探究酵母菌的发酵作用

目的

本实验通过测试酵母菌产生的二氧化碳气体，探究酵母菌的无氧呼吸（发酵作用），并研究温度如何影响发酵速率。

变量

操纵变量：酵母-葡萄糖混合液的温度，利用水浴分别设定在约20°C、30°C、40°C和50°C。
应变变量：产气（二氧化碳）速率，以每分钟释放的气泡数量衡量，或以排水法在固定时间内收集的气体体积衡量。
控制变量：酵母悬浮液的浓度和体积、葡萄糖溶液的浓度和体积，以及测量气体的时间间隔。

材料与仪器

干酵母
葡萄糖溶液
温水（用于激活干酵母）
沸腾管或锥形瓶
导管
倒置于水槽中的量筒（用于收集气体）
石灰水（用于测试产生的气体）
温度计
设定在固定温度的水浴
秒表

步骤

把干酵母与少量温水混合以激活它，然后在沸腾管中与等体积的葡萄糖溶液混合。
把沸腾管放入设定在第一个温度（例如20°C）的水浴中，静置数分钟使其达到该温度。
用导管把沸腾管连接到倒置于水槽中、装满水的量筒。
启动秒表，记录每分钟收集到量筒中的气泡数量，或记录固定时间（例如5分钟）内收集到的气体体积。
在其余各温度下重复步骤1至4，并在整个过程中保持酵母悬浮液和葡萄糖溶液的浓度与体积不变。
把各温度下的产气速率记录在表格中。
取一份收集到的气体样本通入新鲜石灰水中，观察石灰水是否变浑浊，以确认该气体是二氧化碳。

预期结果

产气速率会随温度升高而增加，直到达到最适温度，之后在更高温度下急剧下降。下表总结了常见的变化规律。

发酵速率会随温度升高而增加，在约35-40°C的最适温度达到最高，之后因酵母菌的酶受热变性而急剧下降。
温度（°C）	观察结果	产气速率
20°C	气泡释放缓慢	慢
30°C	气泡释放较快	中等
40°C（最适）	气泡释放最快	最快（最适）
50°C	气泡变慢或停止	慢或不产气，酶已变性

结论

酵母菌进行无氧呼吸，把葡萄糖发酵产生二氧化碳（和乙醇），收集到的气体能使石灰水变浑浊，证实其为二氧化碳。发酵速率取决于温度：随着温度升高，速率会增加，直到达到约35-40°C的最适温度，此时酵母菌的酶反应最快；超过此温度后速率会急剧下降，因为酶已经变性，无法再催化葡萄糖的分解。

安全事项

常见错误

试卷三风格题

问题1（假设）。一名学生认为，当温度从20°C升高到约40°C时，酵母菌的发酵速率会增加。

请提出一个假设，以及能支持它的结果。

参考答案。假设：当温度从20°C升高到约40°C时，发酵速率增加。

若随着水浴温度升高至最适温度，每分钟产生的气泡数量增多，则假设得到支持。

问题2（变量与公平测试）。说出本探究的操纵变量和应变量，以及为使其成为公平测试而必须控制的两个变量。

参考答案。操纵变量是酵母-葡萄糖混合液的温度；应变量是产气速率（每分钟气泡数或固定时间内的气体体积）。

两个控制变量是酵母悬浮液与葡萄糖溶液的浓度和体积。

问题3（列表与作图）。该学生在20、30、40和50°C下计数每分钟的气泡数。

请建议应如何把结果列成表格，并描述图的形状。

参考答案。结果以温度／°C对产气速率／每分钟气泡数列表。

以速率（y轴）对温度（x轴）作图，会在约35-40°C的最适温度处升到峰值后下降，形成一条曲线而非直线。

问题4（推论）。在50°C时的产气速率低于40°C时。

可以作出什么推论，为什么？

参考答案。推论是酵母菌的酶已被较高温度变性。

超过最适温度后，热量改变了活性部位的形状，使底物不再吻合，因此被分解的葡萄糖分子减少，产生的二氧化碳也减少。

来源:SRC-DSKP-EN

常见问题

酵母菌无氧呼吸的文字方程式是什么？

葡萄糖 → 乙醇 + 二氧化碳，并释放能量。

为什么发酵产生的气体通入石灰水后会使其变浑浊？

因为该气体是二氧化碳，它与石灰水（氢氧化钙溶液）反应生成不溶于水的白色碳酸钙沉淀，使溶液看起来浑浊。

为什么发酵速率在非常高的温度下会下降？

因为过高的温度使酵母菌的酶变性，其活性部位形状改变，不再与底物吻合，即使之后把温度调回最适温度，催化作用也无法恢复。