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1、生物技术实践 专题1 传统发酵技术的应用课题1：果酒和果醋的制作【课标扫描】一课程标准：等级要求：B二复习目标：1说明果酒和果醋的制作原理。 2设计制作果酒和果醋的装置。3完成果酒和果醋的制作。【重点和难点】重点：说明果酒和果醋的制作原理设计制作果酒和果醋的装置，制作出果酒和果醋。难点：制作过程中发酵条件的控制。【知识网络】（一）、实验原理酶1酵母菌的细胞呼吸酶酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，表达式为：C6H12O6+O2CO2+H2O+能量酵母菌进行无氧呼吸产生酒精和二氧化碳，表达式为：C6H12O6C2H5OH+CO2+能量2酵母菌发酵的最佳环境酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生活：在有氧时，酵
2、母菌大量繁殖，但是不起到发酵效果；在无氧时，繁殖速度减慢，但是此时可以进行发酵。在利用酵母菌发酵时最好是先通入足够的无菌空气在有氧环境下一段时间使其繁殖，再隔绝氧气进行发酵。20左右最适合酵母菌繁殖，酒精发酵的最佳温度是在1825，pH最好是弱酸性。酶3醋酸菌好氧性细菌，当缺少糖源时和有氧条件下，可将乙醇（酒精）氧化成醋酸。表达式为：C2H5OHCH3COOH+H2O；当氧气、糖源都充足时，醋酸菌将葡萄汁中的糖分解成醋酸。醋酸菌生长的最佳温度是在3035（二）、实验步骤1.对发酵瓶、纱布、榨汁机、盛葡萄汁的器皿等实验用具进行清洗并消毒。先用温水反复冲洗几次,再用体积分数为75%的酒精擦拭消毒，
3、晾干待用。2. 取葡萄500 g，去除枝梗和腐烂的子粒。3. 用清水冲洗葡萄12遍除去污物，注意不要反复多次冲洗。4. 用榨汁机榨取葡萄汁后，将其装入发酵瓶中或将葡萄打成浆后，用洁净的纱布过滤至发酵瓶中，盖好瓶盖。如果没有合适的发酵装置，可以用500 mL的塑料瓶替代，但注入的果汁量不要超过塑料瓶总体积的2/3。5. 将发酵瓶置于适宜的温度下发酵。6. 由于发酵旺盛期CO2的产量非常大，因此需要及时排气，防止发酵瓶爆裂。如果使用简易的发酵装置，如瓶子（最好选用塑料瓶），每天要拧松瓶盖24次，进行排气。7. 10 d以后，可以开始进行取样检验工作。例如，可以检验酒味、酒精的含量、进行酵母菌的镜检
4、等工作。8. 当果酒制成以后，可以在发酵液中加入醋酸菌或醋曲，然后将装置转移至3035 的条件下发酵，适时向发酵液中充气。如果找不到醋酸菌菌种或醋曲，可尝试自然接种，但效果不是很好。如果没有充气装置，可以将瓶盖打开，在瓶口盖上纱布，以减少空气中尘土等的污染。要点1果酒制作的原理（1）酵母菌的兼性厌氧生活方式在有氧条件下，酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖。C6H12O66O26CO26H2O在无氧条件下，酵母菌能进行酒精发酵。C6H12O62C2H5OH6CO2（2）发酵需要适宜的条件在缺氧、20左右（一般将温度控制在1825）、呈酸性的发酵液中，酵母菌大量繁殖，进行酒精发酵。而绝大多数其它微生物都
5、因无法适应这一环境而受到抑制。（3）传统发酵技术所使用的酵母菌的来源传统的葡萄酒酿造，都是采用自然发酵的工艺。所谓自然发酵，就是葡萄破碎入罐以后，不人为地添加任何菌种，靠葡萄本身携带的自然界的酵母菌，在葡萄浆或分离后的葡萄汁里自发地繁殖，最终发酵成葡萄酒。要点2果醋制作的原理（1）酒变醋的原理当氧气、糖源都充足时，醋酸菌将葡萄汁中的糖分解成醋酸；当缺少糖源时，醋酸菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸。C2H5OHO2CH3COOHH2O（2）控制发酵条件的作用醋酸菌对氧气的含量特别敏感，当进行深层发酵时，即使只是短时间中断通入氧气，也会引起醋酸菌死亡。醋酸菌最适生长温度为3035，控制好发酵温度
6、，使发酵时间缩短，又减少杂菌污染的机会。（3）制醋所利用的醋酸菌的来源醋酸菌的菌种可以到当地生产食醋的工厂或菌种保藏中心购买。也可以从食醋中分离醋酸菌。要点3实验流程示意图挑选葡萄冲洗榨汁酒精发酵果酒（醋酸发酵果醋）要点4酒精检验果汁发酵后是否有酒精产生，可以用重铬酸钾来检验。在酸性条件下，重铬酸钾与酒精反应呈现灰绿色。先在试管中加入发酵液2L，再滴入物质的量浓度为3mol/L的H2SO43滴，振荡混匀，最后滴加常温下饱和的重铬酸钾溶液3滴，振荡试管，观察颜色。要点5实验案例制作葡萄酒和葡萄醋建议将实验安排在秋季的9月或10月进行。在这段时间内进行实验，有如下优点：（1）正值收获季节，葡萄的价
7、格便宜，品种多样；（2）此时葡萄上的酵母菌数量多且生活力强，发酵酿酒的效果好；（3）温度适宜，发酵现象非常明显。实验的具体操作步骤如下。1.对发酵瓶、纱布、榨汁机、盛葡萄汁的器皿等实验用具进行清洗并消毒。先用温水反复冲洗几次,再用体积分数为75%的酒精擦拭消毒，晾干待用。2.取葡萄500g，用清水冲洗葡萄12遍除去污物，注意不要反复多次冲洗。3. 去除枝梗和腐烂的子粒。4.用榨汁机榨取葡萄汁后，将其装入发酵瓶中（装置参见教材图1-4b），或将葡萄打成浆后，用洁净的纱布过滤至发酵瓶中，盖好瓶盖。如果没有合适的发酵装置，可以用500mL的塑料瓶替代，但注入的果汁量不要超过塑料瓶总体积的2/3。5.
8、将发酵瓶置于适宜的温度下发酵。6.由于发酵旺盛期CO2的产量非常大，因此需要及时排气，防止发酵瓶爆裂。如果使用简易的发酵装置，如瓶子（最好选用塑料瓶），每天要拧松瓶盖24次，进行排气。7.10天以后，可以开始进行取样检验工作。例如，可以检验酒味、酒精的含量、进行酵母菌的镜检等工作。8.当果酒制成以后，可以在发酵液中加入醋酸菌或醋曲，然后将装置转移至3035的条件下发酵，适时向发酵液中充气。如果找不到醋酸菌菌种或醋曲，可尝试自然接种，但效果不是很好。如果没有充气装置，可以将瓶盖打开，在瓶口盖上纱布，以减少空气中尘土等的污染。要点6疑难解答（1）你认为应该先冲洗葡萄还是先除去枝梗？为什么？应该先冲
9、洗，然后再除去枝梗，以避免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。（2）你认为应该从哪些方面防止发酵液被污染？如：要先冲洗葡萄，再除去枝梗；榨汁机、发酵装置要清洗干净，并进行酒精消毒；每次排气时只需拧松瓶盖，不要完全揭开瓶盖等。（3）制葡萄酒时，为什么要将温度控制在1825？制葡萄醋时，为什么要将温度控制在3035？温度是酵母菌生长和发酵的重要条件。20左右最适合酵母菌的繁殖。因此需要将温度控制在其最适温度范围内。而醋酸菌是嗜温菌，最适生长温度为3035，因此要将温度控制在3035。（4）制葡萄醋时，为什么要适时通过充气孔充气？醋酸菌是好氧菌，其自身的代谢繁殖需要氧气；在将酒精变为醋酸时
10、需要氧的参与。（5）分析果酒和果醋的发酵装置中充气口、排气口和出料口分别有哪些作用？为什么排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身相连接？结合果酒、果醋的制作原理，你认为应该如何使用这个发酵装置？充气口是在醋酸发酵时连接充气泵进行充气用的；排气口是在酒精发酵时用来排出二氧化碳的；出料口是用来取样的。排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身相连接，其目的是防止空气中微生物的污染。使用该装置制酒时，应该关闭充气口；制醋时，应该充气口连接气泵，输入氧气。（三）、注意事项请分析此装置中的充气口、排气口和出料口分别有哪些作用。为什么排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接？结合果酒、果醋的制作原理，你认为应该如
11、何使用这个发酵装置？充气口 排气口 出料口 答：充气口是在醋酸发酵时连接充气泵进行充气用的；排气口是在酒精发酵时用来排出CO2的；出料口是用来取样的。排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接，其目的是防止空气中微生物的污染。使用该装置制酒时，应该关闭充气口；制醋时，应将充气口连接气泵，输入氧气。【基础知识整理】1果酒制作的原理（1）原理：人类利用微生物发酵制作果酒，该过程用到的微生物是 酵母菌，它属于单细胞真核生物，其异化作用类型是兼性厌氧型，与异化作用有关的方程式有 C6H12O66O26CO26H2O ，C6H12O62C2H5OH6CO2，在有氧条件下，进行有氧呼吸，大量繁殖；在无氧的条
12、件下，进行酒精发酵（或无氧呼吸）。（2）条件：影响酒精发酵的主要环境条件有温度、氧气和PH。酒精发酵一般将温度控制在1825范围内，在20时最适合。酒精发酵过程中，要保持缺氧、酸性环境。2果醋制作的原理（1）原理：该过程用到的微生物是 醋酸菌，其异化作用类型是需氧型，在氧气和糖源都充足时，醋酸菌可将糖分解成醋酸；当缺少糖源时，可将乙醇转化成乙醛，并进一步转变成醋酸。醋酸发酵的反应式是：C2H5OHO2CH3COOHH2O（2）条件：醋酸发酵的最适宜温度为：30353.在果酒的工业制作过程中，接种完成后要先向发酵罐中通入一段时间的无菌空气后再密封，这样做的目的是先供氧，以促进酵母菌的繁殖，使酵母
13、菌的数目快速增加，然后让酵母菌进行无氧呼吸。酵母菌利用葡萄糖发酵产生酒精的反应式是C6H12O6 酶 2C2H5OH+2CO2+能量。果汁发酵后是否有酒精产生，可以用重铬酸钾 试剂来检验。在果酒酿造过程中，如果果汁灭菌不严格，含有醋酸杆菌，在酒精发酵旺盛时，醋酸杆菌能否将果汁中的糖发酵为醋酸？ 不能。4.在葡萄酒的自然发酵过程中，起主要作用的是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌。发酵过程中，随着酒精度的提高，红葡萄皮的色素也进入发酵液，使葡萄酒呈现深红色。在缺氧、呈酸性的发酵液中，酵母菌能大量生长繁殖，而绝大多数其他微生物都因无法适应这一环境而受到抑制。【例题解析】例1 利用酵母菌发酵生产酒精时，投
14、放的适宜原料和在生产酒精阶段要控制的必要条件分别是( ) A玉米粉和有氧 大豆粉和有氧 C玉米粉和无氧 大豆粉和无氧讲解：酵母菌在有氧时进行有氧呼吸，把糖类等有机物彻底氧化分解成CO2和水，不产生酒精。大豆粉主要含蛋白质，用作酿酒不合适，原因有二：一是酵母含有更多的直接把糖类转化为酒精的酶类，发酵快，而蛋白质转化复杂，并产生含氮副产物，对酵母茵生命活动不利；二是成本高。答案：C 影响酵母菌繁殖的因素酵母菌分布广泛，“喜欢”葡萄汁等含糖量高的果汁。培养酵母菌一般用麦芽汁培养基，麦芽汁组成复杂，能为酵母菌提供足够的营养物质。温度是酵母菌生长和发酵的重要条件。20左右最适合酵母菌繁殖，酒精发酵时一般
15、将温度控制在18一25。酵母菌生活在偏酸环境中，最适pH为4058。在最低pH=25，最高pH：8o的两种环境中，酵母菌尚能生存和生长，但生长非常缓慢而且易死亡。例2 严格控制发酵条件是保证发酵正常进行的关键，直接关系到是否能得到质量高，产量多的理想产物，通常所指的发酵条件不包括( )A温度控制 B溶氧控制 CpH控制 D酶的控制讲解：通常所指的发酵条件包括温度、pH、溶氧、通气与转速等。酶是自身调节物质，不属于发酵条件。答案：D例3 生产用菌种的来源主要是( )自然环境 收集菌株筛选 购置生产用菌种 培养基 C 讲解：工业微生物所用菌种的4g$-来源是自然环境，筛选分离发酵产品所需的菌株，经培育改良后可能成为菌种。如果已知所需发酵产品的产生种名，则尽量多地收集
