题一：传统发酵技术的应用
课题1 果酒和果醋的制作
1、基础知识
（1）发酵
1、概念：利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体及各种不同代谢产物的过程。
2、类型：据氧气需求情况分为厌氧发酵和需氧发酵；据发酵生成产物分为酒精发酵和醋酸发酵等。
（2）.果酒的制作原理
1、菌种：酵母菌
1）形态结构:酵母菌是单细胞真菌，属真核生物，细胞大小为1~30um，呈圆形、椭圆形等。
2）繁殖方式 :酵母菌的繁殖方式有出芽生殖、分裂生殖和孢子生殖（有性生殖），但多以出芽方式进行无性生殖。温度低时形成孢子，进入休眠状态；温度适宜时，进行出芽生殖，繁殖速度快。
3）生存环境:自然界中，酵母菌分布广泛，但多分布在含糖较高的偏酸环境中，如水果、花、树皮上，一年四季，土壤始终是酵母菌的大本营。
4）新陈代谢类型：异养兼性厌氧型。同化作用类型：异养； 异化作用类型：兼性厌氧型。
5）菌种来源：主要来源于附着在葡萄皮上的野生型酵母菌。在果酒的工业生产中为了提高果酒的品质也可以直接在果汁中加入人工培养的酵母菌。
2、制作原理
有氧时进行有氧呼吸：C6H12O6 ＋6O2 6CO2+6H2O
在无氧条件下，进行酒精发酵： C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2
3、发酵条件
1）温度：18--25 ℃ ，20℃ 左右是最适宜温度。
补充：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、减少损耗，必须控制好发酵温度。
2）PH值：4.0-5.8为最适PH，在最低PH为2.5，最高为8.0的条件下酵母菌尚能生存但是生长及其缓慢甚至容易死亡。
3）前期通氧，然后控制缺氧。
（3）.果醋的制作原理
1、菌种：醋酸菌
1）形态、结构 ：醋酸菌是单细胞原核生物，细胞从椭圆到杆状，单生、成对或成链。在老
培养物中易呈多种畸形，如球形、丝状、棒状、弯曲等。
2）繁殖方式 ：不形成芽孢，以分裂方式繁殖。
3）生存环境：醋酸菌分布广泛，在果园的土壤中、葡萄或其他浆果或酸败食物表面，以及未灭菌的醋、果酒、啤酒、黄酒中都有生长。
4）新陈代谢类型：异养需氧型生物。同化作用类型：异养；异化作用类型：需氧。
5）菌种来源：土壤中分离醋酸菌或者直接使用醋曲，也可尝试自然接种。
2、制作原理：
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；
C6H12O6 +2O2 → 2CH3COOH+ 2CO2 +2H2O
2)当缺少糖源时，醋酸菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸:
2C2H5OH+O2 →2CH3CHO+2H2O 2CH3CHO+O2 →2CH3COOH
或者C2H5OH+O2 → CH3COOH + H2O
3、发酵条件：1）温度：30-35℃ 2）氧气：始终需要氧
(4)酵母菌与醋酸菌的比较
酵母菌 | 醋酸菌 | |
生物类型 | 单细胞真菌（真核生物） | 细菌(原核生物制作葡萄酒的过程) |
需氧情况 | 异养兼性厌氧型 | 异养需氧型 |
适宜温度 | 18~25℃ | 30~35 ℃ |
生殖类型 | 出芽生殖（孢子生殖） | 分裂生殖（二分裂） |
2、实验设计
1、实验流程示意图
挑选葡萄 冲洗 榨汁 酒精发酵 果酒
2、 发酵装置 醋酸发酵 果醋
（1）
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。
装置介绍—发酵瓶/发酵罐排气口
（2）设计思路
酵母菌繁殖需要氧气，醋酸菌是好氧细菌，则果酒制作前期和果酒制作整个过程都需要氧气；
酵母菌产生酒精的过程是厌氧的，则发酵罐的充气口应该设置开关。
发酵过程中产生CO2，需要设置排气口，为了防止空气中微生物污染，排气口应该连接一个长而弯曲的胶管。
为了便于取样和及时检测发酵情况，需要设置出料口。
（3）使用方法
充气管口插至瓶底近底部；排气管口离发酵液有一段距离，外部要弯曲，要尽量保证管口向下；进行酒精发酵时要关闭充气口，进行醋酸发酵时充气口连接充气泵，不断泵入空气。
3、具体制作步骤
（1）实验过程
1）对发酵瓶、纱布、榨汁器等用具进行清洗并消毒；
2）取新鲜的葡萄，用清水冲洗除去污物；
3）去子、切块、榨汁（或捣碎）；
【注】避免将果核压破，因果核含有多种有害葡萄酒风味的物质；
如葡萄未充分成熟，葡萄汁可加糖，除酸加酒精，可用酒石酸、柠檬酸调节酸度，PH为3.3-3.5，糖度为17%。
4）将汁液装入合适容器中；
5）将发酵瓶置于适宜的温度（18－25℃）下发酵;
6）简易装置每天排气一次。（拧松瓶盖）
7）10天后，取样检验。（酸性条件下重铬酸钾与酒精反应呈现灰绿）
8）取果酒的上清液，加入醋酸菌，然后移至30－35℃条件下发酵，适时充气。
三、操作提示
1、材料的选择与处理
选择新鲜的葡萄，榨汁前先将葡萄进行冲洗，除去枝梗。
（1）用清水冲洗葡萄1－2次除去污物。
不能反复多次冲洗，因为酵母菌和其他杂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，酒精含量下降。
（2）应当先清洗后除去枝梗。
以避免除去枝梗时引起葡萄破损，造成表皮损伤，增加被杂菌污染的机会。
2、防治发酵液被污染
（1）榨汁机要清洗干净，并晾干。
（2）发酵瓶要清洗干净，用体积分数为70%的酒精消毒，或用洗洁精洗涤。
【注】浓度太高会使细菌表面形成一层膜酒精不易进入细菌体内，70%的酒精可以迅速进入细菌体内，使其体内蛋白质变性。
（3）装入葡萄汁后，封闭充气口。如用简易装置每隔一定时间排气时，只需拧松瓶盖，不需完全揭开瓶盖。
3、控制好发酵条件
（1）葡萄汁装入发酵瓶时，要留有大约1/3的空间。
目的是先让酵母菌进行有氧呼吸快速繁殖，耗尽O2后，再进行酒精发酵；防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液的溢出。
（2）在制葡萄酒的过程中，要将温度严格控制在18~25℃，时间控制在10~12d左右，可通过出料口对发酵情况进行及时的检测。
（3）在制葡萄醋的过程中，要将温度严格控制在30~35℃，时间控制在7~8d左右，并注意适时通过充气口充气。
四、结果分析与评价
1、结果分析
(1)放出气体：由于发酵作用，葡萄汁中糖分大部分转变为CO2、C2H5OH及少量的发酵副产品。CO2排出越来越旺盛，使发酵液出现沸腾，CO2从排气口排出，在发酵10天后，现象最明显。
(2)放热：发酵过程产热，会使发酵液温度上升，但酒精发酵温度应严格控制在18 ℃～25 ℃。
(3)颜变化：发酵过程中，果皮上的素及其他成分逐渐溶解于发酵液中。
(4)菌体数量变化：果酒制作的初期，发酵液中酵母菌的数量增多，后期不在增加；在果醋制作的任何阶段，只要条件适宜，发酵液中的醋酸菌数量就会不断增加，在发酵液表面形成菌膜。
发酵 | 酒精发酵 | 醋酸发酵 |
气味和味道 | 酒味 | 酸味 |
气泡和泡沫 | 有气泡和泡沫 | 无气泡和泡沫 |
发酵液颜 | 混浊 | 混浊，液面形成白菌膜 |
2、结果评价
（1）检测果酒：闻一闻有没有酒味；尝一尝有没有酒精；用显微镜观察酵母菌并用重铬酸钾检测是否有酒精;
（2）检测果醋：闻一闻有没有醋味；尝一尝有没有醋酸；观察菌膜的形成；检测和比较醋酸发酵前后的pH值；显微镜观察是否有醋酸菌存在。
正常情况下，葡萄酒泽鲜艳、爽口、醇厚、有浓郁的果实香味；果醋呈琥珀或棕红，具有特有的果香，酸味柔和，稍有甜味，不涩。
（3）课题延伸—检测酒精
操作 | 发酵液 | 蒸馏水 | 3mol/LH2SO4 | 饱和重铬酸钾溶液 | 现象 |
试管甲 | 2mL | － | 3滴 | 3滴 | 灰绿 |
试管乙 | － | 2mL | 3滴 | 3滴 | 橙红 |
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