2020高考生物二轮复习专题九生物技术实践第16讲酶的应用生物技术在食品加工及其他方面的应用作业解析版

2020高考生物二轮复习专题九生物技术实践第16讲酶的应用生物技术在食品加工及其他方面的应用作业解析版

第16讲 酶的应用、生物技术在食品加工及其他方面的应用 ‎1．(2019·石家庄二模)环境污染物多聚联苯难以降解，受其污染的土壤中常有重金属污染同时存在。研究发现联苯降解菌内的联苯水解酶是催化多聚联苯降解的关键酶。回答下列问题：‎ ‎(1)为了从富含多聚联苯的环境中分离联苯降解菌，培养基中加入多聚联苯作为________，该培养基属于________(填“选择”或“鉴别”)培养基。用平板划线法纯化该细菌时，第二次划线及其以后划线总是从上次划线的末端开始是为了____________________________________。‎ ‎(2)为了能够反复利用联苯水解酶，可以采用________技术，该技术的另一个优点是______________。‎ ‎(3)若从联苯降解菌中分离并得到纯度较高的联苯水解酶，纯化该酶常用的方法是__________，采用该方法先分离出分子质量________的蛋白质。‎ ‎(4)如图实线表示联苯水解酶催化的反应速度与酶浓度关系，虚线表示在其他条件不变情况下，底物浓度增加一倍，反应速度与酶浓度的关系，能正确表示两者关系的是________。‎ 解析　(1)为了从富含多聚联苯的环境中分离联苯降解菌，应该用以多聚联苯作为唯一碳源的选择培养基培养。用平板划线法纯化该细菌时，在进行第二次及以后的划线操作时要从上一次划线的末端开始划线。每次划线后，线条末端细菌的数目比线条起始处要少，每次从上一次划线的末端开始，能使细菌的数目随着划线次数的增加而逐步减少，最终能得到由单个细菌繁殖而来的菌落。(2)为了能够反复利用联苯水解酶，可以采用固定化酶技术，该技术可使酶与产物分开，提高产物的纯度。(3)纯化该酶常用的方法是凝胶色谱法，该方法是根据相对分子质量的大小来分离蛋白质的有效方法，相对分子质量小的蛋白质容易进入凝胶内部的通道，路程长，移动的速度慢，相对分子质量大的蛋白质不容易进入凝胶内部的通道，路程短，移动的速度快，因此采用该方法先分离出分子质量较大的蛋白质。(4)开始时，酶浓度偏低，底物加不加倍都不能增加反应速度；随着酶浓度增大，反应速度才有区分，‎ 9‎ 故选B项。‎ 答案　(1)唯一碳源　选择　将聚集的菌体逐渐稀释以便获得单个菌落 ‎(2)固定化酶　提高产物的纯度 ‎(3)凝胶色谱法　较大 ‎(4)B ‎2．(2019·湖北模拟)请回答下列与酶和植物有效成分的提取有关的问题：‎ ‎(1)加酶洗衣粉中的酶是用特殊的化学物质包裹的，遇水后包裹层很快溶解，释放出来的酶迅速发挥催化作用。请判断这是否运用了酶的固定化技术，并说明理由。‎ ‎_______________________________________________________________________。‎ ‎(2)如图是表示检测某种碱性蛋白酶去污力的实验结果曲线，该实验的目的是_________________________________。50 ℃时加碱性蛋白酶的最适含量约是________%。‎ ‎(3)某植物的花中含有油性物质A、果肉中含有物质B。物质A是易挥发、难溶于水的无色物质；物质B是易溶于有机溶剂、不溶于水、不易挥发，受潮易分解的有色物质。‎ ‎①根据题干信息判断，提取物质A是________(填“能”“不能”或“不确定能否”)利用水中蒸馏法，原因是______________________‎ ‎________________________________。‎ ‎②物质B可使用________法提取，提取物质B时应选用________(填“干燥”或“新鲜”)的果肉。‎ ‎③以上两种提取得到的植物芳香油，可通过________法进行鉴定。‎ 解析　(1)加酶洗衣粉发挥作用的过程没有体现酶的固定化技术，原因是酶未固定在不溶于水的载体上，也不能重复利用。(2)据图分析可知，该实验的目的是探究40 ℃和50 ℃条件下碱性蛋白酶含量对加酶洗衣粉去污力的影响。图中50 ℃时加酶洗衣粉中碱性蛋白酶的含量达到0.6%时去污力达到最强，是最合适的用量。(3)①根据题意可知，物质A是易挥发、难溶于水的无色物质，可用蒸馏法，但不能确定水中蒸馏时是否会导致原料焦糊或者有效成分的水解，所以不确定能否使用水中蒸馏法提取该物质。②物质B是易溶于有机溶剂、不溶于水、不易挥发，受潮易分解的有色物质，故可以使用萃取法提取，提取该物质时需要将果肉干燥。③题述两种提取得到的植物芳香油，可通过纸层析法进行鉴定。‎ 答案　(1)否，因为酶未固定在不溶于水的载体上，也不能重复利用 ‎(2)探究40 ℃、50 ℃两种温度条件下碱性蛋白酶含量对加酶洗衣粉去污力的影响　0.6‎ 9‎ ‎(3)①不确定能否　不确定水中蒸馏时是否会导致原料焦糊或者有效成分水解　②萃取　干燥　③纸层析 ‎3．(2019·广州二模)某研究小组以橘子为材料，进行精油提取和果汁制取，其中果汁的制取流程如下：‎ 果汁→瞬间高温消毒(90 ℃)→酶处理(45 ℃，1～3 h)→分离→过滤浓缩→瞬间高温消毒(90 ℃)→成品。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)利用橘子皮提取橘皮精油时一般不采用水蒸气蒸馏法而采用压榨法，原因是__________________________________，为提高出油率，应进行的处理是________________________。‎ ‎(2)果汁制作过程中需要进行瞬间高温消毒，与煮沸消毒法相比，这种方法的优点是______________。‎ ‎(3)加入果胶酶进行酶处理的目的是______________________。工业生产中将果胶酶进行固定化，与直接使用游离酶相比，此方法的优点是__________________________________________________(答两点)。‎ ‎(4)在进行果胶酶固定化时，应该控制CaCl2溶液和____________的浓度，以获得孔径大小合适、包埋效果良好的凝胶珠。实验发现，制备时添加了过多果胶酶的凝胶珠成品催化效果反而下降，请从单个酶分子如何发挥作用的角度解释其原因：__________________‎ ‎______________________________。‎ 解析　(1)利用橘子皮提取橘皮精油时一般不采用水蒸气蒸馏法而采用压榨法，原因是压榨法可避免原料焦糊及有效成分水解，为提高出油率，应进行的处理是干燥去水，并用石灰水浸泡。(2)果汁制作过程中需要进行瞬间高温消毒，与煮沸消毒法相比，这种方法的优点是营养成分损失少。(3)植物细胞壁的成分主要是纤维素和果胶，制备果汁时为了提高出汁率，常用果胶酶处理果汁，加入果胶酶进行酶处理的目的是提高出汁率和果汁澄清度。工业生产中将果胶酶进行固定化，与直接使用游离酶相比，此方法的优点是酶可以重复利用，降低生产成本；使酶既能与反应物接触，又易与产物分离。(4)在进行果胶酶固定化时，应该控制CaCl2溶液和海藻酸钠溶液的浓度，以获得孔径大小合适、包埋效果良好的凝胶珠。实验发现，制备时添加了过多果胶酶的凝胶珠成品催化效果反而下降，原因是凝胶珠内酶分子过多使内部酶分子无法与底物充分接触。‎ 答案　(1)压榨法可避免原料焦糊及有效成分水解　干燥去水，并用石灰水浸泡 ‎(2)营养成分损失少 ‎(3)提高出汁率和果汁澄清度　酶可以重复利用，降低生产成本；使酶既能与反应物接触，又易与产物分离 ‎(4)海藻酸钠溶液　凝胶珠内酶分子过多使内部酶分子无法与底物充分接触 9‎ ‎4．(2019·海南)回答下列问题。‎ ‎(1)玫瑰精油可用玫瑰花瓣为原料，采用水蒸气蒸馏法提取。水蒸气蒸馏法的原理是_________________________________________‎ ‎_________________________________________________________。在进行蒸馏时，冷凝管的进水口比出水口________(填“高”或“低”)。蒸馏收集到的乳浊液是玫瑰精油和水的混合物，要得到玫瑰精油，需要向乳浊液中加入NaCl，其目的是________________；得到的油层还需要加入无水Na2SO4，其目的是______________________。‎ ‎(2)某同学在通过发酵制作果酒时，发现在制作原料中添加一定量的糖，可以提高酒精度，原因是______________________________‎ ‎____________________________________________________。在家庭以葡萄为原料制作葡萄酒时，可以不添加酵母菌，原因是__________________________；在制作葡萄酒的过程中，如果密封不严混入空气，发酵液会变酸，可能的原因是____________。‎ 解析　(1)水蒸气蒸馏法是利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来，形成油水混合物，冷却后，混合物又会重新分出油层和水层。在进行蒸馏时，为达到最佳的冷凝效果和防止冷凝管炸裂，进水口比出水口低。蒸馏收集到的乳浊液是玫瑰精油和水的混合物，要得到玫瑰精油，需要向乳浊液中加入NaCl，NaCl可以促进油和水的分离；得到的油层还需要加入无水Na2SO4，以除去芳香油中残留的水分。(2)糖类是主要的能源物质，可以为酵母菌的生长、繁殖提供能源物质，还可以作为酒精发酵的原料，故在通过发酵制作果酒时，在制作原料中添加一定量的糖，可以提高酒精度。家庭中以葡萄为原料制作葡萄酒时，由于葡萄皮上附着有野生的酵母菌，故可以不添加酵母菌；在制作葡萄酒的过程中，如果密封不严混入空气，会造成醋酸菌大量增殖，进行醋酸发酵，发酵液会变酸。‎ 答案　(1)利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来，形成油水混合物，冷却后，混合物又会重新分出油层和水层　低　促进油和水的分离　除去芳香油中残留的水分 ‎(2)糖类是主要的能源物质，可以为酵母菌的生长、繁殖提供能源物质，还可以作为酒精发酵的原料　葡萄皮上附着有野生的酵母菌　醋酸菌大量增殖，进行醋酸发酵 ‎5．(2019·雨花区校级模拟)薄荷叶富含维生素、蛋白质和薄荷油等物质，具有疏散风热、清利咽喉、消炎镇痛的作用。请回答下列问题：‎ ‎(1)提取薄荷油可否用水蒸气蒸馏法？________。原因是 ‎______________________________________________________________________。‎ ‎(2)薄荷叶中含有物质W，该物质为无色针状晶体，易溶于极性有机溶剂，难溶于水，且受热、受潮易分解。若用萃取法提取，现有丙酮(沸点56 ℃)、乙醇(沸点约78 ℃)两种溶剂，在提取物质W时，应选用________作为提取剂，理由是___________________________‎ ‎_____________________________________________。‎ ‎(3)研究小组用凝胶色谱法分离薄荷叶中的无色蛋白质B，在装填色谱柱时不得有气泡存在，‎ 9‎ 原因是_____________________________‎ ‎_______________。用此方法分离薄荷叶中的蛋白质和红细胞中的血红蛋白相比，有何困难之处？______________________________________________________。有人认为可以用盐析法分离该蛋白质，其依据的原理是__________‎ ‎________________。‎ 解析　(1)植物芳香油的提取方法有蒸馏法、压榨法和萃取法。薄荷油的挥发性较强，水蒸气可以将挥发性较强的薄荷油携带出来，因此可利用水蒸气蒸馏法提取。(2)薄荷叶中含有物质W，该物质为无色针状晶体，易溶于极性有机溶剂，难溶于水，且受热、受潮易分解。分析该物质的特点可以确定分离该物质适宜用萃取法，由于该物质受热易分解，因此选取沸点较低的丙酮作为萃取剂，这样在蒸馏时物质W分解较少。(3)装填色谱柱时不得有气泡存在，原因是当有气泡存在时，会搅乱洗脱液中蛋白质的洗脱次序，降低分离效果。蛋白质B没有颜色，分离时无法直观判断什么时候收集洗脱液，只能全部收集，然后通过后期检测再进一步确定目标蛋白存在于哪个收集管中。用盐析法分离该蛋白质的原理是该蛋白质和其他杂质在盐溶液中的溶解度不同。‎ 答案　(1)可以　水蒸气可以将挥发性较强的薄荷油携带出来 ‎(2)丙酮　丙酮沸点低于乙醇，蒸馏时物质W分解较少 ‎(3)气泡会搅乱洗脱液中蛋白质的洗脱次序，降低分离效果　蛋白质B没有颜色，分离时无法直观判断什么时候收集洗脱液　蛋白质和其他杂质在盐溶液中的溶解度不同 ‎6．(2019·赤峰模拟)酵母菌是真核生物，是在人类文明史中被应用的最早的微生物，现今被广泛应用于人们的生活和生产中。请回答下列与酵母菌有关的问题：‎ ‎(1)在测定土壤中微生物的数量时，酵母菌选用102、103、104倍的稀释液进行平板培养，而细菌一般选用104、105、106倍的稀释液进行，原因是__________________________。纯化的菌株如需短时间保存则将菌种接种到________培养基上，并置于4 ℃冰箱中保存。‎ ‎(2)制备固定化酵母细胞的实验步骤是：酵母细胞的活化→配制CaCl2溶液→配制海藻酸钠溶液→海藻酸钠溶液与酵母细胞混合→固定化酵母细胞。‎ ‎①影响实验成败的关键步骤是________________。观察形成凝胶珠的颜色和形状，如果颜色过浅，说明______________________‎ ‎____________________________。实验中CaCl2溶液的作用是__________。‎ ‎②固定化酵母细胞的方法属于________法，一般固定酶时不采用这种方法，原因是____________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________________________________________________________________________________。‎ 解析　(1)由于土壤中细菌的含量比真菌高，因此在测定细菌和真菌的数量时，细菌一般选用104、105、106倍的稀释液进行平板培养，而真菌则选用102、103、104‎ 9‎ 倍的稀释液进行平板培养。临时保存菌种时需要将菌种接种到固体斜面培养基上，并置于4 ℃冰箱中保存。(2)影响制备固定化酵母细胞的实验成败的关键步骤是配制海藻酸钠溶液，若海藻酸钠浓度偏低，则固定的酵母细胞数目较少，制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色；若海藻酸钠的浓度偏高，则导致形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，制作失败，需要再作尝试。实验中CaCl2溶液的作用是使海藻酸钠胶体聚沉，形成凝胶珠。固定化酵母细胞的方法属于包埋法，由于酶分子小，容易从包埋材料中漏出，故固定酶时不采用包埋法。‎ 答案　(1)土壤中酵母菌的数量比细菌少　固体斜面 ‎(2)①配制海藻酸钠溶液　固定化酵母细胞数目较少，海藻酸钠浓度偏低，制作失败　使海藻酸钠形成凝胶珠　②包埋　酶分子小，容易从包埋材料中漏出 ‎7．(2019·河北模拟)酵母菌是酿酒中常用的菌种。回答下列问题：‎ ‎(1)利用酵母菌人工酿造果酒时，葡萄可不经过灭菌处理，原因是____________的环境不适合绝大多数微生物的生存。‎ ‎(2)传统的产酒过程中酵母菌只能利用一次。若将酵母菌中的酶提取出来，可采用____________________法固定酶，酵母细胞多采用包埋法固定的原因是__________________________________。制备固定化酵母细胞常用海藻酸钠作载体，溶解海藻酸钠最好采用____________的方法。还要注意海藻酸钠的浓度要适宜，若浓度低会导致________________________________。‎ ‎(3)提取和分离红细胞中的血红蛋白一般分为四步：样品处理、粗分离、纯化和________。蛋白质分离可采用________法，从洗脱柱先流出来的蛋白质从行程和分子质量的角度看__________________。‎ 解析　(1)由于缺氧、呈酸性的环境不适合绝大多数微生物的生存，因此利用酵母菌人工酿造果酒时，葡萄可不经过灭菌处理。(2)酶分子较小，容易从包埋材料中漏出，因此固定酶常采用化学结合法和物理吸附法；而酵母细胞体积大难以被吸附或结合，因此酵母细胞多采用包埋法固定。制备固定化酵母细胞时，溶解海藻酸钠最好采用小火间断加热的方法，目的是防止海藻酸钠焦糊。还要注意海藻酸钠的浓度要适宜，若浓度低会导致包埋的酵母细胞少，凝胶珠颜色过浅；若浓度高会导致凝胶珠不易成形。(3)提取和分离红细胞中的血红蛋白一般分为四步：样品处理、粗分离、纯化和纯度鉴定。蛋白质分离可采用凝胶色谱法，由于分子质量大的分子不通过多孔凝胶颗粒的间隙，路程短，流动快；分子质量小的分子穿过多孔凝胶颗粒内部，路程长，流动慢，因此从洗脱柱先流出来的蛋白质行程短，分子质量大。‎ 答案　(1)缺氧、呈酸性 ‎(2)化学结合法和物理吸附　酵母细胞体积大难以被吸附或结合　小火间断加热　凝胶珠颜色过浅，包埋的酵母细胞少 ‎(3)纯度鉴定　凝胶色谱　行程短，分子质量大 ‎8．(2019·成都模拟)花青素是一类广泛存在于植物细胞中的天然色素，‎ 9‎ 易溶于甲醇等有机溶剂中，在中性或碱性溶液中不稳定，在60 ℃以下的热稳定性较好。花青素的提取流程如图所示，回答下列问题：‎ 原料洗净→切碎→加入溶剂调节pH冷却过滤→花青素粗品 ‎(1)提取花青素的酶解过程中，通常会使用纤维素酶和果胶酶，其目的是__________。果胶酶是一类酶的总称，包括果胶酯酶、果胶分解酶和__________________等。‎ ‎(2)据图分析可知，影响花青素提取效果的主要因素，除提取溶剂的性质和用量外，同时还受到原料含水量、____________________________(写出两点)等条件的影响。花青素粗品往往采用真空干燥(可使水的沸点降至40 ℃)的方法除去水分，不宜采用加热烘干，原因是________________________。‎ ‎(3)某同学试图通过比色法测定粗品中的花青素含量，请帮助其完善下面的实验步骤。‎ ‎①制备标准显色液：将__________________________加入甲醇溶液中制成颜色深浅不同的系列标准显色液。‎ ‎②制备样品处理液：用电子天平称取一定量的待测样品，加入________溶液中得到样品处理液。‎ ‎③比色：________________________________________________，记录对应的花青素含量。‎ 解析　(1)细胞壁的主要成分为纤维素和果胶，使用纤维素酶和果胶酶，可以去除细胞壁，有利于细胞破裂和花青素的提取。果胶酶是一类酶的总称，包括果胶酯酶、果胶分解酶和多聚半乳糖醛酸酶等。(2)花青素在中性或碱性溶液中不稳定，在60 ℃以下的热稳定性较好，因此溶剂的pH和提取时的温度是影响花青素提取效果的主要因素；原料的颗粒越小，溶剂溶解的时间越长，越有利于花青素的提取。根据题意可知，温度过高会导致花青素分解，因此不宜采用加热烘干，可采用真空干燥(可使水的沸点降至40 ℃)的方法除去水分。(3)通过比色法测定粗品中的花青素含量，利用花青素易溶于甲醇的特点，标准显色液和样品处理液均应用甲醇作为溶剂。①制备标准显色液，可将一系列等质量(浓度)梯度的花青素加入甲醇溶液中制成颜色深浅不同的系列标准显色液。②制备样品处理液：用电子天平称取一定量的待测样品，加入甲醇溶液中得到样品处理液。③比色：将样品处理液与标准显色液进行比较，找出与样品颜色最相近的标准显色液，以确定样品处理液中花青素的含量。‎ 答案　(1)去除细胞壁　多聚半乳糖醛酸酶 ‎(2)pH、温度、颗粒大小、时间　温度过高会导致花青素降解 ‎(3)①一系列等质量(浓度)梯度的花青素　②甲醇　③将样品处理液与标准显色液进行比较，找出与样品颜色最相近的标准显色液 ‎9．(2019·郑州三模)研究生物材料或细胞的某些化学成分时，通常需要对相应的成分进行分离、纯化及鉴定。‎ ‎(1)若要鉴定大肠杆菌可用________培养基，‎ 9‎ 若要筛选、鉴定纤维素分解菌常用________染色法，若要鉴定尿素分解菌则需要在培养基中加入________指示剂。‎ ‎(2)萃取胡萝卜素的装置中，采取水浴加热的原因是________________________________，还要在加热瓶口安装冷凝装置的原因是______________________。‎ ‎(3)从生物材料中得到的蛋白质提取液中往往含有一些无机盐类的小分子，可以用________(填“盐析”或“透析”)的方法去除这些小分子，该方法________(填“能”或“不能”)分离不同的蛋白质。‎ ‎(4)进一步提纯蛋白质可用凝胶色谱法或电泳法，在凝胶色谱法中，所用凝胶的化学本质大多为________类化合物，如______________。分离蛋白质时，最先从层析柱中洗脱出来的是________________的蛋白质分子。‎ ‎(5)SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳中，SDS能使蛋白质发生完全变性，并掩盖蛋白质原有电荷的差别，使得电泳迁移率完全取决于__________，且测定的结果是________(填“单条肽链”或“蛋白质分子”)的分子量。‎ ‎(6)某蛋白质分子用凝胶色谱法测得的分子量为800 kDa(千道尔顿)，但用SDS—聚丙烯酰胺凝胶对该蛋白质分子进行电泳时，只在100 kDa和300 kDa处出现两条带，说明该蛋白质是由________条肽链组成的。‎ 解析　(1)鉴定大肠杆菌可用伊红美蓝培养基，若要筛选、鉴定纤维素分解菌常用刚果红染色法，若要鉴定尿素分解菌则需要在培养基中加入酚红指示剂。(2)萃取胡萝卜素的装置中，采取水浴加热的原因是直接用明火加热容易引起燃烧、爆炸，还要在加热瓶口安装冷凝装置的原因是防止加热时有机溶剂挥发。(3)从生物材料中得到的蛋白质提取液中往往含有一些无机盐类的小分子，可以用透析的方法去除这些小分子，但该方法不能分离不同的蛋白质。(4)在凝胶色谱法中，所用凝胶的化学本质大多为多糖类化合物，如葡聚糖或琼脂糖。分离蛋白质时，最先从层析柱中洗脱出来的是相对分子质量较大的蛋白质分子。(5)SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳中，SDS能使蛋白质发生完全变性，并掩盖蛋白质原有电荷的差别，使得电泳迁移率完全取决于分子的大小，且测定的结果是单条肽链的分子量。(6)某蛋白质分子用凝胶色谱法测得的分子量为800 kDa(千道尔顿)，但用SDS—聚丙烯酰胺凝胶对该蛋白质分子进行电泳时，只在100 kDa和300 kDa处出现两条带，由于SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳会使蛋白质解聚成肽链，说明该蛋白质是由2条不同的肽链组成，可能是由4(100＋100＋300＋300)或6(100＋100＋100＋100＋100＋300)条肽链组成的。‎ 答案　(1)伊红美蓝　刚果红　酚红 ‎(2)直接用明火加热容易引起燃烧、爆炸　防止加热时有机溶剂挥发 ‎(3)透析　不能 ‎(4)多糖　葡聚糖或琼脂糖　相对分子质量较大 ‎(5)分子的大小　单条肽链 ‎(6)4或6‎ 9‎ 9‎