酵母菌與葡萄酒的制作

酵母菌與葡萄酒班級：高二（七）班組長：吳博文研究人員：李春陽吳博文王超凡宋倩王婉如指導(dǎo)教師：陳維強(qiáng)課題背景酵母菌是生物科學(xué)的一種重要模式生物，高中生物學(xué)中與其有關(guān)的知識有：生物多樣性、細(xì)胞的呼吸方式、酒精發(fā)酵、種群數(shù)量變化、種間關(guān)系、微生物培養(yǎng)、基因工程等等。廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、能源、農(nóng)牧業(yè)、工業(yè)、科研等多個(gè)領(lǐng)域。本課題試圖了解酵母菌的生物知識并以葡萄酒的釀制為例來研究與酵母菌相關(guān)的高中生物學(xué)知識的應(yīng)用。

研究目的1.觀察酵母菌形態(tài)，了解其生活習(xí)性2.熟悉釀造葡萄酒的過程和原理3.學(xué)會菌落計(jì)數(shù)法，了解酵母菌種群數(shù)量變化規(guī)律，建構(gòu)酵母菌種群數(shù)量變化模型4.研究酵母菌與其他微生物的種間關(guān)系研究方法1.上網(wǎng)查找資料2.向老師及專業(yè)人員請教3.小組合作研究4.實(shí)驗(yàn)分析法認(rèn)識酵母菌酵母菌是人類實(shí)踐中應(yīng)用比較早的一類微生物，我國古代勞動(dòng)人民就利用酵母菌釀酒。酵母菌在自然界中分布很廣，尤其喜歡在偏酸性且含糖較多的環(huán)境中生長，例如，在水果、蔬菜、花蜜的表面和在果園土壤中最為常見。

一、酵母菌的形態(tài)和結(jié)構(gòu)酵母菌細(xì)胞的形態(tài)通常有球形、卵圓形、臘腸形、橢圓形、檸檬形或藕節(jié)形等。比細(xì)菌的單細(xì)胞個(gè)體要大得多，一般為1～5微米或5～20微米。酵母菌無鞭毛，不能游動(dòng)。

酵母菌具有典型的真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)，有細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、液泡、線粒體等。酵母菌的遺傳物質(zhì)有：細(xì)胞核DNA，線粒體DNA，以及特殊的質(zhì)粒DNA。酵母菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)的顯微照片三、酵母菌的生理酵母是一種單細(xì)胞真菌，在有氧和無氧環(huán)境下都能生存，屬于兼性厭氧菌。在缺乏氧氣時(shí)，發(fā)酵型的酵母通過將糖類轉(zhuǎn)化成為二氧化碳和乙醇來獲取能量。C6H12O6（酶）→2C2H5OH（酒精）+2CO2+少量能量

在釀酒過程中，乙醇被保留下來；在烤面包或蒸饅頭的過程中，二氧化碳將面團(tuán)發(fā)起，而酒精則揮發(fā)。在有氧氣的環(huán)境中，酵母菌將葡萄糖轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳來獲取大量能量。C6H12O6+6O2+6H2O（酶）→6CO2+12H2O+大量能量

在溫度適合時(shí)，氧氣和養(yǎng)料充足的條件下，以出芽方式迅速增殖。四、酵母菌的繁殖酵母菌的生殖方式分無性繁殖和有性繁殖兩大類。無性生殖在環(huán)境條件適合時(shí)，酵母可以通過出芽進(jìn)行無性生殖，即從母細(xì)胞上長出一個(gè)芽，逐漸長到成熟大小后與母體分離。有性生殖在營養(yǎng)狀況不好時(shí)，一些可進(jìn)行有性生殖的酵母會經(jīng)減數(shù)分裂，形成子囊孢子(一般是四個(gè))，在條件適合時(shí)再萌發(fā)成營養(yǎng)細(xì)胞。一些酵母，如假絲酵母(或稱念珠菌)不能進(jìn)行有性繁殖。出芽生殖五、酵母菌的生長條件營養(yǎng)酵母菌同其它活的生物一樣需要相似的營養(yǎng)物質(zhì)，也象細(xì)菌一樣它有一套胞內(nèi)和胞外酶系統(tǒng)，用以將大分子物質(zhì)分解成細(xì)胞新陳代謝易利用的小分子物質(zhì)。屬于異養(yǎng)生物。酸度酵母菌能在pH值為3.0-7.5的范圍內(nèi)生長，最適pH值為pH4.5-5.0。溫度

在低于水的冰點(diǎn)或者高于47℃的溫度下，酵母細(xì)胞一般不能生長，最適生長溫度一般在20℃～30℃。氧氣：酵母菌在有氧和無氧的環(huán)境中都能生長，是兼性厭氧菌（詳見生理部分）目前已知有1000多種酵母，根據(jù)酵母菌產(chǎn)生孢子（子囊孢子和擔(dān)孢子）的能力，可將酵母分成三類：形成孢子的株系屬于子囊菌和擔(dān)子菌及不形成孢子但主要通過出芽生殖來繁殖的稱為不完全真菌。

酵母產(chǎn)品的分類有：以人類食用和作動(dòng)物飼料的不同目的可分成食用酵母和飼料酵母。食用酵母中又分成面包酵母、食品酵母、藥用酵母和飼料酵母等。六、酵母菌的種類七、酵母菌的應(yīng)用食品發(fā)酵是酵母菌最主要的功用。用于釀造啤酒、葡萄酒和白酒等酒精飲料、醬油、食醋、饅頭和面包的發(fā)酵等。在食品中作為營養(yǎng)強(qiáng)化劑添加酵母蛋白、氨基酸和維生素。酵母蛋白占干重的45％～60％，其氨基酸的比例接近聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)推薦的較理想的氨基酸組成值。在醫(yī)藥工業(yè)方面酵母及其制品用于治療某些消化不良癥，并能提高和調(diào)整人體的新陳代謝機(jī)能。因此，藥用酵母的生產(chǎn)在酵母工業(yè)中占有重要的地位。在畜牧業(yè)方面酵母廣泛用作精飼料以增加飼料中的蛋白質(zhì)含量,對提高禽畜的出肉率、產(chǎn)蛋率和產(chǎn)乳率,對肉質(zhì)的改良和毛皮質(zhì)量的提高均有明顯的效果。在科學(xué)研究方面因酵母屬于簡單的單細(xì)胞真核生物，易于培養(yǎng)，且生長迅速，被廣泛用于現(xiàn)代生物學(xué)研究中。如釀酒酵母作為重要的模式生物，也是遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的重要研究材料。

酵母菌中含有環(huán)狀DNA---質(zhì)粒，可以用來作基因工程的載體。酵母菌的應(yīng)用實(shí)例家庭自制葡萄酒葡萄酒是惟一的堿性酒精性飲品，可以中和魚、肉以及米面類的酸性食物，降低血中的膽固醇，促進(jìn)消化。葡萄酒中含有的抗氧化成分和豐富的酚類化合物，可防止動(dòng)脈硬化和血小板凝結(jié)，保護(hù)并維持心腦血管系統(tǒng)的正常生理機(jī)能，起到保護(hù)心臟、防止中風(fēng)的作用。酒中含有的抗氧化劑，還能消除或?qū)寡踝杂苫?，所以具有抗老防病的作用，?jīng)常飲用還可以預(yù)防老年癡呆。葡萄酒的營養(yǎng)價(jià)值飲用葡萄酒對女性有很好的美容養(yǎng)顏的功效，可養(yǎng)氣活血，使皮膚富有彈性。紅葡萄酒中含有豐富的單寧酸，可預(yù)防蛀牙及防止輻射傷害。葡萄皮中含有白藜蘆醇，其抗癌性能在數(shù)百種人類常食的植物中最好。這種成分可以防止正常細(xì)胞癌變，并能抑制癌細(xì)胞的擴(kuò)散。紅葡萄酒正是由葡萄全果釀制的，故是預(yù)防癌癥的佳品。葡萄酒的營養(yǎng)價(jià)值實(shí)驗(yàn)原理在葡萄酒的自然發(fā)酵過程中，起主要作用的是附著在葡萄皮上的野生型酵母菌。酵母菌是一種單細(xì)胞真菌，屬于兼性厭氧菌。在有氧氣的條件下，酵母菌進(jìn)行有氧呼吸將葡萄糖轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳并獲取大量能量，大量繁殖。無氧的條件下，酵母菌進(jìn)行無氧呼吸將葡萄糖分解為二氧化碳和酒精來獲取能量。在發(fā)酵過程中，隨著酒精度的提高，紅葡萄皮的色素也進(jìn)入發(fā)酵液，使葡萄酒呈現(xiàn)深紅色。在一定的生存環(huán)境中，酵母菌種群數(shù)量的增長也受到許多環(huán)境因素（如溫度、培養(yǎng)液的pH、培養(yǎng)液的成分和濃度變化、代謝產(chǎn)物等）的影響。種群數(shù)量的變化包括增長、波動(dòng)、穩(wěn)定、下降等。在缺氧、呈酸性的發(fā)酵液中，酵母菌可以生長繁殖，而絕大多數(shù)其他微生物都因無法適應(yīng)這一環(huán)境而受到抑制。反映了生物的種間競爭關(guān)系。正確使用顯微鏡、血球計(jì)數(shù)板等實(shí)驗(yàn)器材解決實(shí)驗(yàn)問題實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)器材一、材料葡萄10斤白糖1-3斤

二、儀器1.主發(fā)酵器、玻璃罐、瓶、陶瓷、能耐受酒精又對人無害的塑料瓶等均可。2.二次發(fā)酵容器及裝酒的容器可以用空酒瓶、飲料瓶、礦泉水瓶等都可3.木棒或筷子。用來在發(fā)酵過程中攪拌葡萄皮和葡萄汁。4.細(xì)紗布。用來過濾葡萄酒汁。準(zhǔn)備材料葡萄的選擇紅葡萄酒品種有赤霞珠，蛇龍珠，紅提等都可以做為家庭釀酒的原料，但是不同品種的葡萄釀出的葡萄酒的口味不同，在寧夏地區(qū)的葡萄品種中，最好的還是赤霞珠，蛇龍珠，是釀制高檔紅葡萄酒的品種。白葡萄酒的品種有霞多麗，玫瑰香，龍眼等優(yōu)質(zhì)品種大武口賀東莊園的蛇龍珠和霞多麗葡萄酒的釀制1.清洗將主發(fā)酵器即玻璃壇等充分洗干凈、滅菌消毒。2.浸泡將葡萄摘除蒂把剪好的葡萄沖洗干凈后用淡鹽水浸泡十分鐘左右，這是為了去掉葡萄皮上的農(nóng)藥和其他有害物質(zhì)，再次沖洗，晾干至表面沒有水珠。3.裝瓶將葡萄捏破，葡萄肉連同葡萄皮擠到主發(fā)酵器中。當(dāng)把葡萄裝到發(fā)酵器容量的70%左右時(shí)，停止裝葡萄蓋上蓋子，但不要完全擰緊。4.發(fā)酵將裝好葡萄的發(fā)酵器放在22--30℃溫度下培養(yǎng)。大約會在24個(gè)小時(shí)以內(nèi)啟動(dòng)發(fā)酵，表現(xiàn)為葡萄汁中有較多氣泡產(chǎn)生。在發(fā)酵啟動(dòng)后每天搖動(dòng)發(fā)酵器使葡萄皮浸入酒液中。5.加糖發(fā)酵啟動(dòng)后兩天再放入250g白糖，作用是提高酒精度。發(fā)酵啟動(dòng)后三到四天時(shí)，再次放入白糖250g將糖浸入葡萄汁中攪拌均勻。6.二次發(fā)酵當(dāng)酒精發(fā)酵完成后，首先利用虹吸法將葡萄酒汁倒入二次發(fā)酵器，然后將剩下的葡萄皮、籽、糟等用絲襪或細(xì)紗布過濾。過濾后的酒液也混入二次發(fā)酵器中。葡萄皮、籽、糟扔掉。注意二次發(fā)酵器留有1/10空隙蓋子也不要擰的很緊。放在陰涼處。二次發(fā)酵主要是蘋果酸-乳酸發(fā)酵不再產(chǎn)生酒精。

葡萄酒的釀制葡萄酒制作過程一、影響葡萄糖酵母活動(dòng)的因素實(shí)驗(yàn)分析二、酵母菌種群數(shù)量變化1.酵母菌種群數(shù)量的記數(shù)血球計(jì)數(shù)板是一種專門用于計(jì)算較大單細(xì)胞微生物的一種儀器。計(jì)數(shù)時(shí)，常采用樣方法。實(shí)驗(yàn)分析(1)計(jì)數(shù)方法

對于壓在小方格界線上的酵母菌應(yīng)取相鄰兩邊及頂角計(jì)數(shù)。（2）計(jì)算

每毫升培養(yǎng)液中的酵母菌細(xì)胞數(shù)是多少？酵母細(xì)胞個(gè)數(shù)/mL=所數(shù)小方格中細(xì)胞總數(shù)x400x104x稀釋倍數(shù)所數(shù)的小方格數(shù)下表為一周的數(shù)據(jù)記錄表：各中格的總菌數(shù)AB平均數(shù)菌數(shù)/ml12345第一組第二組第三組（3）數(shù)據(jù)記錄下表為某一次的數(shù)據(jù)記錄表，其中，A表示五個(gè)中方格的總菌數(shù)；B表示菌液稀釋倍數(shù)：時(shí)間次數(shù)1234567123平均（3）注意事項(xiàng)進(jìn)行計(jì)數(shù)前，應(yīng)先將試管搖勻，目的是使酵母菌在培養(yǎng)液中混合均勻，以減少計(jì)數(shù)誤差。顯微鏡計(jì)數(shù)時(shí)，對于壓在小方格界線上的酵母菌，應(yīng)取相鄰兩邊及頂角計(jì)數(shù)。若一個(gè)小方格內(nèi)酵母菌數(shù)量過多，難以數(shù)清時(shí)，則可將培養(yǎng)液稀釋一定倍數(shù)后再計(jì)數(shù)。本實(shí)驗(yàn)無對照實(shí)驗(yàn)，酵母菌每天的數(shù)量變化可形成前后對照。血球計(jì)數(shù)板使用后，切勿用硬物洗刷，可采用浸泡和沖洗的方法清洗。第1天第4

天第6天第7

天死亡2.酵母菌種群數(shù)量變化規(guī)律分析該曲線反映了酵母菌種群在一定環(huán)境條件下于液體培養(yǎng)時(shí)所表現(xiàn)出的群體生長規(guī)律。依據(jù)其生長速率的不同，一般可把生長曲線分為延緩期、對數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期(延緩期、對數(shù)期、穩(wěn)定期這三個(gè)類似于S型曲線)。生長曲線變化的原因是受到許多環(huán)境因素（如溫度、培養(yǎng)液的pH、培養(yǎng)液的成分和濃度變化、代謝產(chǎn)物等）的影響。三.酵母菌發(fā)酵中的生物種內(nèi)和種間關(guān)系分析在有限的空間和一定體積的培養(yǎng)液中，酵母菌先進(jìn)行有氧呼吸而大量繁殖，隨著酵母菌種群密度的增加，酵母菌種內(nèi)斗爭加劇。隨著氧氣的減少，酵母菌進(jìn)行無氧呼吸產(chǎn)生酒精和CO2，在酸性的發(fā)酵液中，酵母菌可以生長繁殖，而絕大多數(shù)其他微生物都因無法適應(yīng)這一環(huán)境而受到抑制。反映了生物的種間競爭關(guān)系。研究性學(xué)習(xí)的收獲與反思通過此次研究性學(xué)習(xí)，不僅讓我們收獲了好喝的葡萄酒，更讓我們知道了酵母菌的生物學(xué)知識及其應(yīng)用價(jià)值，了解酒精發(fā)酵的原理，發(fā)酵過程中酵母菌種群的數(shù)量變化及生物的種間關(guān)系，把課堂學(xué)到的知識更好的與生活聯(lián)系，體會到了研究的樂趣與意義，讓我們對于生物這門課程有了更深的認(rèn)識和更大的興趣，與此同時(shí)，此次活動(dòng)還培養(yǎng)了我們科學(xué)探究能力和集體協(xié)作精神，為日后的學(xué)習(xí)