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教師：陳維強課題背景酵母菌是生物科學的一種重要模式生物，高中生物學中與其有關的知識有：生物多樣性、細胞的呼吸方式、酒精發酵、種群數量變化、種間關系、微生物培養、基因工程等等。廣泛應用于醫藥、食品、能源、農牧業、工業、科研等多個領域。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的高中生物學知識的應用。

研究目的1.觀察酵母菌形態，了解其生活習性2.熟悉釀造葡萄酒的過程和原理3.學會菌落計數法，了解酵母菌種群數量變化規律，建構酵母菌種群數量變化模型4.研究酵母菌與其他微生物的種間關系研究方法1.上網查找資料2.向老師及專業人員請教3.小組合作研究4.實驗分析法認識酵母菌酵母菌是人類實踐中應用比較早的一類微生物，我國古代勞動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、酵母菌的形態和結構酵母菌細胞的形態通常有球形、卵圓形、臘腸形、橢圓形、檸檬形或藕節形等。比細菌的單細胞個體要大得多，一般為1～5微米或5～20微米。酵母菌無鞭毛，不能游動。

酵母菌具有典型的真核細胞結構，有細胞壁、細胞膜、細胞核、細胞質、液泡、線粒體等。酵母菌的遺傳物質有：細胞核DNA，線粒體DNA，以及特殊的質粒DNA。酵母菌細胞結構的顯微照片三、酵母菌的生理酵母是一種單細胞真菌，在有氧和無氧環境下都能生存，屬于兼性厭氧菌。在缺乏氧氣時，發酵型的酵母通過將糖類轉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，二氧化碳將面團發起，而酒精則揮發。在有氧氣的環境中，酵母菌將葡萄糖轉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，氧氣和養料充足的條件下，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。無性生殖在環境條件適合時，酵母可以通過出芽進行無性生殖，即從母細胞上長出一個芽，逐漸長到成熟大小后與母體分離。有性生殖在營養狀況不好時，一些可進行有性生殖的酵母會經減數分裂，形成子囊孢子(一般是四個)，在條件適合時再萌發成營養細胞。一些酵母，如假絲酵母(或稱念珠菌)不能進行有性繁殖。出芽生殖五、酵母菌的生長條件營養酵母菌同其它活的生物一樣需要相似的營養物質，也象細菌一樣它有一套胞內和胞外酶系統，用以將大分子物質分解成細胞新陳代謝易利用的小分子物質。屬于異養生物。酸度酵母菌能在pH值為3.0-7.5的范圍內生長，最適pH值為pH4.5-5.0。溫度

在低于水的冰點或者高于47℃的溫度下，酵母細胞一般不能生長，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，根據酵母菌產生孢子（子囊孢子和擔孢子）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。

酵母產品的分類有：以人類食用和作動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、酵母菌的應用食品發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、饅頭和面包的發酵等。在食品中作為營養強化劑添加酵母蛋白、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合國糧農組織(FAO)推薦的較理想的氨基酸組成值。在醫藥工業方面酵母及其制品用于治療某些消化不良癥，并能提高和調整人體的新陳代謝機能。因此，藥用酵母的生產在酵母工業中占有重要的地位。在畜牧業方面酵母廣泛用作精飼料以增加飼料中的蛋白質含量,對提高禽畜的出肉率、產蛋率和產乳率,對肉質的改良和毛皮質量的提高均有明顯的效果。在科學研究方面因酵母屬于簡單的單細胞真核生物，易于培養，且生長迅速，被廣泛用于現代生物學研究中。如釀酒酵母作為重要的模式生物，也是遺傳學和分子生物學的重要研究材料。

酵母菌中含有環狀DNA---質粒，可以用來作基因工程的載體。酵母菌的應用實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，可防止動脈硬化和血小板凝結，保護并維持心腦血管系統的正常生理機能，起到保護心臟、防止中風的作用。酒中含有的抗氧化劑，還能消除或對抗氧自由基，所以具有抗老防病的作用，經常飲用還可以預防老年癡呆。葡萄酒的營養價值飲用葡萄酒對女性有很好的美容養顏的功效，可養氣活血，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，其抗癌性能在數百種人類常食的植物中最好。這種成分可以防止正常細胞癌變，并能抑制癌細胞的擴散。紅葡萄酒正是由葡萄全果釀制的，故是預防癌癥的佳品。葡萄酒的營養價值實驗原理在葡萄酒的自然發酵過程中，起主要作用的是附著在葡萄皮上的野生型酵母菌。酵母菌是一種單細胞真菌，屬于兼性厭氧菌。在有氧氣的條件下，酵母菌進行有氧呼吸將葡萄糖轉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。在發酵過程中，隨著酒精度的提高，紅葡萄皮的色素也進入發酵液，使葡萄酒呈現深紅色。在一定的生存環境中，酵母菌種群數量的增長也受到許多環境因素（如溫度、培養液的pH、培養液的成分和濃度變化、代謝產物等）的影響。種群數量的變化包括增長、波動、穩定、下降等。在缺氧、呈酸性的發酵液中，酵母菌可以生長繁殖，而絕大多數其他微生物都因無法適應這一環境而受到抑制。反映了生物的種間競爭關系。正確使用顯微鏡、血球計數板等實驗器材解決實驗問題實驗原理實驗器材一、材料葡萄10斤白糖1-3斤

二、儀器1.主發酵器、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。用來在發酵過程中攪拌葡萄皮和葡萄汁。4.細紗布。用來過濾葡萄酒汁。準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，龍眼等優質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藥和其他有害物質，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酵器中。當把葡萄裝到發酵器容量的70%左右時，停止裝葡萄蓋上蓋子，但不要完全擰緊。4.發酵將裝好葡萄的發酵器放在22--30℃溫度下培養。大約會在24個小時以內啟動發酵，表現為葡萄汁中有較多氣泡產生。在發酵啟動后每天搖動發酵器使葡萄皮浸入酒液中。5.加糖發酵啟動后兩天再放入250g白糖，作用是提高酒精度。發酵啟動后三到四天時，再次放入白糖250g將糖浸入葡萄汁中攪拌均勻。6.二次發酵當酒精發酵完成后，首先利用虹吸法將葡萄酒汁倒入二次發酵器，然后將剩下的葡萄皮、籽、糟等用絲襪或細紗布過濾。過濾后的酒液也混入二次發酵器中。葡萄皮、籽、糟扔掉。注意二次發酵器留有1/10空隙蓋子也不要擰的很緊。放在陰涼處。二次發酵主要是蘋果酸-乳酸發酵不再產生酒精。

葡萄酒的釀制葡萄酒制作過程一、影響葡萄糖酵母活動的因素實驗分析二、酵母菌種群數量變化1.酵母菌種群數量的記數血球計數板是一種專門用于計算較大單細胞微生物的一種儀器。計數時，常采用樣方法。實驗分析(1)計數方法

對于壓在小方格界線上的酵母菌應取相鄰兩邊及頂角計數。（2）計算

每毫升培養液中的酵母菌細胞數是多少？酵母細胞個數/mL=所數小方格中細胞總數x400x104x稀釋倍數所數的小方格數下表為一周的數據記錄表：各中格的總菌數AB平均數菌數/ml12345第一組第二組第三組（3）數據記錄下表為某一次的數據記錄表，其中，A表示五個中方格的總菌數；B表示菌液稀釋倍數：時間次數1234567123平均（3）注意事項進行計數前，應先將試管搖勻，目的是使酵母菌在培養液中混合均勻，以減少計數誤差。顯微鏡計數時，對于壓在小方格界線上的酵母菌，應取相鄰兩邊及頂角計數。若一個小方格內酵母菌數量過多，難以數清時，則可將培養液稀釋一定倍數后再計數。本實驗無對照實驗，酵母菌每天的數量變化可形成前后對照。血球計數板使用后，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.酵母菌種群數量變化規律分析該曲線反映了酵母菌種群在一定環境條件下于液體培養時所表現出的群體生長規律。依據其生長速率的不同，一般可把生長曲線分為延緩期、對數期、穩定期和衰亡期(延緩期、對數期、穩定期這三個類似于S型曲線)。生長曲線變化的原因是受到許多環境因素（如溫度、培養液的pH、培養液的成分和濃度變化、代謝產物等）的影響。三.酵母菌發酵中的生物種內和種間關系分析在有限的空間和一定體積的培養液中，酵母菌先進行有氧呼吸而大量繁殖，隨著酵母菌種群密度的增加，酵母菌種內斗爭加劇。隨著氧氣的減少，酵母菌進行無氧呼吸產生酒精和CO2，在酸性的發酵液中，酵母菌可以生長繁殖，而絕大多數其他微生物都因無法適應這一環境而受到抑制。反映了生物的種間競爭關系。研究性學習的收獲與反思通過此次研究性學習，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知識及其應用價值，了解酒精發酵的原理，發酵過程中酵母菌種群的數量變化及生物的種間關系，把課堂學到的知識更好的與生活聯系，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識和更大的興趣，與此同時，此次活動還培養了我們科學探究能力和集體協作精神，為日后的學習