发酵是微生物在不使用氧气的情况下,从糖中释放能量。在酵母中,它产生乙醇和二氧化碳。面包、酿造、酸奶以及用气泡做的实验题都会考到。
它与气体交换与呼吸作用直接相关,如果无氧呼吸还不清楚,请先读那一部分。
发酵时发生了什么?
酵母是单细胞真菌。氧气有限时,它的细胞通过一系列由酶控制的反应分解葡萄糖,并释放少量能量。
文字方程式是:
葡萄糖 → 乙醇 + 二氧化碳(释放能量)
有些细菌的做法不同。做酸奶时,乳酸菌把牛奶中的糖(乳糖)发酵成乳酸。酸使 pH 下降,让牛奶变稠并产生酸味。
怎样把它写成解释?
用三段式的链条:条件、过程、结果。
- 条件: 微生物具备什么(糖、温暖、氧气很少)。
- 过程: 细胞做了什么(酶进行的无氧呼吸)。
- 结果: 你观察到什么(气泡、面团膨胀、酸味)。
例题
下面的数据是为练习而虚构的。 一位学生把相同质量的酵母和葡萄糖溶液放进三个密封的烧瓶,每个烧瓶保持在不同的恒定温度。气体通过导管进入水中,学生数 2 分钟内的气泡数。
| 温度(°C) | 2 分钟内的气泡数 |
|---|---|
| 20 | 12 |
| 30 | 30 |
| 40 | 44 |
问题: 计算各温度下的速率,并解释变化趋势。
步骤 1,速率 = 气泡数 ÷ 时间。 20 °C:12 ÷ 2 = 每分钟 6 个气泡。 30 °C:30 ÷ 2 = 每分钟 15 个气泡。 40 °C:44 ÷ 2 = 每分钟 22 个气泡。
步骤 2,描述趋势。 温度从 20 °C 升到 40 °C,速率上升。
步骤 3,解释。 气泡是无氧呼吸产生的二氧化碳。温度升高使酶和糖分子的动能增加,碰撞更频繁,反应更快,所以每分钟产生更多气体。
步骤 4,指出局限。 这些数据只到 40 °C,所以无法得知最适温度。超过最适温度,酶会变性,速率会下降。
要留意的错误
错误答案: “酵母需要氧气才能产生酒精,所以烧瓶必须是打开的。”
酵母的发酵是无氧的,不需要氧气。氧气充足时,酵母进行有氧呼吸,产生二氧化碳和水,而不是乙醇。
纠正方法是把“发酵”一词当成提示:没有氧气、有酶、以糖为原料。然后按题目中的生物写出对应的产物。
自我检测
1. 写出酵母发酵的文字方程式。
显示答案
葡萄糖 → 乙醇 + 二氧化碳(释放能量)。
2. 在上面的实验中,第四个烧瓶在 70 °C 下 2 分钟只有 2 个气泡。请解释。
显示答案
速率是 2 ÷ 2 = 每分钟 1 个气泡。70 °C 时酵母的酶已变性:形状改变,糖不再能嵌入活性位点,所以几乎没有呼吸作用发生。
3. 第五个烧瓶 3 分钟产生 18 个气泡,速率是多少?
显示答案
18 ÷ 3 = 每分钟 6 个气泡。