高中生物选修一学案12：1.1 果酒和果醋的制作

果酒和果醋的制作
[学习目标]
1.掌握发酵作用的基本原理和方法。

2.了解影响果酒、果醋质量的制作条件并学会控制。

3.设计并安装简单的生产果酒及果醋的装置。

[学习过程]
一.果酒制作
1.菌种：酵母菌(单细胞真核生物)
(1)来源：附着在葡萄皮上的野生型酵母菌
(2)代谢类型：异养兼性厌氧型
(3)繁殖方式：主要为出芽生殖
①酵母菌在氧气和营养物质丰富、条件适宜时，进行出芽生殖；
②在营养缺乏、条件恶劣时进行孢子生殖。

(4)影响酵母菌生长和繁殖的因素：营养物质、温度(如20℃左右最适合酵母菌繁殖；酒精发酵时一般将温度控制在18~25℃)、PH(酵母菌生活在偏酸的环境中)
2.果酒制作的原理
(1)有氧条件下：酵母菌通过有氧呼吸大量繁殖
C 6H 12O 6＋6H 2O ＋6O 26CO 2＋12H 2O ＋能量
(2)无氧条件下：酵母菌通过无氧呼吸产生酒精
C 6H 12O 62C 2H 5OH ＋2CO 2＋能量
(3)发酵条件：
①温度⎩⎪⎨⎪⎧
a ：繁殖：20℃左右
b ：酒精发酵：18~25℃ ②氧气：初期需氧，后期不需氧(早期通入无菌空气使酵母菌大量繁殖；后期密封进行酒精发酵，经常拧松瓶盖放气)
③PH：偏酸，最适pH为4.5～5.0。

④时间：10～12 d。

3.果酒发酵装置
(1) A瓶上面留一定空间的作用：提供一定量的氧气，满足发酵初期酵母菌对氧气的需求。

(2) B瓶各部位的作用：
①开关：酵母菌繁殖需要O2，酵母菌产生酒精的过程需要厌氧条件，因此在发酵罐的充气口应该设置开关。

②充气口：连接充气泵进行充气。

(充气管下端要插入发酵液面以下近瓶底处)
③排气口：排出酒精发酵时产生的CO2，平衡容器内外压力；与排气管相连的长而弯曲的胶管，可有效阻止空气中微生物的进入，避免来自空气的污染。

(排气管下端离发酵液有一段距离，外部要弯曲，并尽量保证管口向下)
④出料口：取样检测菌体数量、酒精浓度，或排放废料。

(3)装置的使用：
①使用A装置每隔12 h左右就要将瓶盖拧松一次，因为制酒阶段的后期，酵母菌无氧呼吸会产生大量气体，若不及时放出会把瓶子或瓶盖涨破，不打开瓶盖是防止氧气和有害杂菌进入。

②使用B装置制酒时，应该关闭充气口。

4.实验流程
挑选葡萄→冲洗→榨汁→酒精发酵→果酒
(1)器具的清洗、消毒：榨汁机要洗净晾干，发酵瓶要清洗干净并用体积分数为70%的酒精消毒。

(2)材料的选择和处理：选择新鲜的葡萄，先用清水冲洗1～2遍除去污物后，再去枝梗。

(3)榨汁装瓶：将冲洗干净并除枝梗的葡萄放入榨汁机榨取葡萄汁，然后将葡萄汁装入发酵瓶，要留大约1/3的空间，并封闭充气口。

(4)发酵：
①制葡萄酒的过程中，将温度严格控制在18～25 ℃，时间控制在10～12 d，(如果用带盖的瓶子进行果酒制作，每天定时排出发酵产生的CO2，每次排气时只需拧松瓶盖，不要打开瓶盖，防止氧气和有害杂菌进入)10 d后开始从出料口抽样，监测酒精浓度或菌体数量。

思考1：制作果酒使用的葡萄应先冲洗，再除去枝梗，能否先去枝梗再冲洗？
提示：制作果酒使用的葡萄应先冲洗，再除去枝梗，不能反过来，以免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。

思考2：在果酒自然发酵前，需对新鲜的葡萄进行冲洗去污，能否反复冲洗？
提示：对于果酒的自然发酵，冲洗不要反复进行，因为其他杂菌和酵母菌被洗去的机会是均等的，如果冲洗次数过多，会使酵母菌数量减少，发酵周期加长，产生的果酒中酒精含量下降。

思考3：将葡萄汁装入发酵瓶时，需要留有大约1/3的空间，其目的是？
提示：这样既有利于酵母菌进行有氧呼吸，通过出芽生殖大量繁殖后代，又可防止发酵旺盛时产生大量的CO2造成发酵液溢出。

5.实验结果分析、评价与产物鉴定
(1)发酵液的变化
①放出气体：由于发酵作用，葡萄汁中的糖分大部分转变为CO2、C2H5OH及少量的发酵副产品。

发酵旺盛期CO2的产量非常大，因此需要及时排气，以防止发酵瓶爆裂。

②放热：发酵过程产热，会使发酵液温度上升，但酒精发酵的温度应严格控制在18~25℃。

③颜色变化：发酵过程中，随着酒精度数的提高，红葡萄皮的色素进入发酵液，使葡萄酒呈现深红色。

④菌体数量的变化：果酒制作的初期，发酵液中酵母菌数目增多，后期不在增多。

⑤PH值变化：果酒发酵时产生的部分CO2会溶于发酵液而使发酵液PH下降。

(2)证明葡萄汁转化成葡萄酒是酵母菌发酵所致
需要设置对照组，将葡萄汁进行彻底灭菌，分别装入A、B两个发酵瓶，并个留有1/3空间，A组加入酵母菌，B组不加，置于适宜条件下，一段时间后检测A、B组中酒精的生成情况。

(3)结果评价
果酒制作：发酵后取样，可通过嗅味和品尝进行初步鉴定。

此外，还可用显微镜观察酵母菌，并用重铬酸钾检验酒精的存在。

制作成功的葡萄酒应色泽鲜艳、爽口、柔和、有浓郁的果实香味。

(4)酒精鉴定
思考4：传统工艺制作葡萄酒时，并没有专门加入酵母菌的菌种，那么生产中的酵母菌是从哪里来的呢？
提示：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。

思考5：为什么在酒精发酵过程中往往“先通气后密封”？
提示：“通气”是使酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，“密封”是使酵母菌进行无氧呼吸产生酒精。

思考6：酒精发酵过程中会发生“先来水后来酒”现象，其原因是什么？
提示：酵母菌先进行有氧呼吸产生水，再进行无氧呼吸产生酒精。

思考7：葡萄皮上除有酵母菌外，还有其他杂菌；果酒制作过程中，在不灭菌的情况下，酵母菌是如何成为优势菌种的？
提示：①葡萄在榨汁前要进行冲洗，可去除部分杂菌；②发酵后期在缺氧和酸性发酵液中，绝大多数微生物的生命活动受到抑制，而酵母菌可以适应这一环境；③相对于酵母菌来说，制作过程中产生的酒精更不利于杂菌生长。

思考8：在果酒发酵旺盛期要及时排气，试说明原因。

提示：由于发酵旺盛期CO2产生量大，因此需及时排气，以防止发酵瓶爆裂。

二.果醋制作
1.菌种：醋酸菌，又名醋酸杆菌(单细胞原核生物)
(1)来源：醋酸菌的菌种可以到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，还可以从变酸酒表面的菌膜获取。

(2)代谢类型：异养需氧型，只有当氧气充足时，才能进行旺盛的生理活动。

在变酸的酒的表面观察到的菌膜就是醋酸菌在液面大量繁殖而形成的。

(3)繁殖方式：二分裂
(4)生活条件：醋酸菌的最适生长温度为30～35 ℃；其生长需要充足的氧气，实验表明，醋酸菌对氧气的含量非常敏感，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。

2.果醋制作的原理
(1)当氧气、糖源都充足时，醋酸菌将葡萄汁中的糖分解成醋酸，反应式为：
C6H12O6＋2O22CH3COOH＋2CO2＋2H2O；
(2)当氧气充足、缺少糖源时，醋酸菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸。

反应式为：
2C2H5OH＋O22CH3CHO＋2H2O
2CH3CHO＋O22CH3COOH
总反应式：C2H5OH＋O2CH3COOH＋H2O
(3)发酵条件：
①温度：30～35 ℃
②氧气：始终需要氧气
③时间：7～8 d。

④PH：最适pH为5.4～6.0
3.果醋发酵装置
(1)各部位的作用：
①充气口：在醋酸发酵时连接充气泵进行充气。

②排气口：排出酒精发酵时产生的CO2。

③出料口：是用来取样的。

④与瓶身相连的长而弯曲的胶管：加水后防止空气中微生物的污染。

(2)该装置的使用方法：
制醋时，应将充气口连接气泵，输入无菌氧气。

4.实验流程
(1)器具的清洗、消毒：榨汁机要洗净晾干，发酵瓶要清洗干净并用体积分数为70%的酒精消毒。

(2)材料的选择和处理：选择新鲜的葡萄，先用清水冲洗1～2遍除去污物后，再去枝梗。

(3)榨汁装瓶：将冲洗干净并除枝梗的葡萄放入榨汁机榨取葡萄汁，然后将葡萄汁装入发酵瓶，要留大约1/3的空间，并封闭充气口。

(4)发酵：制葡萄醋的过程中，用充气泵不断从充气口泵入空气，温度严格控制在30～35 ℃，发酵7～8 d，即可制成果醋。

(如果用带盖的瓶子进行果醋制作，需将瓶盖打开，盖上纱布以减少空气中尘土等的污染)
5.实验结果检测与评价
(1)发酵液的变化：混浊，液面形成白色菌膜。

(2)检测指标：果醋的制作是否成功首先可通过观察菌膜的形成、嗅味和品尝进行初步鉴定，再通过检测和比较醋酸发酵前后的pH(可用pH试纸)做进一步的鉴定。

此外，还可以通过在显微镜下观察发酵液中是否有醋酸菌，并统计其数量做进一步鉴定。

(3)结果评价：制作成功的果醋为琥珀色或棕红色，具有特有的果香，酸味柔和，稍有甜味，不涩。

思考9：醋瓶子、未喝干的啤酒瓶子放置久了，在醋和啤酒表面会形成一层“白膜”，它是怎样形成的？溶液内部能形成菌膜吗？
提示：菌膜是醋酸菌在液面大量繁殖而形成的。

在溶液内部,由于氧气含量不足，醋酸菌不能大量繁殖，无法形成菌膜。

思考10：果醋是在果酒生产基础上产生的。

在制果酒时需无氧发酵，在无氧条件下，好氧型的醋酸菌会大量死亡。

请问：后期果醋发酵哪来的醋酸菌？
提示：前期厌氧发酵产生酒精时，并不是严格厌氧，会有少量醋酸菌存留，当转入有氧发酵时，残存的醋酸菌会大量繁殖，产生醋酸。

同时，在实验条件下，并不是严格无菌，通入的空气中会有一些醋酸菌带入发酵液中。

在工业生产中，后期醋酸发酵需接种醋酸菌。

思考11：啤酒生产中，发酵是重要环节，发酵后期，如果密封不严，会使啤酒变酸，你知道这是发生了什么变化吗？
提示：醋酸菌是一种好氧菌，若发酵罐密封不严，酒精就会在醋酸菌的作用下被氧化产生乙醛，最后变为醋酸。

思考12：在果酒和果醋制作中，你认为哪些方法可防止发酵液被污染？
提示：(1)榨汁机要洗净并晾干，发酵瓶要清洗干净并用体积分数为70%的酒精消毒。

(2)清洗葡萄时要先冲洗后除去枝梗，以避免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。

(3)在进行果酒制作时，装入葡萄汁后要封闭发酵装置的充气口。

(4)发酵瓶的排气管用曲颈管而不用直管。

若用简易的发酵装置，每隔一定时间排气时只需拧松瓶盖，不要完全揭开瓶盖，防止杂菌污染。

注意事项：
(1)发酵是通过微生物的培养来大量生产各种代谢产物的过程，包括有氧发酵(如醋酸发酵，谷氨酸发酵)和无氧发酵(如酒精发酵)，发酵≠无氧呼吸。

(2)易混淆“醋酸产生速率”和“醋酸产生量”两个概念，只有在最适条件下产生速率才最大，而只有当发酵过程停止后，产生量才最大。

(3)在制果酒时，为提高果酒的品质，更好地抑制其他微生物的生长，可以直接在果汁中加入人工培养的酵母菌。

(4)果酒和果醋的制作成功的关键点。