反應(yīng)速度

來表示，即單位時間、單位體積內(nèi)

反應(yīng)物消耗量

或

產(chǎn)物生成量

來表示。

1．7影響酶活性的因素有：

溫度、PH、激活劑

和

抑制劑

等。

活動3：閱讀“果膠酶的用量”，討論并回答下列問題：

1.8食品工業(yè)生產(chǎn)中最常用的果膠酶是通過

霉菌發(fā)酵

產(chǎn)生。

1.9根據(jù)影響酶活性的因素，在實際生產(chǎn)中我們?nèi)绾潍@得果膠酶的最高活性？ 確定果膠酶的最適溫度、最適PH等條件。2．實驗設(shè)計

活動4：閱讀“資料一：探究溫度和PH對酶的活性的影響”，思考下列問題并嘗試寫出實驗過程：

2．1實驗?zāi)康模?/p>

定量測定溫度或pH對果膠酶活性的影響

?！妓伎?〗該實驗與必修I中探究“影響酶活性的條件”實驗有何不同？ 前者屬于是定量分析實驗，后者屬于定性分析實驗。

2．2實驗原理：果膠酶瓦解細胞壁和胞間層增大果汁產(chǎn)量；果膠酶催化分解果膠增大果汁澄清度。2．3變量設(shè)計與控制：

①你確定的溫度梯度（或pH梯度）為 10℃或5℃（或0.5、1.0）

。②實驗的自變量是

溫度（或pH），控制自變量的方法是利用 恒溫水浴鍋（或滴加酸堿等）。

③實驗的因變量是

酶的活性，檢測因變量的方法是測定

果汁的產(chǎn)出量或澄清度。

〖思考3〗果汁與果膠酶在混合之前，分裝在不同試管中用同一恒溫處理的目的是什么？

保證果汁與果膠酶混合前后的溫度相同，避免因混合導(dǎo)致溫度變化而影響果膠酶活性。

〖思考4〗該實驗中是否設(shè)置了對照？若設(shè)置，那么它是如何設(shè)置的？若沒有，則如何進行設(shè)置？

已經(jīng)設(shè)置了對照。不同的溫度設(shè)置之間可以相互對照。

〖思考5〗怎樣排除PH和其他因素對實驗結(jié)果的干擾？目的是什么? 控制PH和其他因素相同，保證只有溫度一個變量對果膠酶的活性產(chǎn)生影響。〖思考6〗教材中A、B兩個同學(xué)的實驗設(shè)計有何不同？ 測定的因變量不同（A測定果汁產(chǎn)量，B測定果汁澄清度）。3．操作提示

活動5：閱讀“操作提示”，回答下列問題

3．1制備果泥：用

榨汁機

榨制果泥。在榨制橙子汁時應(yīng)怎樣處理橙皮? 不必去橙皮

3．2在探究不同PH對果膠酶活性的影響時，可以用 0.1%的NaOH溶液和鹽酸

調(diào)節(jié)pH。3．3在果膠酶處理果泥時，為了是果膠酶能充分地催化反應(yīng)，如何操作? 用玻璃棒不時攪拌。4．結(jié)果分析與評價

將以下某同學(xué)實驗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成曲線圖。

（三）課堂總結(jié)、點評

課堂小結(jié)

通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，要能熟悉果膠酶的特點和作用，并能運用酶的特點嘗試設(shè)計簡單的探究實驗。在分析案例時既要遵循單一原理，又要實驗設(shè)計的合理性等各種因素，此外還要多結(jié)合身邊實際進行學(xué)習(xí)。本節(jié)課要注重運用詳實的數(shù)據(jù)（以教科書中的數(shù)據(jù)和文字敘述為主），以幫助學(xué)生了解酶的活性。注重培養(yǎng)學(xué)生收集整合資料的能力和合作交流的能力。利用生活中的實例來調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。這些問題與他們的切身利益有一定的相關(guān)性，讓學(xué)生從這一角度認識問題，會讓問題的討論更加激烈，會讓每個學(xué)生都認真地去思考酶的有利之處。充分利用了教材資源、本地資源和學(xué)生收集的圖片資料等資源，增強學(xué)生理論聯(lián)系實際能力，分析資料的能力以及探究解決問題的能力。

板書

專題四

酶的研究和應(yīng)用

課題1

果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用

一、果膠以及果膠酶的作用

二、酶活性以及影響酶活性的各種因素

三、實驗探究

1、探究溫度對果膠酶活性的影響

2、探究PH對果膠酶活性的影響

3、探究酶量大小對反應(yīng)速度的影響

第五篇：計算機輔助設(shè)計在材料生產(chǎn)中的應(yīng)用

計算機輔助設(shè)計在材料生產(chǎn)中的應(yīng)用

學(xué) 專 姓

院

材料科學(xué)與工程 稱

防腐131班

名

藍 文 程

計算機輔助設(shè)計在材料生產(chǎn)中的應(yīng)用

摘要

計算機輔助設(shè)計是利用計算機及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計人員進行設(shè)計工作,簡稱CAD。在工程和產(chǎn)品設(shè)計中，計算機可以幫助設(shè)計人員擔負計算、信息存儲和制圖等項工作。在設(shè)計中通常要用計算機對不同方案進行大量的計算、分析和比較，以決定最優(yōu)方案；各種設(shè)計信息，不論是數(shù)字的、文字的或圖形的，都能存放在計算機的內(nèi)存或外存里，并能快速地檢索；設(shè)計人員通常用草圖開始設(shè)計，將草圖變?yōu)楣ぷ鲌D的繁重工作可以交給計算機完成；利用計算機可以進行與圖形的編輯、放大、縮小、平移和旋轉(zhuǎn)等有關(guān)的圖形數(shù)據(jù)加工工作。

隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機輔助設(shè)計CAD（Computer Aided Design）在生產(chǎn)中的應(yīng)用日益廣泛，本文主要從計算機輔助設(shè)計在材料生產(chǎn)中的應(yīng)用等方面闡述了其在材料計中的顯著優(yōu)勢，并對目前國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)過程三維CAD系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀和存在問題進行了分析。

關(guān)鍵詞：計算機輔助設(shè)計 三維CAD 應(yīng)用 緒 論

開始于上世紀50年代后期的計算機輔助設(shè)計技術(shù)，從最初的僅僅被簡單的作為圖板的替代品到70年代的二維制圖過度到三維建模再到現(xiàn)在的集產(chǎn)品的構(gòu)思、功能設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析、加工制造、數(shù)據(jù)管理于一體的智能CAD技術(shù)，計算機輔助設(shè)計經(jīng)歷了一個漫長又曲折的發(fā)展歷程。在今天，CAD技術(shù)越來越廣泛的用于生產(chǎn)中。CAD技術(shù)從二維CAD向三維CAD的過渡

2.1 CAD簡介

計算機輔助設(shè)計是利用計算機強大的圖形處理能力和數(shù)值計算能力，輔助工程技術(shù)人員進行工程或產(chǎn)品的設(shè)計與分析，達到理想的目的，并取得創(chuàng)新成果的一種技術(shù)。自1950年計算機輔助設(shè)計（CAD）技術(shù)誕生以來，已廣泛地應(yīng)用于材料、電子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等領(lǐng)域，產(chǎn)品的設(shè)計效率飛速地提高?，F(xiàn)已將計算機輔助制造技術(shù)（Computer Aided Manufacturing，CAM）和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)（Product Data Management，PDM）及計算機集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated manufacturing system，CIMS）集于一體。

產(chǎn)品設(shè)計是決定產(chǎn)品命運的研究，也是最重要的環(huán)節(jié)，產(chǎn)品的設(shè)計工作決定著產(chǎn)品75%的成本。目前，CAD系統(tǒng)已由最初的僅具數(shù)值計算和圖形處理功能的CAD系統(tǒng)發(fā)展成為結(jié)合人工智能技術(shù)的智能CAD系統(tǒng)（ICAD）(Intelligent CAD)。21世紀，ICAD技術(shù)將具備新的特征和發(fā)展方向，以提高新時代制造業(yè)對市場變化和小批量、多品種要求的迅速響應(yīng)能力。

以智能CAD（ICAD）為代表的現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)、智能活動是由設(shè)計專家系統(tǒng)完成。這種系統(tǒng)能夠模擬某一領(lǐng)域內(nèi)專家設(shè)計的過程，采用單一知識領(lǐng)域的符號推理技術(shù)，解決單一領(lǐng)域內(nèi)的特定問題。該系統(tǒng)把人工智能技術(shù)和優(yōu)化、有限元、計算機繪圖等技術(shù)結(jié)合起來，盡可能多地使計算機參與方案決策、性能分析等常規(guī)設(shè)計過程，借助計算機的支持，設(shè)計效率有了大大地提高。

CAD技術(shù)正從二維CAD向三維CAD過渡。三維設(shè)計軟件具有工程及產(chǎn)品的分析計算、幾何建模、仿真與試驗、繪制圖形，工程數(shù)據(jù)庫的管理，生成設(shè)計文件等功能。三維CAD技術(shù)誕生以來，已廣泛地應(yīng)用于機械、電子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等領(lǐng)域，產(chǎn)品的設(shè)計效率得以迅速提高。我國CAD技術(shù)的研究、開發(fā)和推廣已取得較大進展，產(chǎn)品設(shè)計已全面完成二維CAD技術(shù)的普及，結(jié)束了手工繪圖的歷史，對減輕人工勞動強度、提高經(jīng)濟效益起到了明顯的作用。有相當一部分CAD應(yīng)用較早的企業(yè)已完成了從二維CAD向三維CAD轉(zhuǎn)換，并取得了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。隨著市場經(jīng)濟的逐步深入，市場競爭日趨激烈，加強自身的設(shè)計能力是提高企業(yè)對市場變化和小批量、多品種

要求的迅速響應(yīng)能力的關(guān)鍵。2.2 三維CAD的優(yōu)勢

首先CAD技術(shù)以實用的零件實體建模優(yōu)勢和簡便的產(chǎn)品造型修改和實體裝配圖的生成被用在機械設(shè)計的多個方面設(shè)計軟件為三維建模提供了多種工具，包括最基本的幾何造型如球體、圓柱等，對簡單的零件，可通過對其結(jié)構(gòu)進行分析，將其分解成若干基本體，對基本體進行三維實體造型，之后再對其進行交、并、差等布爾運算，便可得出零件的三維實體模型。對于較復(fù)雜的圖形，軟件提供了草圖工具，設(shè)計人員可以通過它先勾勒出截面，再拉伸出較復(fù)雜的幾何形體。為了滿足人們不斷提高的審美要求，目前主要流行的幾款三維設(shè)計軟件基本上都提供面片模塊，該模塊為設(shè)計人員提供了非常方便的曲面設(shè)計工具。對于具有大塊曲面的零件，設(shè)計師可以方便地對單個面或片體進行變形處理，以達到需要的曲面。

企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品往往是按系列區(qū)分，各系列中每一代產(chǎn)品與上一代產(chǎn)品之間的區(qū)別較小，也許只是增加了一個功能部件或是產(chǎn)品造型尺寸上有所改動。三維CAD可以方便地修改一些參數(shù)就能達到設(shè)計師更改造型的目的。三維CAD在建模中一般使用參數(shù)化建模，整個建模的步驟和產(chǎn)品的外型尺寸被參數(shù)化，這些參數(shù)是與產(chǎn)品的造型直接關(guān)聯(lián)的。若要對尺寸或造型進行局部的更改，只需要更改相關(guān)參數(shù)，整個造型將被自動更新。這樣不僅大大減少了設(shè)計人員的工作量，還保證了產(chǎn)品外造型的延續(xù)性。

實體裝配不僅能讓設(shè)計人員直觀地看到各零件裝配后的狀態(tài)，還可以測量各零件之間的空間大小，方便零件的布置。在裝配完成后，零件可以被隱藏或設(shè)置成半透明的狀態(tài)，方便設(shè)計人員觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)。此外，在裝配狀態(tài)下，軟件提供的標準件庫，也方便了設(shè)計人員對標準件型號的選擇。裝配狀態(tài)下的干涉分析也是常用的功能，計算機通過計算各裝配零件的體積的大小和位置來確定是否有相交的部分，并確定各零件是否干涉，自動生成分析報告，明確指出互相干涉零件的名稱和干涉的尺寸。方便設(shè)計師修改產(chǎn)品設(shè)計尺寸。

另外隨著技術(shù)發(fā)展，為了減輕人工勞動強度，提高產(chǎn)品的精度，制造行業(yè)裝備從普通機床逐步到數(shù)控機床和加工中心，模具激光快速成型技術(shù)（RPM）等，幾乎應(yīng)用到整個制造行業(yè)。這些數(shù)控加工裝備基本都具有與各三維設(shè)計軟件的接口。當產(chǎn)品模型在三維CAD軟件中完成后，再由CAD軟件模擬出加工刀具路徑，隨后生成數(shù)控語言，通過接口輸入數(shù)控設(shè)備中，再由數(shù)控設(shè)備按照模擬出的加工路徑加工產(chǎn)品。

2.3 CAE簡介

CAE是三維CAD軟件的重要模塊，CAE功能包括工程數(shù)值分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、強度設(shè)計評價與壽命預(yù)估、動力學(xué)、運動學(xué)仿真等。CAD技術(shù)在建模模塊完成產(chǎn)品造型后，才能由CAE模塊針對設(shè)計的合理性、強度、剛度、壽命、材料、結(jié)構(gòu)合理性、運動特性、干涉、碰撞問題和動態(tài)特性進行分析。CAE技術(shù)在我國也得到了廣泛應(yīng)用，以汽車制造業(yè)為例，國內(nèi)多家主車廠和汽車設(shè)計公司在使用三維CAD軟件完成新車型的設(shè)計后，進行CAE分析，如干涉檢查、鈑金成型分析、塑料件拔模角分析、車身強度剛度的測試，在車窗、車門、雨刮器等運動部件上廣泛采用CAE模塊中的運動仿真功能，計算出零件的運動軌跡，以及零部件在運動中的狀態(tài)，為設(shè)計人員提供直觀的參考。這些分析工作大大提高了新車型的可靠度，縮短了新車型的開發(fā)周期，減少了返工，節(jié)約了研發(fā)成本。采用三維CAD技術(shù)，機械設(shè)計時間縮短了近1/3。同時，三維CAD系統(tǒng)具有高度變型設(shè)計能力，能通過快速重構(gòu)，得到一種全新的機械產(chǎn)品，大大提高了工作效率。

3計算機輔助設(shè)計在材料加工中的應(yīng)用

材料加工CAD技術(shù)是傳統(tǒng)材料加工技術(shù)與計算機技術(shù)、控制技術(shù)、信息處理技術(shù)等相結(jié)合的產(chǎn)物，是材料加工和技術(shù)進步和標志。材料加工CAD又可分為鑄造成形CAD、塑性成形CAD、焊接成形CAD、注射成型CAD以及模具CAD等幾個方面：

3.1 鑄造成形CAD

包括鑄造工藝CAD以及鑄造工裝（模具/模板）CAD。前者的主要功能有鑄造澆注系統(tǒng)設(shè)計，冒口補縮系統(tǒng)設(shè)計，冷鐵的設(shè)計，砂芯的設(shè)計，鑄造分型面的確定，加工余量的確定，起模斜度的確定，開放澆注系統(tǒng)庫、冒口庫、冷鐵庫、芯頭庫的建立，工藝圖的標注與打印等，可以實現(xiàn)鑄造工藝的快速準確設(shè)計。另外，基于有限分析的優(yōu)化技術(shù)在CAD系統(tǒng)配套使用，例如充型過程模擬、凝固過程模擬、應(yīng)力應(yīng)變分析、微觀組織模擬等，為制定合理的鑄造工藝起到了有力的指導(dǎo)作用。

鑄件棄型流動與凝固過程數(shù)值模擬在短短十余年的發(fā)展過程中，由二維到三維，由簡單到復(fù)雜，由工作站到微機，由實用化到商品化，為鑄造生產(chǎn)提供越來越重要的指導(dǎo)作用。華中科技大學(xué)推出的商品化三維模擬軟件華鑄CAD。這些鑄造模CAD軟件在鑄造生產(chǎn)中取得了顯著的效益。已覆蓋了鑄鋼、球墨鑄鐵、灰鑄鐵、鑄鋁和鑄銅等各類鑄件，大到一二百噸，小到幾千克，無論是解決縮孔和縮松，還是優(yōu)化澆冒口結(jié)構(gòu)，提高生產(chǎn)效率，改進浮渣等方面，都發(fā)揮了明顯的作用。

3.2 塑性成形CAD

包括冷沖模、沖裁模、彎曲模、拉伸模以及鍛造模設(shè)計CAD。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品對模具的需求愈來愈多。傳統(tǒng)的模具設(shè)計與制造方法不能適應(yīng)工業(yè)產(chǎn)品及時更新?lián)Q代和提高質(zhì)量的要求。因此，國外先進工業(yè)國家對模具CAD/CAM技術(shù)的開發(fā)非常重視。早在20世紀60代的初期，國外一些飛機和汽車制造公司就開始了CAD/CAM的研究工作，投入了大量人力和物力。各大公司都先后建立了自己的CAD/CAM系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于模具的設(shè)計與制造。目前，應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)較普遍的為美、日、德等國。日本豐田汽車公司于1965年將數(shù)控用于模具加工。20世紀80年代初期開始用覆蓋件沖模CAD/CAM系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括設(shè)計覆蓋件的NTDFB和CADET軟件和加工凸、凹模的TINCA軟件。利用坐標測量儀測量粘土模型，并將數(shù)據(jù)送入計算機。將所得圖形經(jīng)平滑處理后，再把這些數(shù)據(jù)用于覆蓋件設(shè)計、沖模的設(shè)計與制造。該系統(tǒng)有較強的三維圖形功能，可在屏幕

上反復(fù)修改曲面形狀，使工件在沖壓成形時不致產(chǎn)生工藝缺陷，從而保證了模具和工件的質(zhì)量。模具型面的模型保存在數(shù)據(jù)庫中，TINCA軟件可利用這些數(shù)據(jù)，進行模具型面的數(shù)控加工。美國的Diecomp公司開發(fā)的計算機輔助級進模設(shè)計系統(tǒng)PDDC，可以完成冷沖模設(shè)計的全過程，包括從輸入產(chǎn)品和技術(shù)條件開始設(shè)計出最佳樣圖，確定操作順序、步距、空位、總工位數(shù)，繪制帶料排樣圖，輸入模具裝配圖和零件圖等，比傳統(tǒng)設(shè)計提高功效8倍以上。在優(yōu)化設(shè)計方面，利用有限元技術(shù)的應(yīng)力應(yīng)變分析在塑性成形CAD中已獲得較為普遍應(yīng)用。

我國模具CAD/CAM的研究與開發(fā)始于20世紀70年代末，發(fā)展也很迅速。到目前為止，先后通過國家有關(guān)部門鑒定的有精沖模、普遍沖裁模、級進模、汽車覆蓋模、輥鍛模、錘鍛模和注塑模等CAD/CAM系統(tǒng)。但直到現(xiàn)在有些系統(tǒng)仍處于試用階段，尚未在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。為迅速改變我國模具生產(chǎn)的落后面貌，今后應(yīng)繼續(xù)加速模具CAD/CAM的研究開發(fā)和推廣應(yīng)用工作。

3.3焊接成形CAD 目前，在焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)中計算機得到廣泛應(yīng)用。90年代初，國際焊接學(xué)會將這類應(yīng)用概括為“計算機輔助焊接技術(shù)”（CAW）?，F(xiàn)在CAW已不限于焊接結(jié)構(gòu)和接頭的計算機輔助設(shè)計、焊接工裝計算機輔助設(shè)計、焊接工藝計算機輔助計劃、焊接工藝過程計算機輔助管理等以計算機軟件為主的許多方面，而且還涵蓋了焊接過程模擬、焊接工藝過程控制、傳感器以及生產(chǎn)過程自動化等與計算機應(yīng)用有關(guān)的方面。

20世紀80年代提出了計算機集成制造系統(tǒng)的概念?？梢哉J為，CIMS是從訂貨到加工、直至發(fā)貨的全部過程的各個步驟都可以從計算機中及時得到必需的信息集成系統(tǒng)。焊接CIMSA系統(tǒng)，自20世紀90年以來在造船、橋梁、建筑、汽車等行業(yè)中得到了一些應(yīng)用。以船舶生產(chǎn)為例，設(shè)計人員首先要根據(jù)設(shè)計標準和用戶要求進行初步設(shè)計，然后在對結(jié)構(gòu)強度、剛度分析的基礎(chǔ)上，還要考慮制造能力，再進行分段的詳細設(shè)計。這些工作可運用CAD、CAE等軟件來實現(xiàn)。焊接生產(chǎn)的計劃管理與裝配焊接過程設(shè)計，則通過計算機的CAPM和CAPP系統(tǒng)來實現(xiàn)。

3.4 注射成型CAD 包括產(chǎn)品圖模具型腔圖的尺寸轉(zhuǎn)換、標準模架與典型結(jié)構(gòu)的生成、模具零件圖和總培育圖的生成、模具剛度與強度校核、設(shè)計進程管理、模具成本分析與計算等。注射模工藝分析已成熟的商品化軟件，可以預(yù)測注射成型流動和保壓階段的壓力場、溫度場、應(yīng)

力應(yīng)變場和凝固層的生成，從而有效地指導(dǎo)實際生產(chǎn)。

在西方先進工業(yè)國家，注射模CAD/CAE/CAM技術(shù)的應(yīng)用已非常普遍。公司之間模具訂貨所需的塑料制品資料已廣泛使用電子文檔，能否具有接受電子文檔的模具CAD/CAM系統(tǒng)已成為模具企業(yè)生存的必要條件。當前代表國際先進汪洋的注射模CAD/CAE/CAM的工程應(yīng)用具體表現(xiàn)在如下方面：

（1）基于網(wǎng)絡(luò)的模具CAD/CAE/CAM集成化系統(tǒng)開始使用。英國Delcam公司在原有軟件DUCT5的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)最新軟件發(fā)展及實際需求，向模具行業(yè)推出了可用于注射模CAD/CAM的集成化系統(tǒng)。該系統(tǒng)覆蓋了幾何建模、注射模結(jié)構(gòu)設(shè)計、反求工程、快速原型、數(shù)控編程及測量分析等領(lǐng)域。系統(tǒng)的每一個功能既可獨立運行，又可通過數(shù)據(jù)接口作集成分析。

（2）微機軟件在模具行業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。在90年代初，能用于注射制品幾何造型和數(shù)控加工的模具CAD/CAM系統(tǒng)主要是在工作站上采用UNIX操作系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用，如在模具行業(yè)中應(yīng)用較廣的美國Pro/E、UGII、CADDS5，法國CATIA、EUCLID和英國的DUCT5等。隨著微機技術(shù)的飛速進步，在90年代后期，基于Windows操作系統(tǒng)的新一代微機軟件，如Solid Works、Solid Edge、MDT等嶄露頭角。這些軟件不僅在采用NURSB曲面三維參數(shù)化特征造型等先進技術(shù)方面繼承了工作站級CAD/CAM軟件的優(yōu)點，并且在Window風(fēng)格、動態(tài)導(dǎo)航、特征樹、面向?qū)ο蟮确矫婢哂泄ぷ髡炯壾浖荒鼙葦M的優(yōu)點，深得使用者的好評。

（3）模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的智能化程度正逐步提高。當前，面向制造、基于知識的智能化功能現(xiàn)已成為衡量模具軟件先進性和實用性的重要標志之一。許多軟件都在智能化方面做了大量的工作。如以色列Cimatron公司的注射模專家系統(tǒng)，能根據(jù)脫模方向優(yōu)化成分模面，其設(shè)計過程實現(xiàn)了加工參數(shù)的優(yōu)化等，這些具有智能化的功能可顯著提高注射模的生產(chǎn)率和質(zhì)量。

（4）三維設(shè)計與三維分析的應(yīng)用和結(jié)合是當前注射模技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。在注射模結(jié)構(gòu)設(shè)計中，傳統(tǒng)的方法是采用二維設(shè)計，即先將三維的制品幾何模型投影為若干二維視圖后，再按二視圖進行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計。這種沿襲手工設(shè)計的方式已不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的集成化技術(shù)的要求，在國外已有越來越多的公司采用基于實體模型的三維模具結(jié)構(gòu)設(shè)計。與此相適應(yīng)，在注射過程模擬軟件方面，也開始由基于中性層面的二維分析方工式向基于實體模型的三維分析方式過渡，使三維設(shè)計與三維分析的集成得以實現(xiàn)。

參考文獻

[1]王先逵．計算機輔助制造[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008 [2]蔡漢明，陳清奎．機械CAD/CAM技術(shù)[M].北京：工業(yè)出版社，2005 [3]姚英學(xué)，蔡穎.計算機輔助設(shè)計與制造[M].北京：高等教育出版社，2002 [4]唐承統(tǒng), 閻艷.計算機輔助設(shè)計與制造[M].北京：北京理工大出版社，2008 [5]劉德平，劉武發(fā).計算機輔助設(shè)計與制造[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007 [6]李超.CAD/CAM實訓(xùn)—CAXA軟件應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2003 [7] Zeid，Ibrahim.CAD/CAM theory and practice[M]: McGraw-Hill College,1991 [8]Brahim Rekiek,Alian Delchambre.Assembly Line Design[M].Springer,2006