1、专题二十三 生物技术在其他方面的应用 本专题知识琐碎,细节较多,以对实验的学习和理解为主,进一步要求学以致用。细节方面还是强调记忆的重要性,很多知识点即使一开始不明白,强行记忆之后逐渐也会在做题中理解。以此为本,再辅以大量练习,在平时答题过程中有目的地注意加深对细节的记忆,理解题目中的实验为何如此设计。先入题海认清事实,才能更好地理解课本的知识,再跳出题海,实现对知识的精准把握。本专题在考查过程中变化不大,只要牢记各小知识点,理解实验整体设计思路,并且多加练习避免遗忘,基本都能很好地掌握。复旦大学 柴晴圆 高频考点 考纲内容 高考示例 考查频度 考查趋向 特定成分的提取、分离及运用发酵加工食品
2、的方法 1.从材料中提取某些特定的成分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.蛋白质的提取和分离 2017课标全国,372017课标全国,372015课标全国,39 5 年 3 考 侧重考查玫瑰精油、胡萝卜素等物质的提取实验的方法、原理及相关的操作流程 考点52 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 特定成分的提取、分离及运用发酵加工食品的方法 1.(2017课标全国,37,15分,较低难度)豆豉是大豆经过发酵制成的一种食品。为了研究影响豆豉发酵效果的因素,某小组将等量的甲、乙两菌种分别接入等量的A、B两桶煮熟大豆中并混匀,再将两者置于适宜条件下进行发酵,并在3
3、2 h内定期取样观测发酵效果。回答下列问题。(1)该实验的自变量是 、。(2)如果发现发酵容器内上层大豆的发酵效果比底层的好,说明该发酵菌是 。(3)如果在实验后,发现32 h内的发酵效果越来越好,且随发酵时间呈直线上升关系,则无法确定发酵的最佳时间;若要确定最佳发酵时间,还需要做的事情是 。考点52 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练(4)从大豆到豆豉,大豆中的成分会发生一定的变化,其中,蛋白质转变为 ,脂肪转变为 。【答案】(1)菌种 发酵时间(2)好氧菌(3)延长发酵时间,观测发酵效果,最好的发酵效果所对应的时间即为最佳发酵时间(4)氨基酸和肽 脂肪酸和甘油【解析】(1)由题干可知,
4、该实验的自变量是菌种和发酵时间。(2)上层可接触到空气,如果上层发酵效果比底层好,说明该发酵菌为好氧菌。(3)如果在32 h内发酵效果越来越好,且随发酵时间呈直线上升关系,说明32 h还不是最佳发酵时间。若要确定最佳发酵时间,应适当延长发酵时间,观测发酵效果,最好的发酵效果所对应的时间为最佳发酵时间。(4)在发酵过程中,发酵菌分泌的酶会将蛋白质分解为氨基酸和肽,将脂肪分解为脂肪酸和甘油。考点52 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 2.(2017课标全国,37,15分,较低难度)绿色植物甲含有物质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。其提取流程为:植物
5、甲粉碎加溶剂振荡收集提取液活性炭处理过滤去除活性炭蒸馏(含回收溶剂)重结晶成品。回答下列问题。(1)在提取物质W时,最好应选用的一种原料是 (填“高温烘干”“晾干”或“新鲜”)的植物甲,不宜选用其他两种的原因是 。(2)提取物质W时,振荡的作用是。(3)活性炭具有很强的吸附能力,在提取过程中,用活性炭处理提取液的目的是。(4)现有丙酮(沸点56)、乙醇(沸点约78)两种溶剂,在提取物质W时,应选用丙酮作为提取剂,理由是 。(5)该实验操作过程中应注意的事项是 (答出两点即可)。考点52 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练【答案】(1)晾干 高温烘干过程中,植物甲中的物质W易被破坏;新鲜的植
6、物甲含水量高,用于提取的极性有机溶剂会被水稀释,进而降低对物质W的提取效果(2)使原料和溶剂充分混匀(3)去除提取液中的色素(4)丙酮沸点低于乙醇,蒸馏时物质W分解较少(5)在温度较低的情况下操作,防火【解析】(1)由于物质W受热、受潮易分解,所以在提取物质W时,不应选用高温烘干的植物甲;新鲜的植物甲中含水量高,会稀释用于提取物质W的极性有机溶剂,从而降低提取的物质W的浓度。(2)提取物质W时,振荡有利于物质W充分溶于有机溶剂。(3)在提取过程中,用活性炭处理提取液有利于去除提取液中的色素。(4)在提取物质W时,温度过高会导致物质W分解过多。丙酮沸点相对较低,适合作为提取剂。(5)根据题干信息
7、,物质W受热易分解,所以应注意温度控制;提取剂用的是丙酮,丙酮易挥发,对人体有害,所以应及时通风;为了减少W分解,操作要快速;另外还要注意防火。考点52 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 3.(2015课标全国,39,15分,较低难度)回答与胡萝卜素有关的问题。(1)胡萝卜含有的胡萝卜素中,最主要的是 (填“-胡萝卜素”“-胡萝卜素”或“-胡萝卜素”),该胡萝卜素在人体内可以转变成两分子 ,后者缺乏会引起人在弱光下视物不清的病症,该疾病称为 。胡萝卜素是 (填“挥发性”或“非挥发性”)物质。(2)工业生产上,用养殖的岩藻作为原料提取胡萝卜素时,(填“需要”或“不需要”)将新鲜的岩藻干燥。
8、(3)现有乙醇和乙酸乙酯两种溶剂,应选用其中的 作为胡萝卜素的萃取剂,不选用另外一种的理由是 。考点52 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练【答案】(1)-胡萝卜素 维生素A 夜盲症 非挥发性(2)需要(3)乙酸乙酯 萃取胡萝卜素的有机溶剂应不与水混溶,而乙醇为水溶性有机溶剂(其他合理答案也可)【解析】本题考查胡萝卜素的作用及提取。(1)胡萝卜中含有的主要是-胡萝卜素,-胡萝卜素在人体内可转变成维生素A。维生素A缺乏可导致夜盲症。胡萝卜素没有挥发性。(2)将新鲜的岩藻干燥可除去其中大量的水分,有利于胡萝卜素的提取。(3)作为萃取胡萝卜素的萃取剂要有较高的沸点、能充分溶解胡萝卜素且与水不混溶
9、。胡萝卜素虽可溶于乙醇,但乙醇是水溶性有机溶剂,萃取中能与水混溶而影响萃取效果,所以不能用乙醇作萃取剂。考点52 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 4.(2013山东理综,34,8分,较低难度)胡萝卜素是一种常用的食用色素,可分别从胡萝卜或产胡萝卜素的微生物菌体中提取获得,流程如下:(1)筛选产胡萝卜素的酵母菌R时,可选用 或平板划线法接种。采用平板划线法接种时需先灼烧接种环,其目的是 。(2)培养酵母菌R时,培养基中的蔗糖和硝酸盐可分别为酵母菌R的生长提供 和 。考点52 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练(3)从胡萝卜中提取胡萝卜素时,干燥过程应控制好温度和 以防止胡萝卜素分解;
10、萃取过程中宜采用 方式加热以防止温度过高;萃取液浓缩前需进行过滤,其目的是 。(4)纸层析法可用于鉴定所提取的胡萝卜素,鉴定过程中需用胡萝卜素标准品作为 。【答案】(1)稀释涂布平板法(或稀释混合平板法)灭菌(或防止杂菌污染)(2)碳源 氮源(3)时间 水浴 滤去不溶物(4)(实验)考点52 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练【解析】(1)筛选纯化产胡萝卜素的酵母菌R时,可用平板划线法或稀释涂布平板法,接种时需先灼烧接种环,目的是去除上面附着的杂菌。(2)微生物的生长需要碳源、氮源、水、无机盐等,蔗糖可提供碳源,硝酸盐可提供氮源。(3)提取胡萝卜素时,干燥过程需要控制好温度和时间,防止胡萝
11、卜素分解。萃取过程中易采用水浴方式加热,以防止温度过高。过滤的目的是滤去不溶物。(4)鉴定过程需要用胡萝卜素标准品作为对照。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点52 1.植物有效成分的提取 方法 原 理 操作流程 玫瑰精油的提取 水蒸气蒸馏法 利用水蒸气将挥发性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 鲜玫瑰花+清水水蒸气蒸馏油水混合物分离油层除水玫瑰油 橘皮精油的提取 压榨法 将油分挤压出来,经分离水分后可得到精油 石灰水浸泡漂洗压榨过滤静置再次过滤橘皮油 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点52 方法 原 理 操作流程 胡萝卜素的提取 萃
12、取法 利用化合物在两种互不相溶(或微溶)的溶剂中溶解度或分配系数不同,使化合物从一种溶剂中转移到另一种溶剂中 胡萝卜粉碎干燥萃取过滤浓缩胡萝卜素 2.DNA的粗提取(1)DNA提取和分离的原理 DNA和蛋白质等其他成分在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同,利用这一特点,选择适当的盐浓度就能使DNA充分溶解,而使杂质沉淀,或者相反,以达到分离目的。此外,DNA不溶于酒精溶液,但是细胞中的某些蛋白质则溶于酒精。利用这一原理,可以将DNA与蛋白质进一步分离。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点52(2)实验步骤 材料的选取选用DNA含量相对较高的生物组织 破碎细胞(以鸡血为例)鸡血细胞加蒸馏
13、水用玻璃棒搅拌用纱布过滤收集滤液 去除杂质利用DNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同,通过控制NaCl溶液的浓度去除杂质 DNA的析出将处理后的溶液过滤,加入与滤液体积相等的、冷却的体积分数为95%的酒精溶液 的鉴定在溶有的溶液中加入二苯胺试剂 混合均匀后将试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点52 典例导引(2017重庆模考,39)回答下列有关植物有效成分提取的问题。(1)从胡萝卜中提取胡萝卜素时,通常在萃取前要将胡萝卜粉碎和 ,以提高萃取效率。鉴定萃取物中是否含有胡萝卜素时,通常可采用 法,在鉴定的过程中需要用 作为对照。(2)用水蒸气蒸馏法提取薄荷油时,在油水混合物中加入氯化钠的
14、作用是 ,分离出的油层中加入无水硫酸钠的作用是 ,除去固体硫酸钠的常用方法是 。(3)橘皮精油的有效成分在用水蒸气蒸馏时会发生部分水解,使用水中蒸馏法又会产生 的问题,所以一般采用 法。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点52【解析】(1)为提高萃取效率,从胡萝卜中提取胡萝卜素时,需要在萃取前将胡萝卜粉碎和干燥。通常采用纸层析法鉴定萃取物中是否含有胡萝卜素,在鉴定的过程中需要用标准样品作为对照。(2)水蒸气蒸馏法提取薄荷油时,为使油层和水层分离,需在油水混合物中加入氯化钠;分离出的油层中加入无水硫酸钠的作用是除去少量的水,除去固体硫酸钠的常用方法是过滤。(3)由于橘皮精油的有效成分在用
15、水蒸气蒸馏时会发生部分水解,使用水中蒸馏法又会产生原料焦糊的问题,所以一般采用压榨法提取橘皮精油。【答案】(1)干燥 纸层析 标准样品(2)有利于油层和水层的分离 除去少量的水 过滤(3)原料焦糊 压榨 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点52 高招图表法比较蒸馏、压榨与萃取 提取方法 适用范围 优 点 局限性 水蒸气蒸馏 适用于提取玫瑰油、薄荷油等挥发性强的芳香油 简单易行,便于分离 水中蒸馏会导致原料焦糊和有效成分水解等问题 压榨法 适用于柑橘、柠檬等易焦糊原料中芳香油的提取 生产成本低,易保持原料原有的结构和功能 分离较为困难,出油率相对较低 有机溶剂萃取 适用范围广,要求原料的
16、颗粒要尽可能细小,能充分浸泡在有机溶剂中 出油率高,易分离 使用的有机溶剂处理不当会影响芳香油的质量 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点52 1.(2017湖南联考,39)受中医古籍肘后备急方中将青蒿“绞汁”用药的启发,屠呦呦采用低温提取的方法,从黄花蒿中直接提取得到青蒿素,是治疗疟疾的特效药。青蒿素易溶于有机溶剂,不溶于水,不易挥发,对热不稳定。回答下列问题。(1)青蒿素的提取 (填“适宜”或“不宜”)采用水蒸气蒸馏法提取,原因是 。(2)屠呦呦采用乙醚浸提法提取青蒿素,其提取流程与胡萝卜素的提取具有相似之处。在用乙醚浸泡提取前,先要对黄花蒿茎叶进行 和干燥,以提高萃取效率;干燥过
17、程应控制好 和干燥时间,以防止 。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点52(3)假设对提取到的青蒿素通过纸层析法进行鉴定,结果如图所示,则A、B、C、D四点中,属于提取样品的点是 ,代表的物质是 。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点52【答案】(1)不宜 青蒿素不易挥发,且对热不稳定(2)粉碎 干燥温度 青蒿素分解(3)BC 杂质【解析】(1)水蒸气蒸馏法适于提取挥发性物质。根据题干信息可知,青蒿素不易挥发,且对热不稳定,不宜采用水蒸气蒸馏法提取。(2)由于青蒿素易溶于有机溶剂,不溶于水,从黄花蒿中直接提取青蒿素应采用萃取法,提取前,先要对黄花蒿茎叶进行粉碎和干燥,以提高萃取
18、效率;干燥过程应控制好干燥温度和干燥时间,以防止青蒿素分解。(3)A、B、C、D 4点中,属于标准样品的样点是A和D,提取样品的样点是B和C;由于A、D点是标准样品,所以层析后代表的是青蒿素层析带,代表的是杂质。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点52 2.(2017江西九江模拟,39)请回答下列有关提取植物有效成分的问题。(1)玫瑰精油是制作高级香水的主要成分,其适合用水蒸气蒸馏法提取,理由是玫瑰精油具有 的性质。将鲜玫瑰花瓣和清水经水蒸气蒸馏后收集到的产物是 。当蒸馏瓶中的水和原料量一定时,蒸馏过程中影响玫瑰精油提取量的主要因素有蒸馏时间和 。(2)橘皮精油是食品、化妆品和香水配料
19、的优质原料,一般采用压榨法从柑橘皮中提取。为了提高出油率,需要将新鲜的柑橘皮 ,并用石灰水浸泡。压榨橘皮时,一般加入相当于橘皮质量0.25%的小苏打和5%的Na2SO4,并调节pH至78,其目的是 。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点52(3)胡萝卜素是常用的食品色素,还可用于治疗因缺乏维生素A而引起的各种疾病,常采用萃取法从胡萝卜中提取。在对新鲜的胡萝卜进行干燥时,应注意控制好温度和时间,原因是 会导致胡萝卜素分解。在萃取胡萝卜素的过程中,应该采用 加热。提取的胡萝卜素粗品可通过纸层析法进行鉴定,其原理是 。【答案】(1)易挥发、难溶于水、化学性质稳定 油水混合物 蒸馏温度(2)干
20、燥去水 使橘皮油易于与水分离(3)温度太高和干燥时间太长 水浴 不同的色素在层析液中的溶解度不同,随层析液在滤纸上的扩散速度不同 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点52【解析】(1)玫瑰精油具有易挥发、难溶于水、化学性质稳定等性质,故适合用水蒸气蒸馏法提取。蒸馏时许多因素都会影响产品的品质,如蒸馏温度、蒸馏时间等。(2)新鲜的柑橘皮中含有大量的果蜡、果胶和水分,为了提高出油率,需要将其干燥去水。为了使橘皮油易于与水分离,压榨橘皮时一般加入相当于橘皮质量0.25%的小苏打和5%的Na2SO4,并调节pH至78。(3)在对新鲜的胡萝卜进行干燥时,温度太高、干燥时间太长会导致胡萝卜素分解,
21、所以应注意控制好温度和时间。萃取胡萝卜素的有机溶剂是易燃物,直接使用明火加热容易引起燃烧、爆炸,故萃取过程常采用水浴加热。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点52 3.(2017江西南昌二模,37)请回答下列有关胡萝卜素提取的问题。(1)从植物中提取胡萝卜素常用的方法是 ,所用溶剂具有 的特点。(2)萃取前,要将胡萝卜进行粉碎和干燥,新鲜的胡萝卜干燥处理时要注意控制 。(3)因为有机溶剂易燃,萃取时应采用 方式加热。为了防止加热时有机溶剂挥发,还要在加热瓶口安装 装置,而萃取液可进一步用蒸馏装置进行 处理。(4)鉴定胡萝卜素粗品的方法是 。在18 cm30 cm滤纸下端距底边2 cm处
22、做一基线,在基线上取A、B、C、D四点,用最细的注射器针头分别吸取0.10.4 mL溶解在石油醚中的 样品和提取样品,在A、D和B、C点上点样。点样液挥发干后,将滤纸卷成圆筒状,置于装有1 cm深的石油醚的密封玻璃瓶中进行层析。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点52【答案】(1)萃取法 较高的沸点,能充分溶解胡萝卜素,且不与水混溶(2)温度和时间(3)水浴加热 回流冷凝(冷凝管)浓缩(4)纸层析法 标准 【解析】(1)从植物中提取胡萝卜素常用的方法是萃取法,所用溶剂具有较高沸点、能充分溶解胡萝卜素、且不与水混溶的特点。(2)萃取前干燥处理胡萝卜时要注意处理的温度和时间。(3)由于有机
23、溶剂易燃,所以加热时要避免明火加热,采用水浴加热的方法;通过加热瓶口安装回流冷凝装置防止有机溶剂挥发;萃取液可进一步用蒸馏装置进行浓缩处理。(4)鉴定胡萝卜素的方法是纸层析法;纸层析时为了对照需要取标准样品和提取样品。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点52 4.(2017辽宁大连二模,37)紫甘蓝花青素属于黄酮类化合物,极性较高,可溶于水或甲醇、乙醇等有机溶剂中。研究人员对紫甘蓝花青素的提取、分离纯化方法进行了研究。紫甘蓝花青素提取流程如下图所示。回答相关问题。原料洗净切碎加入溶剂调 pH冷却过滤花青素粗品(1)在该流程中,影响紫甘蓝花青素提取效果的主要因素有提取溶剂的性质和用量,同
24、时还受到原料 、含水量以及提取液 、和时间等条件的影响。紫甘蓝花青素的提取条件可以通过设置 实验来摸索。(2)研究人员所做实验表明,蒸馏水和乙醇作为溶剂提取效果较好。丙酮提取液颜色较浅且出现混浊,可能原因是 ,导致提取效果受到影响。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点52(3)图中的酶解过程常使用纤维素酶和果胶酶,目的是 ,增加细胞内花青素物质向提取介质扩散,提高提取效率。(4)经该流程所提取得到的紫甘蓝花青素粗品可以通过纸层析进行鉴定,观察提取粗品的 ,并与 进行比较就可以获得结论。【答案】(1)颗粒大小 pH 温度 对照(2)在提取较少花青素的同时还溶出了很多其他成分 (3)破坏细
25、胞壁(结构)(4)层析带 标准样品 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点52【解析】(1)影响提取效果的因素有原料颗粒的大小、含水量以及提取液的pH、温度和时间等条件的影响;提取条件可通过设置对照实验来摸索。(2)在提取过程中材料中的其他成分也会溶解在丙酮中,从而导致提取效果受到影响。(3)使用纤维素酶和果胶酶的目的是破坏植物细胞壁,增加细胞内花青素和有机溶剂的扩散,提高提取效率。(4)通过纸层析进行鉴定时需要观察得到的层析带,并与标准样品进行比较。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点52 5.(2017山东济南二模,37)下图是某兴趣小组以鲜蓝莓汁为原料,制作果酒和果醋的过程
26、简图,请回答有关问题。(1)为了提高出汁率和澄清度,可在果汁加工过程中加入 酶。将鲜蓝莓汁装入发酵瓶时,要留有大约1/3的空间,其目的是 ,也可防止发酵产生的CO2造成发酵液溢出。(2)在甲过程中,每隔12 h左右要将发酵瓶的瓶盖拧松一次,目的是 。1012 d后,先提纯再在酸性条件下用 检测是否有酒精的产生。(3)某研究小组利用石油醚为溶剂提取蓝莓中的花青素,能否成功?。理由是 。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点52(4)为了从食醋中分离出过程乙所需的微生物,可采用 法将其接种到培养基上纯化培养。使用后的培养基需要进行 处理,以免污染环境。【答案】(1)纤维素酶和果胶 使酵母菌进行有氧呼吸,大量繁殖(2)放出CO2 重铬酸钾(3)否 花青素为水溶性色素,不溶于石油醚(4)平板划线(或稀释涂布平板)灭菌 【解析】(1)为提高出汁率和澄清度,在加工过程中加入纤维素酶和果胶酶;留出1/3的空间,其目的是为酵母菌的繁殖提供氧气,也可防止发酵产生的CO2造成发酵液溢出。(2)发酵过程中拧松瓶盖的目的是放出积累的CO2;酒精的鉴定常用重铬酸钾。(3)花青素易溶于水,所以不能用石油醚提取。(4)分离微生物常用的接种方法是平板划线法(或稀释涂布平板法);使用后的培养基需灭菌后再处理,防止造成环境污染。