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[生物技术实践]
高频考点72 果醋、果酒的制作原理及发酵条件
1.杨梅果实风味独特,酸甜适中,具有很高的营养价值和保健价值。图1是制作杨梅酒和杨梅醋的流程图。请回答下列问题。
制取发酵液:向杨梅汁中加入白砂糖,将糖的质量分数调至8%,灭菌冷却
↓
酒精发酵:接种酵母菌,恒温发酵
↓
果醋发酵:加入酒精,接种醋酸菌
↓
取样检测:对发酵产物进行检测
图1
(1)传统发酵中,发酵液虽然未经过严格的灭菌处理,但杂菌却不能正常生长繁殖,这是由于果酒发酵的__________________条件抑制了杂菌的生长。
(2)果酒制作过程中,酵母菌无氧呼吸产生酒精的场所是_____________,该阶段应该将温度控制在___________________;温度适宜时果酒发酵时间较短,原因是______________。
(3)杨梅醋的发酵过程中,除去必需的营养物质外,还需要往发酵液中持续地通入______________,发生的化学反应式是______________________。
(4)图2表示果酒发酵过程中,发酵液的糖度(葡萄糖的质量分数)和酒精度(酒精的体积分数)随时间变化的关系。发酵前24 h,糖度变化很小,酒精度上升很慢,其原因是________________。96 h后酒精度和糖度的变化都趋于平缓,其原因是______________。
图2
[解析] (1)大多数微生物的生长需要在氧气充足的环境条件下,因此果酒发酵时缺氧且酸性的环境会抑制杂菌的生长。(2)酵母菌无氧呼吸的场所是细胞质基质,在18~25 ℃的适宜温度下,细胞内与果酒发酵有关的酶活性高,反应速度快。(3)果醋发酵必须有氧气的参与,即使短时间缺氧,反应也会终止。(4)发酵初期,环境中尚有充足氧气,酵母菌主要进行有氧呼吸,大量增殖,因此酒精上升很慢,随着发酵的进行,酒精浓度不断增大、代谢废物不断积累、营养物质消耗殆尽等因素使得发酵过程逐渐趋于停止。
[答案](1)缺氧、酸性 (2)细胞质基质 18~25 ℃ 此时与果酒发酵有关的酶活性高,发酵速度快 (3)无菌氧气(或无菌空气) C2H5OH+O2CH3COOH+H2O (4)此阶段酵母菌主要进行有氧呼吸,大量增殖 营养物质消耗殆尽,高浓度的酒精和代谢废物会抑制酵母菌的代谢而影响发酵
2.北方盛产山楂,常添加白砂糖和酵母菌进行发酵,酿成甜美的山楂酒。如果将山楂酒过滤后稀释下,再添加醋酸菌,在一定条件下发酵,还可生产山楂果醋,据此分析并回答下列问题:
(1)与醋酸菌相比,酵母菌细胞结构的主要特点是________________________。
(2)酒精发酵前加入的白砂糖主要是为菌种提供________(填“碳源”“氮源”或“生长因子”)。如图表示白砂糖的添加量对酒精生成量的影响,白砂糖的添加量为________左右最为合理。
(3)科技人员计划培养“自养”型的菌种,即这些菌种可以固定CO2,从化学反应中获取能量。他们首先对菌种进行基因改造,转入几种固定CO2和获取化学能所需的关键基因,再将它们放在________环境中连续选择培养,200天后,能够“只吃CO2”的菌种终于诞生。
(4)为节省资源,酒精发酵和醋酸发酵可利用同一个装置,但要将温度________,保证空气________。
(5)借鉴前面的发酵经验,某工厂计划大批量生产山楂果醋。为进一步提高产量,预探究果醋的最佳发酵温度。请你简单说明实验思路:_______________
____________________________________________________________________。
[解析] (1)醋酸菌是原核生物,酵母菌是真核生物,二者的主要区别是后者含有核膜包被的细胞核。(2)白砂糖可以为菌种提供碳源,由图可知,白砂糖添加量小于15%时,随着添加量的增多,酒精含量增加,大于15%,白砂糖含量再增加,酒精含量也不再增加。故白砂糖的添加量为15%左右最合理。(3)要培养“自养”型的菌种,应该将经过基因改造的菌种放在不含有机物的环境中,能够存活下来的即为自养型菌种。(4)酒精发酵需要在无氧条件下进行,醋酸发酵需要在有氧条件下进行,故若利用同一个装置进行酒精发酵和醋酸发酵,进行醋酸发酵时需要将温度升高,且需要保证空气流通,保证醋酸菌的有氧呼吸。(5)要探究果醋的最佳发酵温度,需要设置一系列温度梯度分别进行醋酸发酵,醋酸产量最高时对应的温度即为最佳发酵温度。
[答案] (1)含有核膜包被的细胞核 (2)碳源 15% (3)不含有机物 (4)升高 流通 (5)设置一系列的温度梯度进行发酵,果醋产量最高的温度即为最适温度
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