果酒和果醋的制作

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选修 Ⅰ 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
课标要求
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
教学目标
知识：1．了解传统发酵技术在日常生活中的应用。
2．掌握发酵作用的基本原理和方法。
3．学习制作果酒、果醋的实际操作技能。
4．设计并安装简单的生产果酒及果醋的装置
情感：1．对学生进行科学方法和科学态度的教育。
2．体验和感受生物技术给人类生活带来的变化。
3．培养学生合作精神。。
能力：1．引导学生主动参与探究过程，培养学生搜集和处理科学信息的能力，获取新知识的能力以及用简约科学术语表达问题的能力。
2．培养学生综合分析能力。
3．培养学生利用已建立的知识解决实际问题的能力。
教学重点
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
教学难点
制作过程中发酵条件的控制
课时安排
教学3课时 习题2课时（见基础练习、创新练习、全练习题）
课前准备
自制PPT、收集有关图片及文字资料、果酒和果醋的制作的视频资料
教学过程 （启发式教学，结合PPT）
(第一课时)
简介有关生物技术实践的内容
（一）新课背景
简介发酵的概念（广义和狭义）
俗语“无酒不成席”、“开门五件事、油盐酱醋茶”。酒和醋是人们日常生活离不开的传统发酵产品。在中华民族悠久的历史长河中，很多事物都走在世界前列，酒也一样，有着它本身的光辉篇章。在酒的记载中，有许多关于酒的有趣传说。猿猴酿酒说——猿猴的主要食物就是含糖水果，猿猴在水果成熟的季节收贮大量的水果在“石洼”中，一段时间后，就有特殊香味的液体流出，这就是最早的果酒。
拓展有关酒知识：见PPT
（二）进行新课
（阅读“果酒制作的原理”，引导学生自学基础知识。）
1．基础知识
1．1 果酒制作原理
（1）利用的微生物是酵母菌，其异化作用类型是兼性厌氧型，明确酵母菌发酵的反应式：
①有氧条件： 酶
C6H1206+6O2 6CO2+6H20+能量
②无氧条件： 酶
2C2H5OH+O2 →2CH3CHO+2H2O
酶
2CH3CHO+O2 →2CH3COOH（醋酸）
（2）影响酒精发酵的主要环境条件有温度、氧气和pH。
①酒精发酵是一般将温度控制在18～25℃范围内，在20℃时最适宜。
②酒精发酵过程中，要保持缺氧、酸性环境。
（阅读教材资料，学生讨论并完成思考1～4。）
〖思考1〗为什么在酒精发酵过程中往往“先通气后密封”？
“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 。
〖思考2〗酒精发酵过程中发生“先来水后来酒”现象，其原因是什么？
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。
〖思考3〗葡萄酒呈现深红色的原因？在发酵过程中葡萄皮的色素进入到发酵液中。
〖思考4〗酵母菌是如何进行生殖的？
酵母菌在环境适宜时进行出芽生殖，环境不适宜时产生孢子进入休眠状态。
（阅读果醋制作的原理，引导考学生自学基础知识）
1．2 果醋制作原理
（1）利用的微生物是醋酸菌 ，其异化作用类型是需氧型。
在氧气和糖源都充足时，降糖分解形成醋酸：
酶
C6H12O6 → 3CH3COOH（醋酸）
当缺少糖源时可将乙醇转变成乙醛，并进一步转变成醋酸：
酶
2C2H5OH+O2 →2CH3CHO+2H2O
酶
2CH3CHO+O2 →2CH3COOH（醋酸）
（2）醋酸发酵的最适宜温度为 30～35 ℃。
（学生讨论并完成思考5～6）
〖思考5〗影响醋酸发酵的环境因素还有哪些？氧气和pH。
〖思考6〗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。
（第二课时）
2．实验设计
2．1 实验流程
课件展示流程图
（讨论并完成思考7，提问）
〖思考7〗酒精发酵和醋酸发酵的区别和联系：
（阅读［资料］，学生讨论完成发酵过程的设计。）
2．2 设计发酵装置：根据图1－4a、4b回答
（1）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？
在发酵过程中产生CO2 ，防止瓶内气压过高引起爆裂。
（2）在醋酸发酵过程中，需要注意什么？要持续向发酵液中补充氧气。
（3）在图1－4b装置中：①充气口的作用是在 醋酸 发酵中补充氧气；
②排气口的作用是在发酵中排出 CO2或残余气体 ；
③出料口的作用是便于 取样检查和放出发酵液 ；
④排气口胶管长而弯曲的作用是防止 防止空气中杂菌感染 。
3．发酵操作
3．1材料选择和处理
选择新鲜优质的葡萄，然后依次冲洗、除去枝梗和榨汁。
〖思考9〗先冲洗后去枝梗的目的是什么？ 防止杂菌感染 。
3．2 防止发酵液被污染
为防止发酵液被杂菌污染，实验所用的榨汁机、发酵装置等器械进行消毒，并使发酵装置处于封闭状态。
〖思考10〗在实际生产中，还要对发酵液进行煮沸处理，其目的是什么？ 消灭发酵液中的杂菌 。
3．3 控制发酵条件
（1）发酵液装瓶后保持 1/3 的剩余空间。
（2）酒精发酵的温度要控制在 18～25℃ 范围内，发酵时间控制在 10～12 天左右。
（3）醋酸发酵的温度要控制在 30～35℃范围内，发酵时间控制在 7～8 天左右，并保持不断充气 。
（学生分组讨论并完成思考11～12）
〖思考11〗在发酵液装瓶后问什么要保持1/3的剩余空间？暂时存储发酵产生的CO2，起到缓冲作用。
〖思考12〗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 无菌空气 。
（第三课时）
4．结果分析与评价
4．1实验现象：
4．2 检验：
酒精发酵后是否有酒精产生，可用重铬酸钾来检验。
（1）原理：在酸性条件下 重铬酸钾与酒精反应呈灰绿色。
【补充】为了控制和了解发酵进程，不断进行取样检查，其中检查的项目有原料浓度、产物浓度、发酵菌含量、溶氧量和pH等。
（2）方法：（填表，注意对照原则）
5、相关链接
为了提高果酒和果醋的产量和品质，抑制其他微生物的生长，还应直接向发酵液中加入人工培养的优良菌种 。
（三）课堂总结、点评
（四）实例探究
例1．生产果醋用的醋酸菌等细菌都具有的特征是 （ ）
A．都是异养生物 B．仅在有水条件下繁殖 C．仅在有氧条件下生长 D．生存温度都超过80℃
解析：细菌的生长所必需的营养元素：碳源、氮源、无机盐、水生长因子，其中碳源、氮源、无机盐、生长因子因细菌种类的不同，所需的种类也不一样，而水是所有微生物生长共同所需要的物质。细菌按同化作用可分为自养型和异养型两种；按异化作用可分为需氧型和厌氧型。答案：B
例2．发酵过程中，不会直接引起pH变化的是
A．营养物质的消耗 B．微生物呼出的CO2
C．微生物细胞数目的增加 D．次级代谢产物的积累
解析：微生物发酵过程中，微生物的代谢会消耗大量的营养物质，可能造成酸碱物质消耗不均，从而引起pH的变化；微生物的呼吸作用还会产生大量的CO2引起pH的变化；同时产物的种类也能引起pH的变化。答案：C
（五）巩固练习
1．利用酵母菌发酵生产酒精时，投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( C )
A．玉米粉和有氧 Ｂ．大豆粉和有氧 C．玉米粉和无氧 Ｄ．大豆粉和无氧
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( D )
A．温度控制 B．溶氧控制 C．pH控制 D．酶的控制
3．生产用菌种的来源主要是( D )
①自然环境 ②收集菌株筛选 ③购置生产用菌种 ④培养基
Ａ．①②④ Ｂ．①③④ C．②③④ Ｄ．①②③
4．酵母菌、乳酸菌、醋酸菌和谷氨酸棒状杆菌异化作用的类型依次是( B )
①需氧型 ②厌氧型 ③兼性厌氧型
A．①②①③ Ｂ．③②①① C．③②①② Ｄ．②②③①
5．下列叙述能够防止发酵液被污染的是( ABCD )
Ａ．榨汁机要清洗干净，并晾干 Ｂ．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 Ｄ．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
6．关于酵母菌的叙述，错误的是( BCD )
A．酵母菌代谢类型为异养、兼性厌氧 B．酵母菌主要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．酵母菌在含青霉素的培养基中不能生存
7．在微生物的细胞中，占细胞干重90%以上的化学元素为（ B ）
A.C、H、O、N B.C、H、O、N、P、S C.N、P、S、K、Ca、Mg D.C、H、O
8．下列条件不是酵母菌快速生长繁殖因素的是(C )
A．含糖量高的培养基 B．温度20℃左右 C．Ph＝2．5 Ｄ．pH—6
9．葡萄的糖分是( D )
①乳糖 ②麦芽糖 ③葡萄糖 ④蔗糖 ⑤果糖
A．①②③④⑤ Ｂ．③④ C．①③④⑤ Ｄ．③⑤
10．关于发酵的叙述，正确的是( D )
Ａ．发酵就是无氧呼吸 Ｂ．发酵就是发酵工程
C．发酵就是只获得微生物的代谢产物 Ｄ．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
拓展：
葡萄酒的类别
葡萄酒若以颜色区分，可分为白酒、红酒和玫瑰红酒，但无论是红葡萄或白葡萄所压榨出来的果汁都是没有颜色的，所以白酒可以用红葡萄酿造，红酒是由于在酿造时连葡萄的皮一起发酵，吸收红葡萄皮所释放出来的色素而成为有颜色的红葡萄酒，如将红葡萄皮提早分开，让酒的颜色变淡，即成为玫瑰红酒。每家酒厂的玫瑰红酒由于葡萄皮与酒接触的时间长短不一，故颜色的深浅也不一致。白葡萄皮因没有色素效果，故酿造时并没有连皮一起发酵。
葡萄在成熟后便含有果糖、果酸，所谓酿造葡萄酒，简单来说，只是把葡萄压榨后的果汁，在发酵过程中将果糖转换成酒精，如果果糖全部转成酒精，则我们称这些为不甜或乾(dry)的酒，如在转换个程中，提前终止发酵，保留多一点糖份，便变成甜酒。
葡萄在发酵过程时，并同时产生热能和二氧化碳（汽泡），通常一般葡萄酒会让汽泡跑掉，但如把汽泡保存于葡萄酒中，便成为汽泡葡萄酒(Sparkling wine)，香槟便是名闻世界之代表作（只有在法国香槟产区依规定酿制之汽泡酒，才能命名香槟，法国其它地区或世界各地之酿制，只能称作汽泡酒）。
区别 酒精发酵 醋酸发酵
微生物
温度
氧气
联系 酒精发酵为醋酸发酵提供____________。
发酵 酒精发酵 醋酸发酵
气味和味道
气泡和泡沫
发酵液颜色 混浊 混浊，液面形成白色菌膜
操作 试管甲 试管乙
发酵液 2mL －
蒸馏水
3mol/LH2SO4
饱和重铬酸钾溶液
现象
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