Question

【題目】科研人員利用固定化酵母直接發酵甜菜汁生產燃料乙醇，下圖1表示相關的工藝流程，圖2為不同固定化酵母接種量對發酵的影響。請分析回答：

（1）圖1的步驟①中，溶化海藻酸鈉時要注意__________________，步驟②中加入果膠酶的作用是_____________________。步驟③中進行增殖培養的目的是________________________________________。

（2）圖1的步驟④體現了固定化酵母______________________________的優點。研究表明使用固定化酵母的酒精產量平均值高于游離酵母的對照組，可能的原因是_____________________。

（3）由圖2可知，固定化酵母接種量為______________________時酒精產量最高。接種量過高，酒精產量反而有所降低的原因是___________________。

（4）研究表明，固定化酵母更適于甜菜糖液的發酵環境，由此可以通過_____________的方法來提高固定化酵母對發酵糖液的耐受性，從而達到提高發酵效率的目的。

Answer 1

【答案】 小火加熱或間斷加熱，防止海藻酸鈉焦糊 分解果膠，瓦解細胞壁，提高甜菜汁的出汁率和澄清度 增加酵母菌的數量，提高發酵效率 容易與產物分離，并能重復使用 凝膠珠內部容易產生無氧環境，有利于酒精發酵 15% 酵母菌呼吸的中間產物大量用于自身的生長，導致酒精產量降低（酵母菌生長消耗大量的糖分，使得酒精的產量降低） 緩慢提高發酵液糖度

【解析】

據圖分析，圖1中步驟①表示配置海藻酸鈉溶液固定酵母細胞的過程，步驟②表示榨汁、加酶、過濾后獲取的甜菜汁的過程，步驟③表示固定的酵母細胞的增殖，步驟④表示固定化酵母細胞反復與發酵糖液混合、分離的過程。圖2顯示，固定化酵母菌接種量為5%時，酒精的產量最低，殘糖量最少；在固定化酵母菌接種量為5%-15%時，酒精含量逐漸升高，殘糖量逐漸減少。

（1）步驟①中配置海藻酸鈉溶液時要注意小火加熱或間斷加熱，直到海藻酸鈉溶化為止，以防止海藻酸鈉焦糊；步驟②中榨取的甜菜汁含有果膠，因其不溶于水，會影響出汁率，且導致果汁渾濁，因此該步驟使用果膠酶分解果膠，瓦解細胞壁，以提高甜菜汁的出汁率和澄清度；步驟③是酵母菌快速增殖的過程，可以增加酵母菌的數量，提高發酵效率。

（2）步驟④循環利用體現了固定化酵母容易與產物分離，并能重復使用的優點；固定化的酵母是與凝膠珠結合，包裹在凝膠珠內，與游離的酵母相比，凝膠珠內部容易產生無氧環境，有利于酒精發酵，所以使用固定化酵母的酒精產量平均值高于游離酵母的對照組。

（3）由圖2可知，固定化酵母接種量為15%時對應的酒精含量值達到頂點的最大值，接種量超過15%，菌種數量大，自身的生長會大量消耗反應物，導致酒精產量降低。

（4）固定化酵母更適于甜菜糖液的發酵環境，可以通過緩慢提高發酵液糖度提高固定化酵母對發酵糖液的耐受性，從而達到提高發酵效率的目的。