18.生物技术实践的综合应用
(时间：20分钟)
1.(2019·江阴高中模拟)某种食醋的工业酿造流程为：原料处理→酒精发酵→醋酸发酵→提取→澄清→产品。 回答下列问题：
(1)酒醅(正在发酵和已发酵好的固体原料)在发酵过程中温度会升高，其原因是____________________。酒精发酵后，在酒醅中混入一些麸皮、谷糠来增加疏松程度，其作用是________________________________________。
(2)可用固定化酵母细胞进行酒精发酵。干酵母固定前需先使其________；固定细胞时还需用海藻酸钠作为________，选择海藻酸钠的原因之一是它________(填“溶于”或“不溶于”)水。选择固定化酵母细胞而不是固定化相关酶
进
行
酒
精
发
酵
的
主
要
原
因
是
___________________________________________________
_____________________________________________________________________。 (3)可用果胶酶处理食醋使其澄清。为了解固定化果胶酶的特性，进行了系列相关实验。结果见图1和图2。据图分析，固定化果胶酶的优点是__________________
____________________________________________________________________。
解析 (1)酒醅(正在发酵和已发酵好的固体原料)在发酵过程中温度会升高，其原因是酵母菌细胞呼吸释放热能。酒精发酵后，在酒醅中混入一些麸皮、谷糠来增
加疏松程度，其作用是增加对醋酸菌氧气的供应，有利于醋酸菌将酒精变成醋酸。(2)可用固定化酵母细胞进行酒精发酵。干酵母固定前需先使其活化；固定细胞时还需用海藻酸钠作为载体，选择海藻酸钠的原因之一是它不溶于水。选择固定化酵母细胞而不是固定化相关酶进行酒精发酵的主要原因是酒精发酵过程中需要多种酶的参与，固定化细胞固定的是一系列酶，可达到连续生产的目的。(3)可用果胶酶处理食醋使其澄清。为了解固定化果胶酶的特性，进行了系列相关实验。结果见图1和图2。据图分析，固定化果胶酶的优点是多次重复利用仍然保持较高活性，对pH的稳定性增加。
答案 (1)酵母菌细胞呼吸释放热量 增加对醋酸菌氧气的供应，有利于醋酸菌将酒精变成醋酸
(2)活化 载体 不溶于 酒精发酵过程中需要多种酶的参与，固定化细胞固定的是一系列酶，可达到连续生产的目的
(3)多次重复利用仍然保持较高活性，对pH的稳定性增加
2.(2019·宜兴中学模拟)酿酒工业上经常使用酵母菌，某小组用海藻酸钠和CaCl2处理后得到海藻酸钙包埋的酵母菌，同时对甘蔗去皮浸提得到蔗渣吸附的酵母菌。小组比较了这两种酵母菌与游离酵母菌在发酵24 h后发酵液中的酒精度，结果如下表1。还对两种不同固定方法的酵母菌发酵时细胞的泄漏量进行研究，结果如下表2。分析表格数据，回答下列问题：
表1 发酵24 h后酒精度
处理 1 2 3 平均 游离细胞(%vol) 5.6 5.3 5.8 5.57 海藻酸钙包埋(%vol) 10.5 10.2 10.3 10.33 甘蔗渣吸附(%vol) 10.3 10.6 10.5 10.47 表2 两种不同的固定方法发酵液中细胞泄漏量
发酵时间/h 6 12 18 24 海藻酸钙包埋发酵液中细胞泄漏量(个/mL) 1.34×106 3.25×106 4.38×106 6.76×106 甘蔗渣吸附发酵液中细胞泄漏量(个/mL) 4.75×106 1.25×107 5.38×107 9.13×107 固定化技术的优点是________________________，除题干中介绍的包埋法、物理吸附法，还包括________。利用包埋法制备固定化酵母菌时，凝胶珠的颜色过浅，说明________________________。分析表2数据，甘蔗渣吸附法固定酵母菌，发酵液中的酵母细胞泄漏量较大，原因是____________________。表1中甘蔗渣吸附的酵母菌在发酵24 h后发酵液中的酒精度略高于海藻酸钙包埋的酵母菌，原因可能是____________________________________。如果酿酒后期改变条件进行醋
酸
发
酵
，
需
改
变
的
环
境
条
件
是
____________________________________________
____________________________________________________________________。 解析 固定化技术的优点是可反复利用，易与反应物分离，除题干中介绍的包埋法、物理吸附法，还包括化学结合法。利用包埋法制备固定化酵母菌时，凝胶珠的颜色过浅，说明海藻酸钠溶液浓度偏低，固定的酵母菌数量少。分析表2数据，甘蔗渣吸附法固定酵母菌，发酵液中的酵母细胞泄漏量较大，原因是细胞的体积大，不容易被吸附，易脱落。表1中甘蔗渣吸附的酵母菌在发酵24 h后发酵液中的酒精度略高于海藻酸钙包埋的酵母菌，原因可能是蔗渣的多孔结构更有利于培养液的渗透，有利于酵母菌的繁殖和发酵。如果酿酒后期改变条件进行醋酸发酵，需改变的环境条件是升高温度至30～35 ℃，适时通入无菌空气。 答案 可反复利用，易与反应物分离 化学结合法 海藻酸钠溶液浓度偏低，固定的酵母菌数量少 细胞的体积大，不容易被吸附，易脱落 蔗渣的多孔结构更有利于培养液的渗透，有利于酵母菌的繁殖和发酵 升高温度至30～35 ℃，适
时通入无菌空气
3.某研究性学习小组进行系列实验，实验结果处理后汇总，如图所示(注：实验中使用的酶为一种新型碱性纤维素酶)。
(1)该实验的目的是___________________________________________________。 (2)若实验组C、D相互对比，自变量是____________________________________， 无关变量是________________________，可得出的实验结论为____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________； 若实验组D、F相互对比，自变量是________________，无关变量是________，可得出的实验结论为________________________________________________ _____________________________________________________________________。 (3)该实验设计的原理是________________________________________________ _____________________________________________________________________ ______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。 (4)若想探究加大该酶用量是否可以显著提高洗衣粉的去污力，实验设计思路为______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 答案 (1)探究一种新型碱性纤维素酶的去污能力
(2)碱性纤维素酶的有无 污布类型、洗衣粉的类型 碱性纤维素酶能提高洗衣粉的去污力 污布类型 洗衣粉类型、碱性纤维素酶的用量 碱性纤维素酶对不
同类型污布的去污力不同 (3)酶具有催化能力，碱性纤维素酶能催化纤维素分解为小分子化合物；酶催化能力越高，污渍残留越少；通过污布中污渍残留情况的检测，可反映该酶是否具有去污能力或该酶去污力的大小 (4)设置不同浓度的该碱性纤维素酶溶液，在洗衣粉种类相同，污布种类相同的条件下进行实验，观察比较相同且适宜条件下污渍残留情况，比较该酶去污力
4.(2019·南通中学模拟)苹果作为我国常见水果，口感好、营养价值高，广受人们喜爱，但其收获的季节性强，易造成积压滞销，腐烂变质。某市为缓解产销矛盾，提高产品的附加值，利用苹果生产果汁、果酒和果醋，大致工艺流程如下图，请分析回答：
预处理发酵发酵苹果――→果汁――→果酒――→果醋
(1)果酒发酵初期先通入适量空气的目的是_______________________________，果酒发酵之后进行果醋发酵，需要改变的条件包括_______________________(至少写2点)，当氧气和糖分充足时，果醋发酵的反应方程式为________________________。
(2)在苹果汁的生产过程中，需要加入果胶酶，目的是____________________。果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，包括________________________________等。
(3)果酒发酵过程中，产物酒精会抑制酵母菌的生命活动，使发酵得到的酒精度数较低，现欲筛选耐高浓度酒精的酵母菌，除了基本的营养成分之外，该培养基中还应加入________________________________。
(4)为使酵母菌能反复利用，常用到固定化细胞技术，固定化酵母细胞的方法常用____________法，研究表明使用固定化酵母的酒精产量平均值高于游离酵母的对
照
组
，
可
能
的
原
因
是
___________________________________________________。
解析 (1)果酒发酵初期先通入适量空气的目的是让酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖，果醋发酵需要好氧细菌醋酸菌，果酒发酵之后进行果醋发酵，需要改变的条件包括菌种改为醋酸杆菌、发酵温度调整为30～35 ℃、通入空气等，当氧气酶和糖分充足时，果醋发酵的反应方程式为C6H12O6＋2O2――→2CH3COOH＋2CO2
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