届高考生物一轮复习第十二单元生物技术实践第41讲生物技术在其他方面的应用名师制作优质学案.docx

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届高考生物一轮复习第十二单元生物技术实践第41讲生物技术在其他方面的应用名师制作优质学案

第41讲　生物技术在其他方面的应用

　植物芳香油的提取

1．植物芳香油的来源和性质

（1）天然香料的来源：

动物和植物。

（2）特点：

具有很强的挥发性。

（3）成分：

主要包括萜类化合物及其衍生物。

（4）玫瑰精油的性质：

化学性质稳定，难溶于水，易溶于有机溶剂。

（5）橘皮精油：

主要成分柠檬烯，无色透明具有诱人的橘香味。

2．玫瑰精油的提取步骤及注意事项

3．橘皮精油的提取步骤及注意事项

1.下图是提取植物有效成分的装置，据图分析：

（1）图中a、b哪一个是进水口，哪一个为出水口？

加热时为何常向液体中加入几片碎石或瓷片？

（2）玫瑰精油为什么适合用水中蒸馏进行提取？

2.萃取时为何常采用水浴加热？

在烧瓶口安装冷凝回流装置的目的是什么？

答案：

1.图中a为出水口，b为进水口，这与蒸气流方向相反；加热时向液体中加入几片碎石或瓷片的目的是“防暴沸”。

（2）因为玫瑰精油化学性质稳定，难溶于水，易溶于有机溶剂，能随水蒸气一同蒸馏，且不会导致原料焦糊和有效成分水解等，所以适合用水中蒸馏进行提取。

2.采用水浴加热的原因：

有机溶剂都是易燃物，直接使用明火加热容易引起燃烧、爆炸。

在烧瓶口安装冷凝回流装置的目的是防止加热时有机溶剂挥发。

1．如图所示为某同学绘制的玫瑰精油提取装置，请回答下列问题：

（1）植物芳香油的组成成分主要是____________及其衍生物。

上图所示提取玫瑰精油的方法为____________，由于玫瑰精油具有______________________________________等特性（至少答2点），

故适宜用该方法提取。

除图示方法外，植物芳香油的常用提取方法还有____________________等。

（2）分离装置中常加入氯化钠，其目的是__________________________________________，精油收集容器中常加入无水硫酸钠，其目的是___________________。

（3）提取过程中，许多因素都会影响玫瑰精油的品质，例如________________________________________________________________________，产品品质就比较差。

解析：

提取植物精油的常用方法是蒸馏法、压榨法和萃取法，图示方法很明显为水蒸气蒸馏法。

玫瑰精油适合用水蒸气蒸馏法提取，是由于玫瑰精油具有化学性质稳定及易挥发、易溶于有机溶剂、不溶于水的特性。

氯化钠溶于水后，可增大盐溶液的浓度，进而扩大油与水溶液的浓度差，可加速水油的分离。

由于分离的精油会含有少量水分，故而加入无水硫酸钠以达到除水的目的。

答案：

（1）萜类化合物　水蒸气蒸馏法　化学性质稳定，易挥发，易溶于有机溶剂（不溶于水）　压榨法和萃取法

（2）增加盐的浓度，加速水油的分离　除去油层中的水分

（3）蒸馏温度太高、时间太短

2．近几年我国柑橘大丰收，提取橘皮精油是提高其经济价值的重要途径。

请分析回答提取过程的有关问题：

（1）提取橘皮精油，常采用____________法而不用水蒸气蒸馏法，原因是________________________________________________________________________。

（2）提取橘皮精油时，为了提高出油率，首先将橘皮____________，并用石灰水浸泡，石灰水的作用是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）压榨过程中，为了使橘皮精油易与水分离，常加入________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）得到压榨液后，过滤除去固体物和残渣，然后________________________________________________________________________

进一步除去质量较小的残留固体物，再用分液漏斗或吸管将上层的橘皮精油分离出来。

此时，橘皮精油中含有少量的水和果蜡，需________________________________________________________________________

________________________________________________________________________使杂质沉淀，用吸管吸出上层澄清橘皮精油，

其余部分过滤，_______________________________________________混合合并后成为最终的橘皮精油。

解析：

（1）橘皮精油主要存在于橘皮中，由于橘皮精油的有效成分在水蒸气蒸馏过程中会发生部分水解，同时水中蒸馏会导致原料焦糊问题，因此一般采用压榨法提取橘皮精油。

（2）提取橘皮精油时，为了提高出油率，首先将橘皮干燥去水，然后用石灰水浸泡，石灰水的作用是：

破坏细胞结构，分解果胶，防止橘皮压榨时滑脱，提高出油率。

（3）压榨过程中常加入相当于橘皮质量0.25%的NaHCO3和5%的Na2SO4，并将pH调到7～8，其作用是促进橘皮精油和水的分离。

（4）得到压榨液后，用布袋过滤除去固体物和残渣，对滤液进行离心进一步除去较小的残留固体物，再用分液漏斗或吸管将上层的橘皮精油分离出来，然后在5～10℃下静置5～7天，使果蜡等杂质沉淀，用吸管吸出上层澄清橘皮精油，其余部分过滤，滤液与吸出的上层橘油混合合并后成为最终的橘皮精油。

答案：

（1）压榨　水中蒸馏会导致原料焦糊和有效成分水解等问题

（2）干燥去水　破坏细胞结构，分解果胶，防止橘皮压榨时滑脱，提高出油率

（3）相当于橘皮质量0.25%的NaHCO3和5%的Na2SO4

（4）离心　在5～10℃下静置5～7天　滤液与吸出的上层橘油

　胡萝卜素的提取与鉴定

1．胡萝卜素的性质：

胡萝卜素是橘黄色结晶，化学性质比较稳定，不溶于水，微溶于乙醇，易溶于石油醚等有机溶剂。

2．实验步骤及注意事项

3．胡萝卜素的鉴定

（1）鉴定方法：

纸层析法。

（2）鉴定原理：

不同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，通过比较提取样品和标准样品层析的结果，可以判断提取样品的纯度。

（3）实验步骤

（4）结果分析（如下图）：

a为β胡萝卜素，b为其他色素。

1．（2018·江西南昌模拟）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18cm×30cm滤纸下端距底边2cm处做一基线，在基线上取A、B、C、D四点，用最细的注射器针头分别吸取0.1～0.4mL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1cm深的石油醚的密封玻璃瓶中进行层析。

解析：

（1）从植物中提取胡萝卜素常用的方法是萃取法，用于萃取胡萝卜素的萃取剂应具有较高的沸点，能够充分溶解胡萝卜素，且不与水混溶的特点。

（2）新鲜的胡萝卜含有大量的水分，在干燥处理时要注意控制温度和时间，温度太高、干燥时间太长会导致胡萝卜素分解。

（3）萃取剂为有机溶剂，有机溶剂易燃，因此萃取时应采用水浴方式加热。

为了防止加热时有机溶剂挥发，还要在加热瓶口安装回流冷凝装置，而萃取液可直接使用蒸馏装置进行浓缩处理。

（4）鉴定胡萝卜素粗品的方法是纸层析法。

在18cm×30cm滤纸下端距底边2cm处做一基线，在基线上取A、B、C、D四点，用最细的注射器针头分别吸取0.1～0.4mL溶解在石油醚中的标准样品和提取样品，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1cm深的石油醚的密封玻璃瓶中进行层析。

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

2．（2018·河南郑州模拟）胡萝卜素是一种常用的备用色素，可分别从胡萝卜或产生胡萝卜素的微生物体中提取获得。

请回答下列问题：

（1）筛选能产生胡萝卜素的酵母菌R，采用平板划线法接种时，为防止杂菌污染，需要对接种环进行________。

（2）提取到的胡萝卜素粗品可以通过________法进行鉴定，鉴定过程中需要用胡萝卜素标准样品作为________。

（3）碳源的种类对β胡萝卜素的产量有着一定的影响，有关研究结果如下：

碳源

麦芽糖

蔗糖

淀粉

β胡萝卜素含量（mg/L）

3.52

4.81

1.68

据表分析，最佳碳源是________。

若要进一步探究最佳氮源，请简要写出实验设计思路：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）有科研人员尝试利用紫外线处理红酵母，以获得高产菌株，使用这种育种方法的优点是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

经定量分析后，若得到

高产菌株，要对其进行长期保存，可采用________的方法在－20℃的冷冻箱中保存。

解析：

（1）采用平板划线法接种微生物时，需要对接种环进行灼烧灭菌，以防止杂菌污染。

（2）提取到的胡萝卜素粗品可以通过纸层析法进行鉴定，鉴定过程中需要用胡萝卜素标准样品作为实验对照。

（3）表中信息显示：

以蔗糖为碳源的实验组，其β胡萝卜素含量高于以麦芽糖和淀粉为碳源的实验组，因此最佳碳源是蔗糖。

若要进一步探究最佳氮源，其自变量是不同的氮源，因变量是β胡萝卜素含量，碳源等无关变量应控制相同且适宜，据此可推知其实验设计思路为：

以蔗糖为碳源，分别用不同氮源进行实验，检测并比较β胡萝卜素含量。

（4）利用紫外线处理红酵母，以获得高产菌株，这种育种方法为人工诱变育种，诱变育种的优点是可以提高突变率，在较短时间内获得更多的优良变异类型。

若要对得到的高产菌株进行长期保存，可采用甘油管藏的方法在－20℃的冷冻箱中保存。

答案：

（1）灼烧

（2）纸层析　实验对照

（3）蔗糖　以蔗糖为碳源，分别用不同氮源进行实验，检测并比较β胡萝卜素含量

（4）可以提高突变率，在较短时间内获得更多的优良变异类型　甘油管藏

[清一清]

易错点1　混淆植物有效成分提取的三种方法

项目

水蒸气蒸馏法

压榨法

萃取法

实验

原理

利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来

通过机械加压，压榨出果皮中的芳香油

使芳香油溶解在有机溶剂中，蒸发溶剂获得芳香油

方法

步骤

①水蒸气蒸馏；

②分离油层；

③除水过滤

①石灰水浸泡、漂洗；

②压榨、过滤、静置；

③再次过滤

①粉碎、干燥；

②萃取、过滤；

③浓缩

续　表

项目

水蒸气蒸馏法

压榨法

萃取法

适用

范围

适用于提取玫瑰油、薄荷油等挥发性强的芳香油

适用于柑橘、柠檬等易焦糊原料的提取

适用范围广，要求原料的颗粒要尽可能细小，能充分浸泡在有机溶剂中

优点

简单易行，便于分离

生产成本低，易保持原料原有的结构和功能

出油率高，易分离

局限性

水中蒸馏会导致原料焦糊和有效成分水解等问题

分离较为困难，出油率相对较低

使用的有机溶剂处理不当会影响芳香油的质量

易错点2　不清楚纸层析法分离胡萝卜素时，滤纸为何被“卷成筒状”

[点拨]　将点好样的滤纸卷成筒状，卷纸时若将滤纸两边相互接触，由于毛细管现象导致溶剂沿滤纸两边的移动加快，溶剂前沿不齐，影响结果；为避免这种现象的发生，卷纸时滤纸两边不能相互接触。

[判一判]

（1）植物芳香油的提取方法有蒸馏、压榨和萃取等，根据提取的芳香油的用途选择提取的方法（　　）

（2）提炼玫瑰精油的玫瑰花应在花开的初期采收，因为此阶段的花含玫瑰精油最高（　　）

（3）用柑橘和柠檬作为材料不适合用水中蒸馏的方法进行提取（　　）

（4）油水混合物中加入无水硫酸钠，有利于分离油层（　　）

（5）蒸馏法的实验原理是利用水将芳香油溶解出来，再把水蒸发掉，剩余的就是芳香油（　　）

（6）原料易焦糊和有效成分易水解的植物芳香油的提取，不宜采用水中蒸馏法，宜采用压榨法（　　）

（7）萃取是利用了芳香油易溶于有机溶剂的特性进行提取的一种方法（　　）

（8）由于胡萝卜素易溶于石油醚等有机溶剂中，所以可以采用萃取的方法进行提取（　　）

（9）影响萃取效率的因素除了萃取剂的性质和使用量之外，还有原料颗粒的大小、紧密程度、含水量、萃取的温度和时间等（　　）

（10）乙醇和丙酮能够用于胡萝卜素的萃取（　　）

（11）萃取的效率主要取决于萃取的温度和时间（　　）

（12）新鲜的胡萝卜含水量高，干燥时可采用高温以节省时间（　　）

答案：

（1）×　

（2）×　（3）√　（4）×　（5）×　（6）√　（7）√　（8）√　（9）√　（10）×　（11）×　（12）×

（2017·高考全国卷Ⅲ）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）。

解析：

（1）依据题干信息，物质W受热、受潮易分解，因此不宜选择高温烘干，而新鲜的植物甲含水量高，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，故不应选用新鲜的植物甲。

（2）提取物质W时，振荡可以使原料和所加有机溶剂充分混匀。

（3）利用活性炭的吸附能力，可以去除提取液中植物甲所含的色素，从而得到较为纯净的物质W与有机溶剂的混合物。

（4）丙酮沸点低于乙醇，蒸馏时物质W分解较少。

（5）物质W容易受热分解，因此蒸馏操作适宜在较低的温度下进行，同时因实验中使用了有机溶剂，要注意防火。

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

（2015·高考全国卷Ⅱ）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“α胡萝卜素”“β胡萝卜素”或“γ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。

（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_____________________________________________。

解析：

（1）胡萝卜含有的胡萝卜素有三类，其中最主要的是β胡萝卜素，β胡萝卜素在人体内可以转变成维生素A，维生素A缺乏会导致夜盲症。

胡萝卜素是非挥发性物质。

（2）胡萝卜素的提取一般采用萃取法，萃取前需要对材料进行干燥处理，以提高萃取的效率。

（3）萃取胡萝卜素的有机溶剂应该具有很高的沸点，能够充分溶解胡萝卜素，并且不与水混溶，如乙酸乙酯。

乙醇是水溶性有机溶剂，因萃取过程中能与水混溶而影响萃取效果，所以不用它作萃取剂。

答案：

（1）β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

[课时作业]

1．（2018·大连模拟）下面是与植物芳香油的提取有关的问题，请回答：

（1）玫瑰精油的提取可使用图1所示装置，这种方法叫____________法。

蒸馏时收集的蒸馏液________（填“是”或“不是”）纯的玫瑰精油。

（2）胡萝卜素是________色的结晶。

从胡萝卜中提取胡萝卜素常用的是________法，采用________加热。

一般情况下，提取胡萝卜素时，提取效率与原料颗粒的含水量呈________相关。

（3）经萃取、过滤得到的液体是__________________________________________________，

之后还需利用上述装置进行浓缩处理，该装置所起的作用是____________________。

（4）图2为胡萝卜素的纸层析结果示意图，请据图回答：

A、B、C、D四点中，属于标准样品的样点是________。

甲代表的物质是________，乙代表的物质是_______________________________________________。

解析：

（1）图1中装置为蒸馏装置，提取玫瑰精油可用水蒸气蒸馏法。

蒸馏时，玫瑰精油和水蒸气一起蒸馏出来，经冷凝后得到的是油水混合物，不是纯的玫瑰精油。

（2）胡萝卜素是橘黄色的结晶。

提取胡萝卜素常用萃取法。

由于有机溶剂易燃易爆，因此为了加快胡萝卜素的溶解，常采用水浴加热。

提取效率与原料颗粒的含水量呈负相关。

（3）萃取、过滤得到的液体是溶有胡萝卜素的萃取剂，由于胡萝卜素不易挥发，而萃取剂易挥发，因此可以利用蒸馏装置蒸发掉萃取剂。

（4）由于标准的胡萝卜素只有一种色素，而提取样品中会含有其他色素和杂质，根据层析的结果可知，A、C层析的结果只有一种色素，应为标准样品样点，而B、D层析的结果有两种物质，应为提取样品样点，其中与A、C层析结果相同的是物质甲，为胡萝卜素，乙为其他色素和杂质。

答案：

（1）水蒸气蒸馏　不是

（2）橘黄　萃取　水浴　负

（3）溶有胡萝卜素的萃取剂　去除萃取剂

（4）A和C　胡萝卜素　其他色素和杂质

2．（2018·河南洛阳模拟）我市的高中生物兴趣小组开展了针对洛阳牡丹产品开发的课题研究。

下面是他们课题研究的几个方向。

请分析回答下列问题：

（1）牡丹花精油的提取过程：

鲜牡丹花＋清水―→________―→油水混合物―→________―→除水―→牡丹花精油。

要提高精油的品质，在操作中需要通过控制温度来实现________________________________的目的。

（2）牡丹籽油的提取：

牡丹籽中含油率在20%～30%之间，不易挥发，可以采取________和________的方法进行提取。

（3）根据胡萝卜素的____________________的特点，他们采用萃取的方法来提取。

操作时，要采用沸点高的萃取剂，目的是____________________。

对于提取的胡萝卜素粗品可通过________法鉴定。

解析：

（1）牡丹花精油的提取过程：

鲜牡丹花＋清水―→水蒸气蒸馏―→油水混合物―→分离油层―→除水―→牡丹花精油。

要提高精油的品质，在操作中需要通过控制温度来实现延长蒸馏时间的目的。

（2）牡丹籽中含油率在20%～30%之间，牡丹籽油不易挥发，可以采取压榨和萃取的方法进行提取。

（3）胡萝卜素易溶于石油醚等有机溶剂，所以一般采用萃取的方法来提取；操作时，要采用沸点高的萃取剂，目的是充分溶解胡萝卜素，并不与水混合。

对于提取的胡萝卜素粗品可通过纸层析法鉴定。

答案：

（1）水蒸气蒸馏　分离油层　延长蒸馏时间

（2）压榨　萃取

（3）易溶于石油醚等有机溶剂　充分溶解胡萝卜素，并不与水混合　纸层析

3．（高考山东卷改编）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________。

（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；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________。

解析：

（1）接种微生物的方法主要是稀释涂布平板法和平板划线法。

接种过程中为了避免杂菌的污染，要进行无菌操作，必须对接种环进行灼烧处理。

（2）在微生物培养过程中，蔗糖主要提供碳源，也可以作为能源物质；硝酸盐中含有氮元素，可提供氮源。

（3）提取胡萝卜