《生物技术实践》（选修1）教参
课题1 果酒和果醋的制作
一、课题目标
说明果酒和果醋制作的原理，设计制作果酒和果醋的装置，完成果酒和果醋的制作。
二、课题重点与难点
课题重点：说明果酒和果醋的制作原理，设计制作装置，制作出果酒和果醋。
课题难点：制作过程中发酵条件的控制。
三、课题背景分析
课题背景从人类酿酒制醋的历史切入，说明酒与醋的制作不仅仅是发酵食品的制作加工，还是一种文化现象，反映了人类文明发展的足迹。教师可以充分利用这一素材，渗透“科学、技术、社会”的教育。在此基础上，教材简述了果酒和果醋的特点及其在日常生活中的作用，以激发学生动手制作的兴趣。
四、基础知识分析与教学建议
（一）果酒制作的原理
知识要点：1. 酵母菌的兼性厌氧生活方式；2.发酵需要的适宜条件；3.传统发酵技术所使用的酵母菌的来源。
教学建议：教师在介绍传统发酵酿酒时，首先应让学生了解酵母菌的兼性厌氧生活方式，理解发酵需要一定的条件，然后再介绍传统发酵方法，分析传统发酵技术中所使用的酵母菌的来源。最后，教师可以组织学生讨论，在发酵过程中，怎样才能保证发酵液不受污染、如何控制好温度。
（二）果醋制作的原理
知识要点：1.酒变醋的原理；2.控制发酵条件的作用；3.制醋所利用的醋酸菌的来源。
教学建议：教师可采用多种形式让学生了解由酒变醋的原理以及在制醋过程中醋酸菌的作用。例如，教师可以组织学生在查资料的基础上进行讨论和交流。通过学生的自主活动，
让学生了解传统制醋的流程、醋酸菌的生活特点、醋酸菌在自然界的分布以及使果酒变为果醋的方法等基础知识。
五、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月或制作葡萄酒的过程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500 g，去除枝梗和腐烂的子粒。
3. 用清水冲洗葡萄1～2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（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2～4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30～35 ℃的条件下发酵，适时向发酵液中充气。如果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。
六、课题成果评价
（一）果酒的制作是否成功
发酵后取样，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。如果实验结果不理想，请学生分析失败原因，然后重新制作。
（二）果醋的制作是否成功
首先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作进一步的鉴定。此外，还可以通过在显微镜下观察发酵液中是否有醋酸菌，并统计其数量作进一步鉴定。
七、答案和提示
（一）旁栏思考题
1.你认为应该先冲洗葡萄还是先除去枝梗？为什么？
答：应该先冲洗，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？
提示：需要从发酵制作的过程进行全面的考虑。例如，榨汁机、发酵装置要清洗干净；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18～25 ℃？制葡萄醋时，为什么要将温度控制在30～35 ℃？
答：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。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30～35 ℃，因此要将温度控制在30～35 ℃。
4.制葡萄醋时，为什么要适时通过充气口充气？
答：醋酸菌是好氧菌，在将酒精变为醋酸时需要氧的参与，因此要适时向发酵液中充气。
（二）［资料］发酵装置的设计讨论题
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，你认为应该如何使用这个发酵装置？
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，其作用类似巴斯德的鹅颈瓶。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。
（三）练习
2.提示：大规模生产时需要进行更为全面周详的考虑，如原料的来源与选择、菌种的培育与选择、发酵的设备、发酵条件的自动化控制，以及如何严格控制杂菌污染；等等。此外，无论是葡萄酒或葡萄醋，实验时所检测的发酵液，并非商品意义上的产品。在实际生产中还需沉淀过滤、灭菌装瓶等获得成品酒或醋。葡萄酒还需在一定设施和条件下（如橡木桶和地窖）进行后续发酵，以获得特定的风味和泽。
3.提示：需考虑厂房、设备投资、原材料采购、工人人数及工资、产品种类、生产周期、销售渠道、利润等问题。
八、参考资料
1.葡萄酒的酿造
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，不去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。
温度对发酵的影响 酵母菌只能在一定温度下生活。温度低于10 ℃，酵母菌发育很缓慢。随着温度的升高，繁殖速度加快，20 ℃时为最佳繁殖温度，此时酵母菌生殖速度快、生活力强。超过35 ℃，酵母菌生长受到抑制，繁殖速度迅速下降，到40 ℃酵母菌停止出芽，开始出现死亡。如果想要获得高酒精浓度的发酵液、减少酒精的损耗，必须控制好发酵温度。
空气对发酵的影响 酵母菌繁殖需要空气。在完全隔绝空气的情况下，酵母菌繁殖几代就停止了。稍微与空气接触，酵母菌又能继续繁殖。如果长时间得不到空气，大部分的酵母菌就会死亡。要维持酵母菌长时间发酵，必须供给微量的氧气。
葡萄汁中酵母菌的种类 葡萄汁中酵母菌的种类大致可以分为以下四类。第一类是在发酵中起主要作用的酵母，即葡萄酒酵母或叫啤酒酵母。这种酵母发酵力强，产酒的风味好，生成
有益的副产物多。在葡萄汁还没发酵之前，这种酵母占的比例很小；在发酵的过程中，这种酵母很快地繁殖起来，由它完成主要的发酵任务。第二类在葡萄汁中数量很大，但发酵力很弱，其代表是尖端酵母。在新压榨的葡萄汁中，尖端酵母和葡萄酒酵母的比例约为1 000∶1。在发酵开始时，这种发酵力弱的酵母先引起发酵。在以后的发酵过程中，它的作用逐渐被葡萄酒酵母所代替。第三类是一种产膜的好气性酵母菌。当发酵容器未灌满时，产膜酵母便会在葡萄汁液面生长繁殖，使葡萄汁变质。
发酵是酿造葡萄酒最重要的过程。葡萄汁变成葡萄酒的过程就是酵母菌的酒精发酵过程。发酵过程非常复杂，其主要产物是乙醇和二氧化碳，此外还有其他的副产物。不难设想，如果发酵的最终产物只是乙醇和二氧化碳，而不产生有香味和有口味的物质，那么发酵而成的酒，口味就太单调了。
2.对葡萄酒有害的微生物
产膜酵母 由于产膜酵母是好气性真菌，所以在卫生条件差的情况下，如贮酒容器不满、暴露在空气中的表面积很大时，很容易产生产膜酵母。产膜酵母又叫酒花菌，最初在酒面繁殖时，形成雪花状的斑片，然后连成灰薄膜，时间长了，就会在酒的液面上形成一个膜盖。
产膜酵母能把乙醇分子氧化成乙醛，又把乙醛分子氧化成水和二氧化碳，从而使葡萄酒的酒精含量降低，酒味变淡薄。
乳酸菌 葡萄酒里的糖，为大多数细菌的繁殖提供了良好的营养物质，所以含糖的葡萄酒是最容易被细菌感染的。葡萄酒中有一种有害的乳酸菌，它不分解苹果酸，专门分解葡萄酒中的糖、甘油、酒石酸，使优质的葡萄酒完全变质。
醋酸菌 是一种好气性细菌，在有氧的条件下才能进行旺盛的代谢活动。葡萄汁中的糖，是醋酸菌重要的碳源和能源。在有氧的情况下，醋酸菌能把葡萄汁中的糖分解成醋酸。在葡萄酒中缺少糖源的情况下，酒精便是醋酸菌的碳源和能源，它将乙醇变为乙醛，再变为醋酸。
3.果醋的生产制作过程
清洗 将水果或果皮、果核等投入池中，用清水冲洗干净，拣去腐烂部分与杂质等，取出沥干。
蒸煮 将上述洗净的果物放入蒸气锅内，在常压下蒸煮1～2 h。在蒸煮过程中，可上下翻动二三次，使其均匀熟透。然后降温至50～60 ℃，加入为原料总重量10%的用黑曲霉制成的
麸曲，或加入适量的果胶酶，在40～50 ℃温度下，糖化2 h。
榨汁 糖化后，用压榨机榨出糖化液，然后泵入发酵用的木桶或大缸,并调整浓度。
发酵 糖化液温度保持在28～30 ℃，加入酒母液进行酒精发酵，接种量（酒母液量）为糖化液的5%～8%。发酵初的5～10 d，需用塑料布密封容器。当果汁含酸度为1%～1.5%、酒精度为5～8度时，酒精发酵已基本完成。接着将果汁的酒精浓度稀释至5～6度，然后接入5%～10%的醋酸菌液，搅匀，将温度保持在30 ℃，进行醋酸静置发酵。经过2～3 d，液面有薄膜出现，说明醋酸菌膜形成，一般1度酒精能产生1%的醋酸，发酵结束时的总酸度可达3.5%～6%。
过滤灭菌 在醋液中加入适量的硅藻土作为助滤剂，用泵打入压滤机进行过滤，得到清醋。滤渣加清水洗涤1次，将洗涤液并入清醋，调节其酸度为3.5%～5%。然后将清醋经蒸气间接加热至80 ℃以上，趁热入坛包装或灌入瓶内包装，即为成品果醋。
上述液体发酵工艺，能保持水果原有香气。但应注意，酒精发酵完毕后，应立即投入醋酸菌，最好保持30 ℃恒温进行醋酸发酵，温度高低相差太大，会使发酵不正常。如果在糖化液中加入适量饴糖或糖类混合发酵，效果更好。
课题2 腐乳的制作
一、课题目标
以制作腐乳为例了解传统发酵技术的应用，说明腐乳制作过程的科学原理，设计并完成腐乳的制作，分析影响腐乳品质的条件。
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