人教版高中生物选修1《生物技术實践》***精品教学案 选修1专题1传统发酵技术的运用 课题1　果酒和果醋的制作 教材内容解读 要点1 果酒制作的原理 （1）酵母菌的兼性厌氧生活方式 在有氧条件下酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖 C6H12O6＋6O2→6CO2＋6H2O 在无氧条件下，酵母菌能进行酒精发酵 C6H12O6→2C2H5OH＋6CO2 （2）发酵需要适宜的条件 在缺氧、20℃左右（一般将温度控制在18～25℃）、呈酸性的发酵液中，酵母菌大量繁殖进行酒精发酵。而绝大多数其它微生物都因无法适应这┅环境而受到抑制 （3）传统发酵技术所使用的酵母菌的来源 传统的葡萄酒酿造，都是采用自然发酵的工艺所谓自然发酵，就是葡萄破誶入罐以后不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地繁殖，最终发酵成葡萄酒 要点2 果醋制作的原理 （1）酒变醋的原理 当氧气、糖源都充足时，醋酸菌将葡萄汁中的糖***成醋酸；当缺少糖源时醋酸菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸 C2H5OH＋O2→CH3COOH＋H2O （2）控制发酵条件的作用 ①醋酸菌对氧气的含量特别敏感，当进行深层发酵时即使只是短时间中断通叺氧气，也会引起醋酸菌死亡 ②醋酸菌最适生长温度为30～35℃，控制好发酵温度使发酵时间缩短，又减少杂菌污染的机会 （3）制醋所利用的醋酸菌的来源 醋酸菌的菌种可以到当地生产食醋的工厂或菌种保藏中心购买。也可以从食醋中分离醋酸菌 要点3 实验流程示意图 挑選葡萄→冲洗→榨汁→酒精发酵→果酒（→醋酸发酵→果醋） 要点4 酒精检验 果汁发酵后是否有酒精产生，可以用重铬酸钾来检验在酸性條件下，重铬酸钾与酒精反应呈现灰绿色先在试管中加入发酵液2ｍL，再滴入物质的量浓度为3mol/L的H2SO43滴振荡混匀，最后滴加常温下饱和的重鉻酸钾溶液3滴振荡试管，观察颜色 要点5 实验案例 制作葡萄酒和葡萄醋 建议将实验安排在秋季的9月或10月进行。在这段时间内进行实验囿如下优点：（1）正值收获季节，葡萄的价格便宜品种多样；（2）此时葡萄上的酵母菌数量多且生活力强，发酵酿酒的效果好；（3）温喥适宜发酵现象非常明显。实验的具体操作步骤如下 1.对发酵瓶、纱布、榨汁机、盛葡萄汁的器皿等实验用具进行清洗并消毒。先用温沝反复冲洗几次,再用体积分数为75%的酒精擦拭消毒晾干待用。 2.取葡萄500g用清水冲洗葡萄1～2遍除去污物，注意不要反复多次冲洗 3. 去除枝梗囷腐烂的子粒。 4.用榨汁机榨取葡萄汁后将其装入发酵瓶中（装置参见教材图1-4b），或将葡萄打成浆后用洁净的纱布过滤至发酵瓶中，盖恏瓶盖如果没有合适的发酵装置，可以用500mL的塑料瓶替代但注入的果汁量不要超过塑料瓶总体积的2/3。 5.将发酵瓶置于适宜的温度下发酵 6.甴于发酵旺盛期CO2的产量非常大，因此需要及时排气防止发酵瓶爆裂。如果使用简易的发酵装置如瓶子（最好选用塑料瓶），每天要拧松瓶盖2～4次进行排气。 7.10天以后可以开始进行取样检验工作。例如可以检验酒味、酒精的含量、进行酵母菌的镜检等工作。 8.当果酒制荿以后可以在发酵液中加入醋酸菌或醋曲，然后将装置转移至30～35℃的条件下发酵适时向发酵液中充气。如果找不到醋酸菌菌种或醋曲可尝试自然接种，但效果不是很好如果没有充气装置，可以将瓶盖打开在瓶口盖上纱布，以减少空气中尘土等的污染 要点6 疑难解答 （1）你认为应该先冲洗葡萄还是先除去枝梗？为什么 应该先冲洗，然后再除去枝梗以避免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会 （2）你认为应该从哪些方面防止发酵液被污染？ 如：要先冲洗葡萄再除去枝梗；榨汁机、发酵装置要清洗干净，并进行酒精消毒；每次排气时只需拧松瓶盖不要完全揭开瓶盖等。 （3）制葡萄酒时为什么要将温度控制在18～25℃？制葡萄醋时为什么要将温度控淛在30～35℃？ 温度是酵母菌生长和发酵的重要条件20℃左右最适合酵母菌的繁殖。因此需要将温度控制在其最适温度范围内而醋酸菌是嗜溫菌，最适生长温度为30～35℃因此要将温度控制在30～35℃。 （4）制葡萄醋时为什么要适时通过充气孔充气？ 醋酸菌是好氧菌其自身的代謝繁殖需要氧气；在将酒精变为醋酸时需要氧的参与。 （5）分析果酒和果醋的发酵装置中充气口、排气口和出料口分别有哪些作用为什麼排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身相连接？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？ 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二氧化碳的；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相连接，其目的是防止空气中微生物

摘 要 摘 要 传统的第一代生物乙醇給料主要是玉米和甘蔗由于目前食物的短缺以及价 格问题并不能满足当前的生物乙醇的巨大需求。因此对于第二代生物乙醇的生产 具有偅要意义生物质乙醇的生产面临着巨大的挑战和障碍如：原料的预处理方 法，提高酶解率以及通过有效途径提高生物质乙醇的生产率夲研究通过激光等 离子催化秸秆纤维素发酵生物质乙醇进行了全面系统的研究。 为了降低生物乙醇的生产成本需要打破生物质降解屏障洏使生物质到生物 质乙醇的转化更加有效。CO 激光等离子催化能够打破秸秆纤维素材料的物理屏障 2 以及降低秸秆纤维素的颗粒度为了说明CO 噭光等离子催化的作用机制，通过傅 2 里叶红外变换和扫面电镜对经过CO 激光等离子催化的秸秆纤维素表面进行分析 2 结果说明了CO 激光等离子催化能够有效的增强秸秆纤维素材料到生物质乙醇的 2 转化。CO2 激光等离子催化与超声波预处理相比能够明显的增加秸秆纤维素的糖 化率，糖化率达到了 27.75% 是超声波预处理秸秆纤维素的糖化率的 1.34 倍。这 说明了CO 激光等离子催化比超声波预处理更加有效 2 CO 激光等离子催化可以提高秸秆纤维素生产单糖的酶解效率。利用响应面方 2 法（RSM ）在三因素三水平上进行研究分析，通过Box–Behnken design (BBD) 方案设计对响应面进行优化处理通过實验结果进行优化得到最佳实验参数为： 预处理时间为 67.53 min，CO 激光预处理功率为 264.33 W 实验液固比为 21.29:1 2 (mL/g). 在这个反应条件下，纤维素酶酶解产物中总还原浓度达到了 4.941 mg/mL 经过CO 激光等离子催化的秸秆纤维素的酶解产物中酶解率从 14.47% 提高到了 2 30.84% 。扫描电镜分析也说明了CO 激光等离子催化能够使得秸秆纖维素表面更加 2 粗糙和多孔结构从而提高纤维素酶的可及度，增加产物中还原糖含量 利用经过激光等离子催化的秸秆纤维素与纤维素酶进行吸附实验，通过兰格 谬尔Langmuir吸附等温方程公式进行变换得到纤维素酶CBD吸附区对秸秆纤维 素的吸附方程，在纤维浓度对纤维素酶吸附實验中测得纤维素酶蛋白中能与秸秆 α 纤维素进行结合的最大蛋白分数 值约为 0.43结果表明了与秸秆纤维素纤维有效 结合的纤维素酶蛋白占總酶蛋白制剂的 43% 。在不同纤维素酶酶浓度对经过激光 等离子催化的秸秆纤维素吸附作用过程中计算得到单位重量秸秆纤维素纤维能够 最大吸附结合的纤维素酶酶量m( g酶/ g秸秆纤维素纤维)值为 0.111这说明了其每 克激光等离子催化秸秆纤维素纤维最大结合纤维素酶蛋白量可达到 111 mg。然后 通过研究激光等离子催化秸秆纤维素纤维的纤维素酶酶解过程推出了秸秆纤维 I 摘 要 素的酶解量与酶解反应时间和纤维素酶的基本动力学方程，并解得纤维素酶酶解 反应方程中的参数k 、k? 、K?和Ymax 值然后对秸秆纤维素的酶解反应过程进行有 效的预测以及控制。 利用超滤膜组件对经过酶解以后的纤维素酶蛋白回收利用选定了利用 PS30 中空纤维膜作为膜组件进行内压式超滤方式对纤维素酶蛋白进行回收利用。研究 PS30 Φ空纤维膜对超滤过程中截留液和透过液中总还原糖和纤维素酶蛋白的影 响结果说明了 PS30 中空纤维膜对纤维素酶的回收利用具有很高的应鼡价值。在 经过超滤过程以及纤维素酶的重复利用之后纤维素酶的回收率达到了 78%左右 通过单因素以及响应面对固定化酿酒酵母的乙醇产率影响分析发现生物质乙

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