酵母菌与葡萄酒的制作

酵母菌与葡萄酒班级：高二（七）班组长：吴博文研究人员：李春阳吴博文王超凡宋倩王婉如指导教师：陈维强Page2课题背景酵母菌是生物科学的一种重要模式生物，高中生物学中与其有关的知识有：生物多样性、细胞的呼吸方式、酒精发酵、种群数量变化、种间关系、微生物培养、基因工程等等。广泛应用于医药、食品、能源、农牧业、工业、科研等多个领域。本课题试图了解酵母菌的生物知识并以葡萄酒的酿制为例来研究与酵母菌相关的高中生物学知识的应用。Page3研究目的1.观察酵母菌形态，了解其生活习性2.熟悉酿造葡萄酒的过程和原理3.学会菌落计数法，了解酵母菌种群数量变化规律，建构酵母菌种群数量变化模型4.研究酵母菌与其他微生物的种间关系Page4研究方法1.上网查找资料2.向老师及专业人员请教3.小组合作研究4.实验分析法Page5认识酵母菌酵母菌是人类实践中应用比较早的一类微生物，我国古代劳动人民就利用酵母菌酿酒。酵母菌在自然界中分布很广，尤其喜欢在偏酸性且含糖较多的环境中生长，例如，在水果、蔬菜、花蜜的表面和在果园土壤中最为常见。Page6一、酵母菌的形态和结构酵母菌细胞的形态通常有球形、卵圆形、腊肠形、椭圆形、柠檬形或藕节形等。比细菌的单细胞个体要大得多，一般为1～5微米或5～20微米。酵母菌无鞭毛，不能游动。酵母菌具有典型的真核细胞结构，有细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞质、液泡、线粒体等。酵母菌的遗传物质有：细胞核DNA，线粒体DNA，以及特殊的质粒DNA。酵母菌细胞结构的显微照片Page7三、酵母菌的生理酵母是一种单细胞真菌，在有氧和无氧环境下都能生存，属于兼性厌氧菌。在缺乏氧气时，发酵型的酵母通过将糖类转化成为二氧化碳和乙醇来获取能量。C6H12O6（酶）→2C2H5OH（酒精）+2CO2+少量能量在酿酒过程中，乙醇被保留下来；在烤面包或蒸馒头的过程中，二氧化碳将面团发起，而酒精则挥发。在有氧气的环境中，酵母菌将葡萄糖转化为水和二氧化碳来获取大量能量。C6H12O6+6O2+6H2O（酶）→6CO2+12H2O+大量能量在温度适合时，氧气和养料充足的条件下，以出芽方式迅速增殖。Page8四、酵母菌的繁殖酵母菌的生殖方式分无性繁殖和有性繁殖两大类。无性生殖在环境条件适合时，酵母可以通过出芽进行无性生殖，即从母细胞上长出一个芽，逐渐长到成熟大小后与母体分离。有性生殖在营养状况不好时，一些可进行有性生殖的酵母会经减数分裂，形成子囊孢子(一般是四个)，在条件适合时再萌发成营养细胞。一些酵母，如假丝酵母(或称念珠菌)不能进行有性繁殖。出芽生殖Page9五、酵母菌的生长条件营养酵母菌同其它活的生物一样需要相似的营养物质，也象细菌一样它有一套胞内和胞外酶系统，用以将大分子物质分解成细胞新陈代谢易利用的小分子物质。属于异养生物。酸度酵母菌能在pH值为3.0-7.5的范围内生长，最适pH值为pH4.5-5.0。温度在低于水的冰点或者高于47℃的温度下，酵母细胞一般不能生长，最适生长温度一般在20℃～30℃。氧气：酵母菌在有氧和无氧的环境中都能生长，是兼性厌氧菌（详见生理部分）Page10目前已知有1000多种酵母，根据酵母菌产生孢子（子囊孢子和担孢子）的能力，可将酵母分成三类：形成孢子的株系属于子囊菌和担子菌及不形成孢子但主要通过出芽生殖来繁殖的称为不完全真菌。酵母产品的分类有：以人类食用和作动物饲料的不同目的可分成食用酵母和饲料酵母。食用酵母中又分成面包酵母、食品酵母、药用酵母和饲料酵母等。六、酵母菌的种类Page11七、酵母菌的应用食品发酵是酵母菌最主要的功用。用于酿造啤酒、葡萄酒和白酒等酒精饮料、酱油、食醋、馒头和面包的发酵等。在食品中作为营养强化剂添加酵母蛋白、氨基酸和维生素。酵母蛋白占干重的45％～60％，其氨基酸的比例接近联合国粮农组织(FAO)推荐的较理想的氨基酸组成值。在医药工业方面酵母及其制品用于治疗某些消化不良症，并能提高和调整人体的新陈代谢机能。因此，药用酵母的生产在酵母工业中占有重要的地位。Page12在畜牧业方面酵母广泛用作精饲料以增加饲料中的蛋白质含量,对提高禽畜的出肉率、产蛋率和产乳率,对肉质的改良和毛皮质量的提高均有明显的效果。在科学研究方面因酵母属于简单的单细胞真核生物，易于培养，且生长迅速，被广泛用于现代生物学研究中。如酿酒酵母作为重要的模式生物，也是遗传学和分子生物学的重要研究材料。酵母菌中含有环状DNA---质粒，可以用来作基因工程的载体。Page13酵母菌的应用实例Page14葡萄酒是惟一的碱性酒精性饮品，可以中和鱼、肉以及米面类的酸性食物，降低血中的胆固醇，促进消化。葡萄酒中含有的抗氧化成分和丰富的酚类化合物，可防止动脉硬化和血小板凝结，保护并维持心脑血管系统的正常生理机能，起到保护心脏、防止中风的作用。酒中含有的抗氧化剂，还能消除或对抗氧自由基，所以具有抗老防病的作用，经常饮用还可以预防老年痴呆。葡萄酒的营养价值Page15饮用葡萄酒对女性有很好的美容养颜的功效，可养气活血，使皮肤富有弹性。红葡萄酒中含有丰富的单宁酸，可预防蛀牙及防止辐射伤害。葡萄皮中含有白藜芦醇，其抗癌性能在数百种人类常食的植物中最好。这种成分可以防止正常细胞癌变，并能抑制癌细胞的扩散。红葡萄酒正是由葡萄全果酿制的，故是预防癌症的佳品。葡萄酒的营养价值Page16实验原理在葡萄酒的自然发酵过程中，起主要作用的是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌。酵母菌是一种单细胞真菌，属于兼性厌氧菌。在有氧气的条件下，酵母菌进行有氧呼吸将葡萄糖转化为水和二氧化碳并获取大量能量，大量繁殖。无氧的条件下，酵母菌进行无氧呼吸将葡萄糖分解为二氧化碳和酒精来获取能量。在发酵过程中，随着酒精度的提高，红葡萄皮的色素也进入发酵液，使葡萄酒呈现深红色。Page17在一定的生存环境中，酵母菌种群数量的增长也受到许多环境因素（如温度、培养液的pH、培养液的成分和浓度变化、代谢产物等）的影响。种群数量的变化包括增长、波动、稳定、下降等。在缺氧、呈酸性的发酵液中，酵母菌可以生长繁殖，而绝大多数其他微生物都因无法适应这一环境而受到抑制。反映了生物的种间竞争关系。正确使用显微镜、血球计数板等实验器材解决实验问题实验原理Page18实验器材一、材料葡萄10斤白糖1-3斤二、仪器1.主发酵器、玻璃罐、瓶、陶瓷、能耐受酒精又对人无害的塑料瓶等均可。2.二次发酵容器及装酒的容器可以用空酒瓶、饮料瓶、矿泉水瓶等都可3.木棒或筷子。用来在发酵过程中搅拌葡萄皮和葡萄汁。4.细纱布。用来过滤葡萄酒汁。Page19准备材料葡萄的选择红葡萄酒品种有赤霞珠，蛇龙珠，红提等都可以做为家庭酿酒的原料，但是不同品种的葡萄酿出的葡萄酒的口味不同，在宁夏地区的葡萄品种中，最好的还是赤霞珠，蛇龙珠，是酿制高档红葡萄酒的品种。白葡萄酒的品种有霞多丽，玫瑰香，龙眼等优质品种大武口贺东庄园的蛇龙珠和霞多丽Page20葡萄酒的酿制1.清洗将主发酵器即玻璃坛等充分洗干净、灭菌消毒。2.浸泡将葡萄摘除蒂把剪好的葡萄冲洗干净后用淡盐水浸泡十分钟左右，这是为了去掉葡萄皮上的农药和其他有害物质，再次冲洗，晾干至表面没有水珠。3.装瓶将葡萄捏破，葡萄肉连同葡萄皮挤到主发酵器中。当把葡萄装到发酵器容量的70%左右时，停止装葡萄盖上盖子，但不要完全拧紧。4.发酵将装好葡萄的发酵器放在22--30℃温度下培养。大约会在24个小时以内启动发酵，表现为葡萄汁中有较多气泡产生。在发酵启动后每天摇动发酵器使葡萄皮浸入酒液中。Page215.加糖发酵启动后两天再放入250g白糖，作用是提高酒精度。发酵启动后三到四天时，再次放入白糖250g将糖浸入葡萄汁中搅拌均匀。6.二次发酵将葡萄酒汁倒入二次发酵器，然后将剩下的葡萄皮、籽、糟等用丝袜或细纱布过滤。过滤后的酒液也混入二次发酵器中。葡萄皮、籽、糟扔掉。注意二次发酵器留有1/10空隙盖子也不要拧的很紧。放在阴凉处。二次发酵主要是苹果酸-乳酸发酵不再产生酒精。葡萄酒的酿制Page22葡萄酒制作过程Page23一、影响葡萄糖酵母活动的因素实验分析Page24Page25二、酵母菌种群数量变化1.酵母菌种群数量的记数血球计数板是一种专门用于计算较大单细胞微生物的一种仪器。计数时，常采用样方法。实验分析Page26(1)计数方法对于压在小方格界线上的酵母菌应取相邻两边及顶角计数。（2）计算每毫升培养液中的酵母菌细胞数是多少？酵母细胞个数/mL=所数小方格中细胞总数x400x104x稀释倍数所数的小方格数Page27下表为一周的数据记录表：各中格的总菌数AB平均数菌数/ml12345第一组第二组第三组（3）数据记录下表为某一次的数据记录表，其中，A表示五个中方格的总菌数；B表示菌液稀释倍数：时间次数1234567123平均Page28（3）注意事项进行计数前，应先将试管摇匀，目的是使酵母菌在培养液中混合均匀，以减少计数误差。显微镜计数时，对于压在小方格界线上的酵母菌，应取相邻两边及顶角计数。若一个小方格内酵母菌数量过多，难以数清时，则可将培养液稀释一定倍数后再计数。本实验无对照实验，酵母菌每天的数量变化可形成前后对照。血球计数板使用后，切勿用硬物洗刷，可采用浸泡和冲洗的方法清洗。Page29第1天Page30第4天第6天Page31第7天死亡Page322.酵母菌种群数量变化规律分析该曲线反映了酵母菌种群在一定环境条件下于液体培养时所表现出的群体生长规律。依据其生长速率的不同，一般可把生长曲线分为延缓期、对数期、稳定期和衰亡期(延缓期、对数期、稳定期这三个类似于S型曲线)。生长曲线变化的原因是受到许多环境因素（如温度、培养液的pH、培养液的成分和浓度变化、代谢产物等）的影响。Page33三.酵母菌发酵中的生物种内和种间关系分析在有限的空间和一定体积的培养液中，酵母菌先进行有氧呼吸而大量繁殖，随着酵母菌种群密度的增加，酵母菌种内斗争加剧。随着氧气的减少，酵母菌进行无氧呼吸产生酒精和CO2，在酸性的发酵液中，酵母菌可以生长繁殖，而绝大多数其他微生物都因无法适应这一环境而受到抑制。反映了生物的种间竞争关系。Page34研究性学习的收获与反思通过此次研究性学习，不仅让我们收获了好喝的葡萄酒，更让我们知道了酵母菌的生物学知识及其应用价值，了解酒精发酵的原理，发酵过程中酵母菌种群的数量变化及生物的种间关系，把课堂学到的知识更好的与生活联系，体会到了研究的乐趣与意义，让我们对于生物这门课程有了更深的认识和更大的兴趣，与此同时，此次活动还培养了我们科学探究能力和集体协作精神，为日后的学习打下良好基础。当然在研究中还发现了一些值得探究的问题如：酒精发酵中一定体积的发酵液在酵母菌种群达到多少数量时，产生的酒精最多？等等问题还有待以后进一步研究。Page35参考资料1.://wenku.baidu.com/view/12c0bfc52cc58bd63186bdaf.html3.评价与反馈请各位评委老师和同学们品尝我们亲手制作的葡萄美酒，别忘了提出宝贵意见哦！