Question

14．在啤酒生产过程中，发酵是重要的环节．生产过程大致如下：将经过灭菌的麦芽汁充氧，接入啤酒酵母菌菌种后输入发酵罐．初期，酵母菌迅速繁殖，糖度下降，产生白色泡沫，溶解氧逐渐耗尽．随后，酵母菌繁殖速度迅速下降，糖度加速降低，酒精浓度渐渐上升，泡沫不断增多．当糖度下降到一定程度后，结束发酵．最后分别输出有形物质和鲜啤酒．根据上述过程，回答以下问题：
（1）该过程表明啤酒酵母菌异化作用的特点是进行有氧呼吸又能进行无氧呼吸．
（2）麦芽汁需要经过消毒灭菌，杂菌与酵母菌之间的关系为竞争．
（3）经检测酵母菌消耗的糖中，98%形成了酒精和其他发酵产物，其余2%则是用于酵母菌自身的生长和繁殖．
（4）请分别写出由麦芽糖→葡萄糖，葡萄糖→酒精的反应方程式：C₁₂H₂₂O₁₁+H₂O$\stackrel{酶}{→}$2C₆H₁₂O₆；C₆H₁₂O₆$\stackrel{酶}{→}$2C₂H₅O₁₁+2CO₂+能量．
（5）如果酵母菌消耗的糖（设为麦芽糖，其相对分子质量为342）有98%（质量分数）形成了酒精（相对分子质量为46）和其它发酵产物．设有500t麦芽汁，其中麦芽糖的质量分数为8%，发酵后最多能产生酒精浓度为3%（质量分数）的啤酒703吨．
（6）题中的“白色泡沫”是指气体CO₂．该气体可使溴麝香草酚来水溶液由蓝变绿再变黄．
（7）酒精的检测：橙色的重铬酸钾在酸性条件下与酒精发生反应，变成灰绿色．
（8）科研人员先后两次从发酵罐中取样，测得甲样液的pH值为5.1，乙样液的pH值为4.7．但忘记了取样的先后顺序，你认为先取的是甲样液（填甲或乙）．
（9）科研人员经检测发现，发酵罐中消耗的O₂与产生的CO₂之比为3：13，则发酵罐中经酵母菌有氧呼吸消耗的葡萄糖（C₆H₁₂O₆）占全部葡萄糖的$\frac{1}{11}$．

Answer 1

分析 酵母菌在有氧条件下进行有氧呼吸，在无氧条件下进行无氧呼吸，有氧时酵母菌能通过出芽生殖的方式大量繁殖，种群数量增加很快，无氧时能分解糖类产生酒精，释放出的能量，大部分储存在发酵产物中，极少数用于自身生长发育．

解答 解：（1）据题意可知，首先将经过灭菌的麦芽汁充氧，此时酵母菌在有氧条件下进行有氧呼吸；溶解氧逐渐耗尽后，糖度加速降低，酒精浓度逐渐上升，说明酵母菌在无氧条件下进行无氧呼吸产生酒精．
（2）麦芽汁需要经过消毒灭菌，杂菌与酵母菌之间的关系为竞争．
（3）经检测酵母菌消耗的糖中，98%形成了酒精和其他发酵产物，其余2%则是用于酵母菌自身的生长和繁殖．
（4）麦芽糖的分子式为C₁₂H₂₂O₁₁，而葡萄糖为C₆H₁₂O₆，因此麦芽糖分解成葡萄糖的过程中要加一分子的水．酵母菌无氧呼吸过程中将葡萄糖分解产生酒精和二氧化碳．具体的反应方程式为：C₁₂H₂₂O₁₁+H₂O$\stackrel{酶}{→}$2C₆H₁₂O₆；C₆H₁₂O₆$\stackrel{酶}{→}$2C₂H₅O₁₁+2CO₂+能量．
（5）本题首先计算出麦芽糖的用于发酵的量：500t×8%×98%，由于一分子麦芽糖发酵产生4分子的酒精，因此可以通过麦芽糖量：342=葡萄糖：46×4，计算出酒精量，再根据酒精度计算出啤酒量．C₂H₅OH的分子量为46.0，发酵后最多能生产酒精浓度为3.2%（质量分数）的啤酒为500t×8%×98%×（4×$\frac{46}{342}$）÷3%=703t．
（6）题中的“白色泡沫”是指气体CO₂．该气体可使溴麝香草酚来水溶液由蓝变绿再变黄．
（7）橙色的重铬酸钾在酸性条件下与酒精发生反应，变成灰绿色．
（8）科研人员先后两次从发酵罐中取样，测得甲样液的pH值为5.1，乙样液的pH值为4.7．随着酒精发酵的进行，产生的二氧化碳越来越多，pH值越来越低，故先取的是甲样液．
（9）由题意可知，发酵罐中消耗的O₂与产生的CO₂之比为3：13，设酵母菌有氧呼吸消耗的O₂是3，由有氧呼吸的反应式1葡萄糖～6O₂～6CO₂可得，有氧呼吸产生的CO₂是3，消耗的葡萄糖是0.5；无氧呼吸产生的CO₂是10，根据无氧呼吸的反应式1葡萄糖～2CO₂可得，消耗的葡萄糖5．因此发酵罐中经酵母菌有氧呼吸消耗的葡萄糖（C₆H₁₂O₆）占全部葡萄糖的$\frac{1}{11}$．
故答案为：
（1）进行有氧呼吸又能进行无氧呼吸
（2）竞争
（3）酵母菌自身的生长和繁殖
（4）C₁₂H₂₂O₁₁+H₂O$\stackrel{酶}{→}$2C₆H₁₂O₆      C₆H₁₂O₆$\stackrel{酶}{→}$2C₂H₅O₁₁+2CO₂+能量
（5）703
（6）CO₂ 蓝   黄
（7）橙    灰绿
（8）甲
（9）$\frac{1}{11}$

点评 本题考查了利用呼吸作用原理酿酒的相关知识，要求学生能独立完成“生物知识内容表”所列的生物实验，包括理解实验目的、原理、方法和操作步骤，意在考查学生识记能力和判断能力，运用所学知识综合分析问题的能力，并且能够利用化学方程式进行相关计算，难度适中．