高届高级高三生物一轮复习学案第十一单元 第38讲.docx

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高届高级高三生物一轮复习学案第十一单元第38讲

第38讲　生物技术在食品加工及其他方面的应用

[考纲要求]　1.利用微生物进行发酵来生产特定的产物以及微生物在其他方面的应用。

2.运用发酵加工食品的基本方法。

3.测定食品加工中可能产生的有害物质。

4.酶活力测定的一般原理和方法。

5.酶在食品制造和洗涤等方面的应用。

6.制备和应用固相化酶。

7.从生物材料中提取某些特定的成分。

8.蛋白质的提取和分离。

考点一　果酒和果醋的制作

1.制作原理与发酵条件

项目

果酒制作

果醋制作

菌种

酵母菌

醋酸菌

菌种来源

附着在葡萄皮上的野生型酵母菌

变酸酒表面的菌膜

发酵过程

有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸大量繁殖:

C6H12O6＋6O2

6CO2＋6H2O；无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸产生酒精:

C6H12O6

2C2H5OH＋2CO2

氧气、糖源充足时:

C6H12O6＋2O2

2CH3COOH＋2CO2＋2H2O；缺少糖源、氧气充足时:

C2H5OH＋O2

CH3COOH＋H2O

温度

一般酒精发酵18～25℃，繁殖最适为20℃左右

最适为30～35℃

条件

前期:

需氧，后期:

无氧

需要充足的氧气

时间

10～12天

7～8天

2.制作流程

挑选葡萄→冲洗→榨汁→酒精发酵→醋酸发酵

　　　　　　　　　　↓　　　　↓

　　　　　　　　　　果酒　　　果醋

（1）醋酸菌在无氧条件下利用乙醇产生醋酸（　×　）

（2）酵母菌是嗜温菌，所以果酒发酵所需的最适温度高于果醋发酵温度（　×　）

（3）在果酒发酵后期拧开瓶盖的间隔时间可延长（　√　）

（4）在家庭中用新鲜葡萄制作果酒时，需给发酵装置适时排气（　√　）

（5）在制作果酒、果醋时，适当加大接种量可以提高发酵速率、抑制杂菌生长繁殖（　√　）

（6）利用葡萄发酵产生果酒的后期，加入醋酸菌即可产生醋酸（　×　）

如图为果酒和果醋制作的实验装置图，据图分析:

（1）甲、乙、丙的作用分别是什么？

提示　通入空气（氧气）、排气、取样（对发酵的情况进行及时的监测）。

（2）图中发酵瓶中葡萄汁的量是否恰当？

为什么？

提示　不恰当，因为葡萄汁的量不能超过发酵瓶体积的2/3，而且不能将排气口淹没。

（3）醋酸菌进行醋酸发酵时，无论是利用糖源还是酒精，甲都需要打开，请说明原因。

提示　醋酸菌是好氧细菌，在发酵过程中始终需要氧气，如果氧气中断则会引起醋酸菌的死亡。

（4）果酒搁置时间过久为什么会有酸味？

提示　醋酸菌在缺乏糖源时，可以将酒精转化为乙醛，再将乙醛转化为醋酸。

命题点一　果酒、果醋制作原理的理解

1.（2019·西安调研）如图表示果酒和果醋制作过程中的物质变化，下列叙述正确的是（　　）

A.过程①和②都只能发生在缺氧条件下

B.过程①和③都发生在酵母菌细胞的线粒体中

C.过程③和④都需要氧气的参与

D.过程①～④所需的最适温度基本相同

答案　C

解析　有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段相同，均发生在细胞质基质中，产物是丙酮酸，而丙酮酸产生乙醇只能发生在无氧呼吸过程中，A、B项错误；③过程属于有氧呼吸第二、三阶段，第三阶段需要氧气参与，④过程是制作果醋的过程，需醋酸菌参与，醋酸菌是一种好氧细菌，因此④过程也需要氧气参与，C项正确；制作果酒时，最适温度为18～25℃，而制作果醋时，最适温度为30～35℃，D项错误。

2.果酒是以新鲜水果或果汁为原料，经全部或部分发酵配制而成的，酒精度为7%～18%。

在果酒的基础上继续发酵可得到果醋。

下列有关果酒和果醋制作的叙述中，正确的是（　　）

A.果酒和果醋的制作都是由酵母菌完成的

B.在果酒制作过程中要定期拧松瓶盖排放CO2

C.传统的葡萄酒制作一定需要人工接种菌种

D.葡萄汁装入发酵瓶时，要将瓶装满

答案　B

解析　果酒的制作离不开酵母菌，果醋的制作由醋酸菌完成，A错误；在果酒制作过程中，定期排放CO2，避免容器内压力过大，B正确；传统的葡萄酒制作中起主要作用的是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌，C错误；葡萄汁装入发酵瓶时，要留有大约1/3的空间，D错误。

命题点二　果酒、果醋制作的过程和装置分析

3.（2018·海南，30）葡萄酒是葡萄汁经酵母菌发酵而成的。

酿制葡萄酒的两个简易装置如图所示。

回答下列问题:

（1）试管中的X溶液有助于维持甲装置的瓶中气压相对稳定，与乙装置相比，用甲装置酿制葡萄酒的优点是____________________________________________________________________

_________________________________________________________________（答出两点即可）。

（2）葡萄汁装入甲装置时，要留有约1/3的空间，这种做法的目的是________________________

_________________________________________________________________（答出两点即可）。

（3）某同学若用乙装置进行发酵，并设置两个不同处理组（乙A和乙B），乙A装置中保留一定量的氧气，乙B装置中没有氧气。

在其他条件相同且适宜的情况下，测得一段时间内乙A和乙B中酒精含量的变化趋势及乙A中氧气含量的变化趋势，如曲线图所示。

图中曲线①、②、③依次表示______________、______________、______________含量的变化趋势。

（4）从细胞呼吸类型看，酵母菌属于________生物；从同化作用的类型看，酵母菌属于________（填“自养”或“异养”）生物。

答案　

（1）不需要开盖放气；避免了因开盖引起的杂菌污染

（2）为酵母菌大量繁殖提供适量的氧气；防止发酵旺盛时汁液溢出　（3）乙A中的氧气　乙B中的酒精　乙A中的酒精　（4）兼性厌氧　异养

解析　

（1）试管中的X溶液有助于维持甲装置的瓶中气压相对稳定，与乙装置相比，用甲装置酿制葡萄酒的优点是不需要开盖放气；避免了因开盖引起的杂菌污染。

（2）葡萄汁装入甲装置时，要留有约1/3的空间，这种做法的目的是为酵母菌大量繁殖提供适量的氧气；防止发酵旺盛时汁液溢出。

（3）分析题意可知，图中曲线①、②、③依次表示乙A中的氧气、乙B中的酒精、乙A中的酒精含量的变化趋势。

（4）从细胞呼吸类型看，酵母菌属于兼性厌氧生物；从同化作用的类型看，酵母菌属于异养生物。

考点二　腐乳和泡菜的制作

1.腐乳的制作

（1）制作原理

毛霉等微生物能产生蛋白酶、脂肪酶，可分解有机物。

①蛋白质

氨基酸＋小分子的肽。

②脂肪

甘油＋脂肪酸。

（2）制作流程

直接接种或利用空气中的毛霉孢子

↓

↓

↓

2.泡菜的制作

（1）菌种来源:

附着在蔬菜上的乳酸菌。

（2）制作原理:

在无氧条件下，乳酸菌将葡萄糖分解成乳酸。

反应式:

C6H12O6→2C3H6O3。

（3）制作流程

归纳总结

　传统发酵技术中四种常用菌种的比较

项目

酵母菌

醋酸菌

毛霉

乳酸菌

生物学分类

真核生物

原核生物

真核生物

原核生物

代谢类型

异养兼性厌氧型

异养需氧型

异养需氧型

异养厌氧型

发酵条件

前期需氧，后期不需氧

一直需氧

一直需氧

无氧

生长适宜温度

18～25°C

30～35°C

15～18°C

室温

生产应用

酿酒、发面

酿醋

制作腐乳

制作酸奶、泡菜

1.判断关于腐乳制作的叙述

（1）制作腐乳的菌种只有毛霉（　×　）

（2）腐乳制作利用了毛霉等微生物的蛋白酶和脂肪酶（　√　）

（3）将长满毛霉的豆腐装瓶腌制时，底层和近瓶口处需加大用盐量（　×　）

（4）在腐乳制作过程中加入香辛料既能调节风味，还具有防腐杀菌作用（　√　）

（5）在腐乳制作过程中，盐的用量要适宜，酒的含量一般控制在12%左右（　√　）

2.判断关于泡菜制作的叙述

（1）泡菜制作的菌种主要是醋酸菌（　×　）

（2）制作泡菜时，盐水煮沸后可以立即使用（　×　）

（3）泡菜坛的选择、发酵过程中坛沿要注满水都有利于泡菜的无氧发酵（　√　）

（4）泡菜的制作前期需要通入氧气，后期应严格保持无氧条件（　×　）

（5）与人工接种的发酵相比，自然发酵获得的产品品质更好（　×　）

下图是泡菜在腌制过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化规律，据图分析:

（1）从生物间的相互关系和条件变化分析，乳酸菌呈现这种变化规律的原因是什么？

提示　发酵初期以不产酸的大肠杆菌和酵母菌的活动为主，同时还有一部分硝酸盐还原菌在该时期利用氧气，产生了无氧环境，乳酸菌开始活动；发酵中期由于乳酸菌产生了大量乳酸，其他细菌活动受到抑制，乳酸菌活动增强；发酵后期由于乳酸的积累，酸度继续增长，乳酸菌活动也受到抑制，乳酸菌数量下降。

（2）乳酸含量开始很低，中后期急剧增加的原因是什么？

提示　发酵初期有氧气，乳酸菌活动较弱，中后期氧气含量减少，乳酸菌大量繁殖，乳酸的量迅速积累。

（3）分析亚硝酸盐的含量变化的原因。

提示　发酵初期，乳酸菌和乳酸的量都比较少，而由于硝酸盐还原菌的活动，亚硝酸盐含量逐渐增加；后期由于硝酸盐还原菌受抑制，同时形成的亚硝酸盐又被分解，因而亚硝酸盐含量下降。

命题点一　腐乳的制作原理和过程分析

1.（2018·芜湖调研）下列关于“腐乳的制作”的实验，叙述正确的是（　　）

A.控制发酵温度的主要目的是腐乳调味

B.腐乳制作后期加入香辛料和料酒有防腐作用

C.毛霉的主要作用是分解脂肪和淀粉

D.成品腐乳表面的粘性物质主要由细菌产生

答案　B

解析　温度通过影响酶的活性影响腐乳发酵，控制发酵的温度主要有利于毛霉等微生物的生长和腐乳发酵，A项错误；香辛料和料酒都能抑制微生物的生长，具有防腐作用，B项正确；毛霉的主要作用是产生蛋白酶和脂肪酶，将蛋白质和脂肪分解成小分子化合物，C项错误；成品腐乳表面的粘性物质主要是毛霉产生的，毛霉属于真菌，D项错误。

2.腐乳是我国民间传统发酵食品，味道鲜美，营养丰富，风味独特，易于消化。

请回答下列问题:

（1）在腐乳的制作中，起主要作用的微生物是________，它与乳酸菌在结构上的主要区别是________________________________________________________________________。

（2）腐乳含有丰富的氨基酸、甘油、脂肪酸等小分子物质，与此有关的物质变化有________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

参与这些物质变化的酶有_____________________________________________________。

（3）腐乳的制作过程中需加盐腌制，那么用盐腌制的目的是____________________________

________________________________________________________________________。

要控制盐的用量，因为___________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）在腐乳的制作中，卤汤是由酒及各种香辛料配制而成的。

卤汤中酒的含量应控制在12%左右的原因是_____________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）毛霉　毛霉有以核膜为界限的细胞核

（2）蛋白质→小分子的肽、氨基酸，脂肪→甘油、脂肪酸　蛋白酶、脂肪酶　（3）抑制微生物的生长，避免豆腐块腐败变质；析出豆腐中的水分，使豆腐块变硬，在后期的制作过程中不会过早酥烂　盐的浓度过低，不足以抑制微生物的生长，可能导致豆腐腐败变质；盐的浓度过高，会影响腐乳的口味　（4）酒精含量过高，腐乳成熟的时间将会延长；酒精含量过低，不足以抑制微生物的生长，可能导致豆腐腐败

解析　

（1）在腐乳的制作中，起主要作用的微生物是毛霉，毛霉为真核生物，乳酸菌为原核生物，毛霉与乳酸菌在结构上的主要区别是毛霉有以核膜为界限的细胞核。

（2）腐乳的制作主要是利用了毛霉等真菌，因为毛霉能产生蛋白酶和脂肪酶，它们能将大分子物质水解成小分子物质，从而易于吸收。

与此有关的物质变化有蛋白质→小分子的肽、氨基酸，脂肪→甘油、脂肪酸。

（3）腐乳的制作过程中用盐腌制的目的是盐能抑制微生物的生长，避免豆腐块腐败变质；加盐还可以析出豆腐中的水分，使豆腐块变硬，在后期的制作过程中不会过早酥烂。

但要控制盐的用量，因为盐的浓度过低，不足以抑制微生物的生长，可能导致豆腐腐败变质；盐的浓度过高，会影响腐乳的口味。

（4）在腐乳的制作中，卤汤中酒的含量应控制在12%左右，若酒精含量过高，腐乳成熟的时间将会延长；若酒精含量过低，不足以抑制微生物的生长，可能导致豆腐腐败。

命题点二　泡菜的制作原理和过程分析

3.（2018·北京海淀区高三二模）利用卷心菜发酵制作泡菜的过程中，乳酸菌酵母菌细胞数量和pH的变化如图所示。

下列叙述不正确的是（　　）

A.酵母菌和乳酸菌均有核膜包被的细胞核

B.发酵初期乳酸菌建立了明显的菌种优势

C.前6天pH下降主要由乳酸菌代谢引起

D.发酵中期酵母菌通过无氧呼吸进行增殖

答案　A

解析　乳酸菌是原核生物，细胞内没有核膜包被的细胞核，A错误；根据曲线图中乳酸菌和酵母菌的数量变化曲线对比分析可知，发酵初期乳酸菌远多于酵母菌，所以乳酸菌成为了明显的优势菌种，B正确；结合曲线图分析，前6天，由于乳酸菌远多于酵母菌，其产生的乳酸会降低培养液的pH，C正确；由于整个发酵过程都是在无氧环境条件下进行的，在发酵中期，酵母菌明显增多，酵母菌增多只能是通过无氧呼吸增殖，D正确。

4.（2015·广东，29）泡菜是我国的传统食品之一，但制作过程中产生的亚硝酸盐对人体健康有潜在危害，某兴趣小组准备参加“科技创新大赛”，查阅资料得到下图。

（1）制作泡菜时，泡菜坛一般用水密封，目的是______________________________________。

乳酸菌发酵第一阶段的产物有______________________。

（2）据题图，与第3天相比，第8天后的泡菜更适于食用，因为后者____________________；pH值呈下降趋势，原因是__________________________。

（3）该小组得到一株“优选”乳酸菌（亚硝酸盐还原酶活力比普通乳酸菌高5倍），拟参照资料的实验方案和食盐浓度（4%～10%），探究与普通乳酸菌相比用“优选”乳酸菌制作泡菜过程中亚硝酸盐含量的高低，并确定其最适条件，请你设计一个实验结果记录表，并推测实验结论。

答案　

（1）隔绝空气，创造无氧环境，有利于乳酸菌发酵　丙酮酸、[H]、ATP

（2）亚硝酸盐含量较低　乳酸菌发酵产生的乳酸增多

（3）两种乳酸菌在泡菜腌制过程中亚硝酸盐含量变化表

乳酸菌类型及

食盐浓度

亚硝酸

盐含量（mg/kg）

发酵时间（天）

普通乳酸菌

“优选”乳酸菌

4%

5%

……

10%

4%

5%

……

10%

1

2

3

……

10

推测实验结论:

与普通乳酸菌相比，“优选”乳酸菌制作泡菜时，相同条件下产生的亚硝酸盐含量低。

考点三　酶的研究及应用

1.酶的活性与影响酶活性的因素

（1）酶的活性

①概念:

酶催化一定化学反应的能力。

②表示方法:

用在一定条件下，酶所催化的某一化学反应的反应速度来表示。

③酶反应速度的表示方法:

单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量。

（2）影响酶活性的因素:

温度、pH和酶的抑制剂等。

2.探讨加酶洗衣粉的洗涤效果

（1）加酶种类:

蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶。

（2）作用原理:

将大分子的蛋白质、脂肪、淀粉和纤维素分解为小分子物质，提高洗衣粉的去污能力。

（3）实验设计（用对应数字填写下表）

①洗衣粉的种类　②污染物的种类　③洗衣粉的用量　④反应温度　⑤搅拌时间　⑥布料质地

探究内容

自变量

无关变量

普通洗衣粉和加酶洗衣粉的洗涤效果

①

②③④⑤⑥

不同温度下加酶洗衣粉的洗涤效果

④

①②③⑤⑥

不同类型加酶洗衣粉的洗涤效果

①

②③④⑤⑥

3.酶和酵母细胞的固定化

（1）常用的几种固定方式

①是包埋法，是将酶或者细胞包埋在细微的网格里。

②是化学结合法，是将酶或者细胞相互结合或者结合到载体上。

③是物理吸附法，是将酶或者细胞吸附在载体表面上。

（2）酵母细胞的固定化及发酵

酵母细胞的活化→配制CaCl2溶液→配制海藻酸钠溶液→海藻酸钠与酵母细胞混合→固定化酵母细胞→冲洗→发酵。

（1）果胶酶不特指某种酶，而是分解果胶的一类酶的总称（　√　）

（2）用含蛋白酶的洗衣粉去除油渍，效果比其他类型的加酶洗衣粉好（　×　）

（3）棉织物不能使用添加纤维素酶的洗衣粉进行洗涤（　×　）

（4）CaCl2溶液的作用是使海藻酸钠形成凝胶珠（　√　）

（5）固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显（　√　）

某一实验小组的同学，通过制备固定化酵母细胞进行葡萄糖溶液发酵实验，实验装置如下图，请分析:

（1）图中a、b、c分别是什么？

提示　a是固定化酵母细胞，b是反应柱，c是筛板。

（2）从上端漏斗中加入反应液的浓度不能过高的原因是什么？

提示　葡萄糖溶液的浓度过高会使酵母细胞失水过多而死亡。

（3）要想得到较多的酒精，加入反应液后应关闭活塞1和活塞2。

（4）图中的长导管有什么用途？

提示　释放CO2，防止空气中的杂菌进入反应柱。

命题点一　探究酶的活性和加酶洗衣粉

1.在“探究果胶酶的用量”实验中，下列说法不正确的是（　　）

A.实验时可配制不同浓度的果胶酶溶液

B.底物浓度一定时，随酶用量的增大滤出的果汁越多

C.本实验应控制在适宜温度和pH条件下

D.反应液的pH必须相同

答案　B

解析　本实验的自变量是酶用量，温度和pH属于无关变量，因此要控制好，即每个实验组实验前后都应控制相同且适宜的温度和pH。

实验时可配制不同浓度的果胶酶溶液，也可以配制一种浓度的果胶酶溶液，使用不同的体积即可。

在其他条件不变的情况下，一定范围内随着酶用量的增多，酶促反应速度加快，滤出的果汁也增多，当酶用量达到一定量，底物成为限制因素时，再增加酶的用量，酶促反应速度不再增大，滤出的果汁也不再增多。

此外，影响果汁产量的因素，除了酶用量、底物浓度外，还有温度、pH、酶促反应时间等。

2.有人设计实验探究加酶洗衣粉是否能提高去污力并优于普通洗衣粉，实验分为两组，一组衣物用加酶洗衣粉洗涤，另一组衣物用普通洗衣粉洗涤，该实验设计缺少（　　）

A.用加酶洗衣粉洗涤和用适量普通洗衣粉洗涤的对照

B.既不用加酶洗衣粉洗涤也不用普通洗衣粉洗涤（即只用清水）的对照

C.用普通洗衣粉洗涤和用少量加酶洗衣粉洗涤的对照

D.用少量普通洗衣粉洗涤和用大量加酶洗衣粉洗涤的对照

答案　B

解析　该实验的自变量是洗衣粉的种类。

实验设计应分为三组，其中实验组有两组，一组用加酶洗衣粉，一组用普通洗衣粉，另外应有一个空白对照组，即用清水洗涤。

命题点二　固定化酶和固定化酶的应用

3.（2018·无锡一模）下列关于酶技术应用的叙述，正确的是（　　）

A.用包埋法将果胶酶固定化后，其活性明显增强

B.尿糖试纸含有固定化的葡萄糖酶和过氧化氢酶，可以反复使用

C.较长时间保持酶活性，各种酶制剂都应保存在低温的条件下

D.加酶洗衣粉中加入表面活性剂，其目的是促进酶的活性

答案　C

解析　包埋法固定化的果胶酶，可以重复使用，易与产物分离，但不会明显增强酶活性，A错误；尿糖试纸含有固定化的葡萄糖酶、过氧化氢酶和无色物质，但不可以反复使用，B错误；加酶洗衣粉中加入表面活性剂会影响酶的活性，D错误。

4.下列关于制备固定化酵母细胞的操作，正确的是（　　）

A.制备好海藻酸钠溶液后，要立即将其与酵母细胞混合以防凝固

B.制备固定化酵母细胞的过程中需用到注射器

C.以恒定的速度把混合液注射到CaSO4溶液中

D.凝胶珠在CaCl2溶液中应浸泡10min左右

答案　B

解析　应将海藻酸钠溶液冷却至室温，再加入已活化的酵母细胞，否则会把酵母细胞杀死，A错误；应以恒定的速度把混合液滴加到CaCl2溶液中，而不是CaSO4溶液中，C错误；凝胶珠在CaCl2溶液中应浸泡30min左右，D错误。

考点四　生物技术在其他方面的应用

1.蛋白质的提取与分离

（1）方法及原理

方法

原理

凝胶色谱法

根据相对分子质量的大小分离蛋白质

电泳法

利用了各种分子带电性质的差异以及分子本身大小、形状的不同，使带电分子产生不同的迁移速度进行分离

（2）实验操作程序

样品处理:

红细胞的洗涤→血红蛋白的释放→分离血红蛋白溶液

　↓

粗分离:

用透析法除去样品中相对分子质量较小的杂质

　↓

纯化:

用凝胶色谱法对血红蛋白进行分离和纯化

　↓

纯度鉴定:

用SDS－聚丙烯酰胺凝胶电脉法来测定蛋白质的相对分子质量，即对血红蛋白进行纯度鉴定

2.植物有效成分提取的三种常用方法

提取方法

水蒸气蒸馏法

压榨法

萃取法

实验原理

利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来

通过机械加压，压榨出果皮中的芳香油

使芳香油溶解在有机溶剂中，蒸发溶剂获得芳香油

方法步骤

①水蒸气蒸馏

②分离油层

③除水过滤

①石灰水浸泡、漂洗

②压榨、过滤、静置

③再次过滤

①粉碎、干燥

②萃取、过滤

③浓缩

适用范围

适用于提取玫瑰油、薄荷油等挥发性强的芳香油

适用于柑橘、柠檬等易焦糊原料的提取

适用范围广，要求原料的颗粒要尽可能细小，能充分浸泡在有机溶剂中

优点

简单易行，便于分离

生产成本低，易保持原料原有的结构和功能

出油率高，易分离

局限性

水中蒸馏会导致原料焦糊和有效成分水解等问题

分离较为困难，出油率相对较低

使用的有机溶剂处理不当会影响芳香油的质量

1.判断蛋白质的提取与分离的叙述

（1）洗涤红细胞时使用生理盐水可防止红细胞破裂（　√　）

（2）透析袋能使大分子自由进出，而将小分子保留在袋内（　×　）

（3）在凝胶色谱法分离过程中，血红蛋白比分子量较小的杂蛋白移动慢（　×　）

（4）凝胶色谱法和电泳法的原理相同（　×　）

2.判断植物有效成分提取的叙述

（1）植物芳香油的提取方法有蒸馏、压榨和萃取等，根据提取的芳香油的用途选择提取的方法（　×