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1、生物选修一,生物技术实践,发酵,专题一：传统发酵技术的应用,发酵产品,1.发酵:,一、基础知识,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.,发酵,据氧气需求情况,据发酵生成产物,发酵=无氧呼吸？,2.微生物的类群,微生物,原核类:,真核类,非细胞类：,细菌、支原体、放线菌、蓝藻,个体微小、结构简单,酵母菌、霉菌、食用菌,真菌：,原生生物：,显微藻类、原生生物（如：草履虫、变形虫等）,病毒、类病毒、朊病毒,微生物的共同特点：,在酒的制作中，依种类分大体上可有白酒、果酒、啤酒和黄酒四类。制作方法各不相同，但相同部分是它们都是由酵母菌完成的。酵母在自然界中广泛分
2、布，已知有几百种之多，也是应用最广的一类微生物。如面包制作、酒精制造、药用酵母片、酿酒等。,3.酒的种类,全世界有超过8000种的葡萄品种可以用于酿酒。在我国，葡萄的品种非常丰富，包括：昌黎的赤霞珠，天津海滨区的玫瑰香，山东半岛的霞多丽、贵人香、品丽珠、蛇龙珠、梅鹿辄、佳丽酿、白玉霓，龙眼和牛奶葡萄等。,眼龙,赤霞珠,贵人香,摩尔瓦多,霞多丽,金田翡翠,1.果酒制作菌种：,酵母菌,真核、单细胞真菌、异养兼性厌氧型,温度：最适200C 18250C,PH :偏酸 4.05.8,一、果酒的制作原理,酵母菌的繁殖方式为无性生殖（出芽生殖、分裂生殖、孢子生殖），但多以出芽方式进行。酵母菌分布在含糖较高
3、的偏酸环境中，如水果等。,存在位置,酵母菌在有氧条件下能大量繁殖，增加酵母菌数量;在无氧条件下通过无氧呼吸产生酒精，反应式如下：,2果酒的制作原理,（阅读教材资料，师生讨论并完成思考14。）1、为什么在酒精发酵过程中往往“先通气后密封”？ 2、酒精发酵过程中发生“先来水后来酒”现象，其原因是什么？,“通气”的目的是使酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖 。“密封”的目的是使酵母菌进行无氧呼吸产生酒精 。,酵母菌首先进行有氧呼吸产生了水，然后进行无氧呼吸才产生酒精。,3、葡萄酒呈现深红色的原因？4、酵母菌是如何进行生殖的？,在发酵过程中葡萄皮的色素进入到发酵液中。,酵母菌在环境适宜时进行出芽生殖，环境不适
4、宜时产生孢子进入休眠状态。,3.果酒发酵的条件,（1）对氧气的要求：无氧,（2）对温度的要求：18-25,（3）对PH的要求：4.0-5.8,果醋的制作菌种,醋酸菌最适生长温度3035。C醋酸菌是好氧细菌，只有当氧气充足时才能进行旺盛的生理活动。,醋酸菌（原核 细菌）,二、果醋的制作原理,PH :偏酸 5.46.3,1、若氧气、糖源充足时，醋酸菌将葡萄汁中的糖分解成醋酸，其反应式：,2、若缺少糖源，醋酸菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸，其反应式：,醋酸菌,厌氧制酒,有氧制醋,3.醋酸发酵的条件：（1）对氧的要求：需要养的不断供应（2）对温度的要求：30-35（3）对PH的要求：偏酸 5.4-
5、6.3,思考：醋瓶子、未喝干的啤酒瓶子放置久了，在醋和啤酒表面形成一层“白膜”。它是怎样形成的？,醋酸菌大量繁殖形成的,果酒发酵与果醋发酵的比较,酒精发酵为醋酸发酵提供_,酵母菌(真核）,醋酸菌（原核）,20左右,3035,酒精,附着在葡萄皮上的野生型酵母菌,购买或从食醋中分离,果酒发酵与果醋发酵的比较,葡萄糖、 酒精和CO2,葡萄糖或乙醇醋酸,酒精发酵为醋酸发酵提供_,异养兼性厌氧,异养需氧型,三、实验设计,请同学们先看书P3-4,（一）制作果酒和果醋的实验流程：,无氧1825,挑选葡萄,冲洗,榨汁,酒精发酵,果酒,醋酸发酵,果醋,有氧3035,10-12d,7-8d,三、实验设计：（以葡萄
6、酒和葡萄醋为例）（一）制作果酒和果醋的实验流程：,为什么排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接？,充气口的作用是为果酒制作的前期和果醋制作全过程提供氧气。排气口的作用是排出发酵过程产生的CO2出料口的作用是便于取样检查和放出发酵液,防止空气中杂菌污染,（二）设计制作果酒和果醋的实验装置：,思考： 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？,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。,2）此后再将瓶盖拧紧，目的是,3）当发酵产生酒精后，再将瓶盖打开，盖上一层纱布，原因是,4）分析此发酵装置不足之处,1）发酵过程中，每隔12h左右将瓶盖拧松一次（注意
7、不是打开瓶盖）为什么？,排出发酵过程中产生CO2 ，防止瓶内气压过高引起爆裂。,防止进入O2，继续进行酒精发酵,制造有氧条件，进行醋酸发酵,易被杂菌污染,分析简易的发酵装置：,（1）为防止发酵液被污染，发酵瓶要用 消毒。 （2）葡萄汁装入发酵瓶时，要留出大约 的空间。 （3）制作葡萄酒时将温度严格控制在 ，时间控制在 d左右，可通过 对发酵的情况进行及时的监测。 （4）制葡萄醋的过程中，将温度严格控制在 ，时间控制在 d，并注意适时通过 充气。,操作过程应注意的问题：,70%酒精,1/3,18-25 ,10-12,从出料口取样,30-35 ,7-8,充气口,回答问题：,四、操作提示：（一）材料
8、的选择与处理：1为什么选择新鲜成熟的葡萄？,葡萄糖含量高，为酒精发酵提供原料。,（一）材料的选择与处理：2清洗葡萄时先冲洗还是先去枝梗？目的是什么？,先冲洗后去枝梗；避免杂菌污染。,3.用清水冲洗葡萄12次除去污物。（注意冲洗次数不宜太多，为什么？,防止洗去酵母菌,（二）防止发酵液被污染：你认为应从哪些方面防止发酵液被污染？,1、榨汁机要清洗干净 ，并晾干 2、发酵瓶要清洗干净并用 70%酒精消毒3、装入葡萄汁后封闭出气口4、若是带盖的瓶子进行果酒制作时，排气时只需 拧松瓶盖，不要完全揭开。制醋时盖上一层纱布，减少空气中尘土污染,开始阶段：提供酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖的所需氧气；发酵阶段：产
9、酒精、产醋酸时都会产生水，发酵液体积会增加。,（三）控制好发酵条件： 1产果酒的主要发酵条件：,葡萄糖、1825、无氧环境,2产果醋的主要发酵条件：,酒精、3035、有氧环境,3在发酵液装瓶后为什么要保持1/3的剩余空间？,4在酒精发酵过程中，每隔一段时间(12h)拧松瓶盖或打开排气口，其原因是什么？,酒精发酵时产生大量CO2，需要排放CO2防止装置爆裂。,5在醋酸发酵过程中需要向发酵液中补充氧气，你认为最经济实用的方法是向发酵液中通入？,通入无菌空气。,随堂练习：,用酵母菌使葡萄汁发酵产生葡萄酒，当酒精含量达到12%-16%时，发酵就停止了。为什么？,产生的酒精对酵母菌产生毒害作用,五、结果
10、分析与评价：P4,1、由于发酵作用，糖分大部分转变为CO2和乙醇。CO2排出越来越旺盛，使发酵液沸腾，CO2从排气口排出，在发酵10天后，现象最明显。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1825 ；发酵过程中，色素及其他成分逐渐溶解于发酵液中。,2、设置对照组，将葡萄汁进行高压灭菌，分别装入1和2号发酵瓶中，1号加入酵母菌，2号不加。比较发酵结果。证明醋酸，则用品尝或pH试纸。3、葡萄酒色泽鲜艳、爽口、柔和、有浓郁的果实香味；果醋具有琥珀色或棕红色，具有特有的果香，酸味柔和，稍有甜味，不涩。,1、如何检测果酒的制作是否成功？,闻一闻有没有酒味尝一尝有没有酒精用显微镜观察
11、酵母菌并用重铬酸钾检测是否有酒精,【课题延伸】,酸性条件下，用重铬酸钾检测是否有酒精,【原理】,橙红色,灰绿色,重铬酸钾,重铬酸钾与酒精反应,【实验】,发酵液,对照组,实验组,H2SO4,H2SO4,重铬酸钾,重铬酸钾,酒 精,2、如何检测果醋的制作是否成功？,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,提高果酒、果醋品质的方法,1. 直接在果汁中加入人工培养的酵母菌,2. 直接在果酒中加入醋酸菌,通过分离葡萄表面附着的酵母菌，获得纯净的菌种。,购买当地生产食醋的工厂或菌种保藏中心的醋酸菌菌种；或者尝试从食醋中分离醋酸菌。,果酒和果醋
12、的制作,基础知识,实验设计,结果分析与评价,果酒制作,酵母菌的来源：,表皮附着的酵母菌,菌种来源,果醋制作,温度：3035时间：7-8天空气：充足的氧气,条件,酵母菌的生活方式,好氧条件产生CO2、H2O,厌氧条件产生C2H5OH、CO2,酵母菌发酵的温度一般控制在18-25,直接购买或者用选择性培养基培养,思考,如果进行大规模生产果酒、果醋时，需要解决哪些问题？,大规模生产果酒、果醋时，需要解决全面考虑，如：a: 原料的来源和选择b: 菌种的培养c: 发酵设备、发酵条件的自动化控制d：严格控制杂菌污染等e: 实际生产中还要考虑沉淀、消毒包装、保存，风味色泽等,1 .下列条件不是酵母菌快速生长
13、繁殖因素的是（ ） A.含糖量高的培养基 B.温度20 左右 C.pH=2.5 D.pH=6,C,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,D,练习：,3果酒制作过程中，操作有误的是（）将消毒过的葡萄汁装满发酵装置将温度严格控制在榨汁机要清洗干净并晾干进行榨汁将冲洗除枝梗的葡萄放入已冲洗并晾干的榨汁机内,A,4、关于酵母菌的叙述，错误的是（ ） A、酵母菌的代谢类型为异养、兼性厌氧型 B、酵母菌主要的繁殖方式为孢子生殖 C、酵母菌只在酒精发酵中发挥作用 D、酵母菌
14、在含链霉素的培养基中不能生存,BCD,（多选）,5下列叙述能够防止发酵液被污染的是( )榨汁机要清洗干净，并晾干发酵瓶要清洗干净，用体积分数为70的酒精消毒 C装入葡萄汁后，封闭充气口发酵装置的排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接,ABCD,（多选）,综合练习,下图表示制造啤酒的过程方法。据图分析回答下列问题：（1）把原料放入沸水中混合的原因是 。（2）在混合物中加入糖的理由是： 。（3）在混合物冷却后才把酵母加进去，是因为 ；假如冷却时不慎使温度骤降到0，当温度逐渐回升到25时，酵母是否还具有活性？ 。原因是_。,为了除去原料中O2,糖是啤酒酵母发酵的原料,防止酵母死亡，并达到酶适宜的温
15、度,有,（4）说出酵母菌细胞所进行的生化反应过程的名称并用反应式叙述这一整个过程。（5）酵母比水更稠浓，但在化学反应中它会上升到混合物的顶部，原因是_。（6）为什么啤酒要至少搁置21天才可以过滤装瓶，请说出一种理由。,使酵母菌充分发酵，有利于混合物中杂质沉淀；进一步降低啤酒中的含糖量；增加啤酒中的CO2含量等。,2、一般情况下，葡萄酒呈红色的原因？,你知道吗？,1、为什么酒是陈的香？,在发酵的过程中，随着酒精度的提高，红葡萄皮的色素也进入发酵液，使葡萄酒呈红色。,不论是果酒还是白酒，能散发芳香气味的功臣是乙酸乙酯。但新酒中乙酸乙酯的含量是微乎其微的。而酒中的醛、酸不仅没有香味，还有刺激喉咙的作
16、用。所以新酿造的酒喝起来生、苦、涩不那么适口。把新制的酒放在坛里密封好，长期存放在温湿度适宜的地方，使之慢慢地发生化学变化，酒里的醛便不断的氧化为羧酸；而羧酸再和酒精发生酯化反应，生成具有芳香气味的乙酸乙酯，从而使酒质醇香，这个变化过程就是酒的陈化。但需要的时间很长，现代科技可缩短这个时间。,3、根据葡萄酒的颜色分成白葡萄酒、红葡萄酒和桃红葡萄酒三种。 白葡萄酒：用白葡萄酿造，皮汁分离发酵； 红葡萄酒：用红葡萄酿造，皮汁混合发酵； 桃红葡萄酒：颜色介于白葡萄酒和红葡萄酒之间，皮的发酵时间短。,4、根据葡萄酒的含糖量分成干、半干、半甜、甜四种。 干葡萄酒：含糖量低于4克/升； 半干葡萄酒：含糖量
17、介于4克-12克/升之间； 半甜葡萄酒：含糖量介于12克-50克/升之间； 甜葡萄酒：含糖量高于50克/升。,【课外探究】,课题1、如何将葡萄上附着的酵母菌分离出来？,课题2、尝试从食醋中分离醋酸菌。,在葡萄破碎入罐以后，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的繁殖，最终发酵成葡萄酒。,（3）酵母菌的来源,葡萄汁中酵母菌的种类,你知道吗？,A 葡萄酒酵母（啤酒酵母）,发酵力强，产酒风味好，生成有益副产物多，在发酵过程中起主要作用。,B 尖端酵母,数量最大，发酵力弱，在发酵开始时先引起发酵，以后逐渐被葡萄酒酵母代替。,C 好气性酵母,使葡萄汁变质。,