李元元

摘?要：生物發(fā)酵工程以釀酒為C-STEAM中醫(yī)藥課程的切入點，弘揚傳統(tǒng)文化;學(xué)生在釀酒的過程中運用挖掘課本內(nèi)容;計算釀酒原料、酒曲和水之間的比例;設(shè)計出釀酒的工藝流程;動手釀制糯米酒;測定米酒中的甲醇;反思、改進自己的釀酒過程。我們利用自己所學(xué)的知識解決現(xiàn)實問題，學(xué)生通過在真實項目中實踐對一個科學(xué)現(xiàn)象進行探索，提升科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)素養(yǎng)，以達(dá)到培養(yǎng)跨學(xué)科思維目標(biāo)，實踐了勞動教育。

關(guān)鍵詞：C-STEAM中醫(yī)藥課程;釀酒;跨學(xué)科思維

一、研究背景——酒在中醫(yī)里的作用

古時，酒作為藥，是巫醫(yī)的常用藥。因此，酒在什么時候出現(xiàn)，酒作為藥也就出現(xiàn)了。《本草綱目》引《博物志》記載，有王肅、張衡、馬均三人冒霧晨行，一人飲酒，一人飲食，一人空腹。因為受寒和長途的疲勞，結(jié)果空腹者死，飲食者病，飲酒者健。也說明了酒的功效。酒有多種，然其功效大多為“通血脈，溫腸胃，御風(fēng)寒”。酒性溫，味辛而苦甘，溫能祛寒，辛能發(fā)散，所以酒能疏通經(jīng)脈、行氣和血、溫陽祛寒;又因酒多為谷物釀造，味甘能補，故還可補益腸胃。

為了更好的認(rèn)識釀酒這一古老的中醫(yī)藥文化，我們以生物興趣小組的形式組織學(xué)生進行釀酒這一STEM課程。釀酒過程包括指導(dǎo)學(xué)生分組、閱讀文獻、請教有經(jīng)驗的釀酒師傅、找出釀酒原理、計算釀酒中原料和酒曲的數(shù)量和比例、制作釀酒工藝流程圖、小組分工動手釀制、反思總結(jié)、進一步改進。

二、釀酒原理

（一）基本原理

通過查閱文獻和請教有經(jīng)驗的師傅，學(xué)生通過和課本知識相結(jié)合，理解釀酒的原理。高一必修一第五章的細(xì)胞呼吸一節(jié)課的內(nèi)容中有酵母菌有氧呼吸和無氧呼吸的內(nèi)容：酵母菌在有氧條件下，在多種酶的作用下C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2+12H2O+能量;酵母菌在無氧條件下，進行酒精發(fā)酵的反應(yīng)式：C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+能量。

現(xiàn)實的釀酒過程中并不是簡單的將葡萄糖直接分解的過程。釀酒的材料經(jīng)過蒸煮被糊化，利于淀粉酶、糖化酶的作用。淀粉先轉(zhuǎn)化成糖，然后一部分被發(fā)酵生成乙醇。釀酒原料轉(zhuǎn)變成酒，是由一種生物群體作用的結(jié)果。酒曲中的酵母菌利用單糖轉(zhuǎn)化成酒，這叫發(fā)酵。但大米、高粱、玉米中含的是多糖叫淀粉，酵母菌不能直接利用。所以酒曲中還含有叫霉菌的一類微生物，能把多糖切割成單糖供酵母菌利用，這就叫糖化。然而一般多糖都結(jié)合很緊密，所以需要通過高溫蒸煮使多糖變松散才有利于霉菌的作用，這就叫糊化。

（二）基本流程

中國廣泛使用酒曲釀酒，基本工藝和程序是精碾或粉碎，潤料（浸米），蒸煮（蒸飯），攤涼（淋水冷卻），翻料，入缸或入窖發(fā)酵等。酒的品質(zhì)主要又發(fā)酵過程決定。所用的酒曲的品質(zhì)、種類，發(fā)酵的時間、溫度，都是決定性因素。

（三）聯(lián)系實際提出新問題

根據(jù)嶺南的特色，學(xué)生現(xiàn)實條件，我們以梅州客家娘酒為主要研究對象，用白糯米和黑糯米兩種材料釀制米酒。米酒是以糯米為原料，甜酒曲為糖化發(fā)酵劑，進行固態(tài)發(fā)酵釀制而成的。米酒富含維生素和有機酸，有多種易被人體吸收的糖類及多種人體所必需的氨基酸。它味甘能補，補益腸胃，具健胃和健脾等功效。黑糯米的色素屬花青色素，主要在種皮或果皮中，在釀酒的過程中黑糯米種皮上的色素會轉(zhuǎn)移進米酒中。所以黑糯米釀制的米酒營養(yǎng)價值更高。

二、計算部分

（1）浸泡時間：我們使用白糯米和黑糯米兩種原料，經(jīng)過反復(fù)實驗，確定了浸泡兩種糯米的時間。因為兩種原料質(zhì)地不同（浸泡完成的標(biāo)準(zhǔn)是糯米捏開沒有白色的芯），加入糯米重量2倍的自來水，白糯米浸泡8個小時，黑糯米需要浸泡12個小時。

（2）酒曲和糯米的比例：白糯米（市售）300克，酒曲（農(nóng)家自制）2克;黑糯米（市售）300克，酒曲（農(nóng)家自制）3克。

（3）總酸的測定參照國標(biāo)GB/T 13662—2008《黃酒》中的方法，吸取25mL待測甜酒液于150mL錐形瓶中，加入除去二氧化碳的蒸餾水25mL，搖勻，加兩滴酚酞指示劑。用0.1mol/L氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至微紅色30s不褪，記錄標(biāo)準(zhǔn)堿液用量，用水代替試液做空白實驗。同一被測樣品檢測3次，取平均值。

總酸含量（以乙酸計）計算公式如下：

X=1000×[c×（V1-V2）×K×F]M

式中：X為總酸的含量，g/L;為氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，mol/L;V，為滴定試液時消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL;認(rèn)為空白試驗時消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL;K為酸的換算系數(shù)，按乙酸0.06換算，即消耗1mol Na0HX相當(dāng)于0.06g的乙酸;F為試液的稀釋倍數(shù);M為試液的體積，mL。

三、制作釀酒工藝流程圖

四、釀制糯米酒過程

（1）學(xué)生兩組，分別為白糯米組和黑糯米組。組內(nèi)再次進行分工。

（2）白糯米組將糯米清洗后用清水浸泡6小時，黑糯米組將糯米清洗后用清水浸泡10小時。浸泡是為了使糯米吸收一定的水分便于蒸煮時淀粉糊化，蛋白質(zhì)變性，以及發(fā)酵。

（3）在浸泡糯米的同時對需要拌曲的器皿，發(fā)酵瓶進行清洗，開水蒸煮消毒，用高濃度糯米酒進行消毒，最后晾干。

（4）將浸泡好的糯米去掉多余的水分，放入電壓力鍋隔水蒸30分鐘。蒸制是使糯米中淀粉糊化、蛋白質(zhì)發(fā)生變性，同時對原料起到滅菌作用，有利于甜酒釀的發(fā)酵。

（5）蒸好后解壓，攤涼備用。溫度大致是30℃～35℃，如果溫度過高，不利于酒曲中的微生物的生長繁殖。

（6）糯米飯打松，在中間壓出一個洞，稱量好的酒曲用30℃左右的煮沸過的冷開水拌勻撒入攤涼的糯米飯中。冷開水拌曲的目的是使根霉菌孢子活化。

（7）蓋上蓋子，用布包裹放置在清涼通風(fēng)之處，讓其發(fā)酵一個星期糯米酒便做好了。發(fā)酵溫度應(yīng)該控制在30℃左右，有利于根霉菌的生長繁殖、產(chǎn)酶和發(fā)酵。

（8）把做好的酒濾出，是頭曲了。剩下的酒釀再加入涼開水，加蓋包裹再發(fā)酵一個月，得到的就是二曲了。（本次實驗測定只取頭曲）

（9）測定米酒中的甲醇含量，測定結(jié)果符合飲用標(biāo)準(zhǔn)。

五、實驗結(jié)果及其反思

（1）實驗結(jié)果：釀制好的白糯米酒口感較酸，同學(xué)們紛紛表示不滿意。大家期望中的糯米酒口感應(yīng)該是偏甜的客家娘酒;黑糯米酒組口感也是較酸，并且出酒明顯比白糯米組少很多。

兩組同學(xué)都對實驗步驟進行了分析，并且再次和有釀酒經(jīng)驗的人進行交流，希望更進一步改進工藝。

（2）分析口感較酸原因：淀粉水解為葡萄糖，葡萄糖在酶作用下被氧化成乙醇，乙醇被氧氣氧化，如果溫度水分等因素控制不當(dāng)，易致乳酸含量過多而味道偏酸。推測口感較酸的可能的原因是酒曲種類、發(fā)酵前溫度和發(fā)酵時間幾個原因造成。為了進一步探究實驗使用3種酒曲，分別是安琪甜酒曲：安琪酵母股份有限公司;蜜蜂甜酒曲：蘇州糧油食品有限公司;農(nóng)家自釀糯米酒手工酒曲。我們通過測定白糯米在發(fā)酵前溫度分別是20攝氏度、25攝氏度、30攝氏度、35攝氏度進行發(fā)酵3天。

反思實驗結(jié)論：改變酒曲種類，使用江蘇產(chǎn)的蜂蜜甜酒曲;控制發(fā)酵前的溫度不超過30攝氏度。

（3）黑糯米出酒率低分析：黑糯米是黑糯稻谷脫去外保護皮層稻殼后的糙米。由于糙米是保留了內(nèi)保護皮層完好的稻米籽粒，所以黑糯米具有特殊的致密結(jié)構(gòu)。查閱資料和反復(fù)實驗后，改良工藝如下：a.由于黑米皮層堅硬，需要在浸泡時提高水溫，溫度為 70℃的水中浸泡黑米3h，充分浸泡后有利于淀粉徹底糖化。b.淋飯降溫后加甜酒曲糖化發(fā)酵48h后加活性干酵母發(fā)酵（安琪釀酒高活性干酵母）6到7天。

六、總結(jié)

C-STEAM中醫(yī)藥課程學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)，既整合了自主、親手操作的STEAM校內(nèi)外學(xué)習(xí)，又不斷強調(diào)所參與的活動與他們的生活、周圍世界以及未來職業(yè)的聯(lián)系。本次課程學(xué)生在教師引導(dǎo)下，學(xué)習(xí)相關(guān)中醫(yī)藥中的發(fā)酵工程知識，自行查閱釀酒的相關(guān)文獻。以小組分工合作的形式，繪制了釀制白糯米酒和黑糯米酒的工藝流程。在釀酒過程中不斷解決遇到的實際問題，并最終通過進一步實驗、請教有經(jīng)驗的釀酒師和文獻查閱提出改進工藝的方法，提高米酒的品質(zhì)。在整個課程中，從學(xué)校老師授課到查閱文獻與動手操作、與職業(yè)人士的接觸、實地考察，無不滲透著一個共同的目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生對C-STEAM中醫(yī)藥課程的興趣。本次課程也符合STEM教育的核心是內(nèi)容——跨學(xué)科整合，這也是C-STEAM中醫(yī)藥課程的核心特征，其強調(diào)在學(xué)科整合過程中培養(yǎng)學(xué)生的素養(yǎng)與能力并解決實際問題。

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