探秘自制葡萄酒中的科學原理

陳嘉禾

摘 要： 自制葡萄酒操作簡便，味道純正天然，不含防腐劑，而且對人體有諸多益處，如可以預防心血管疾病、美容養(yǎng)顏等，因此每年葡萄大量上市時，人們就開始動手制作各種葡萄酒，不僅滿足人們DIY的樂趣，還享受葡萄酒帶來的健康。受益之余，讓我們一起探秘自制葡萄酒過程中蘊含的理綜知識。

關鍵詞： 葡萄酒 自制 物理變化 生化反應

普遍認同葡萄酒是對人體健康有益的酒精飲品，其工業(yè)釀造或家庭自制都遵循同樣的科學原理，本文把自制葡萄酒當做一次生活實驗，探求制作過程中涉及的物化生知識，不僅運用知識解釋和校正實際操作，還能享受自己動手的樂趣，真實感受到理論與實踐相結合的趣味。

一、自制葡萄酒的工作原理

葡萄酒自制的原理：采用物理方法使葡萄發(fā)生物理變化，保存葡萄皮上天然生成的白色物質酵母菌。酵母菌是兼性厭氧微生物，在有氧環(huán)境下，酵母菌進行有氧呼吸，大量繁殖[1]。在相對密閉、缺氧的環(huán)境中，酵母菌進行無氧呼吸，使葡萄糖或單糖發(fā)生糖酵解，以充分完成氧化還原反應產(chǎn)生乙醇和二氧化碳。經(jīng)過20多天，將葡萄糖、單糖全部轉化為乙醇，最終制成酸甜可口的葡萄酒。

二.自制葡萄酒的工藝流程

本文按照自制葡萄酒的工藝：選擇優(yōu)質葡萄→清洗、篩選葡萄→搗碎葡萄→加糖→發(fā)酵→澄清→貯藏七個流程進行研究，對應找到工藝操作中遵循的科學原理。

三、自制葡萄酒過程中的物化生原理

1.用物理方法選擇、處理葡萄

采用物理方法挑選處理葡萄，盡量保存葡萄天然自帶的酵母菌是非常重要的環(huán)節(jié)，具體步驟如下：

第一步：按物質狀態(tài)選擇優(yōu)質葡萄

以北京巨峰葡萄為例，保證自制葡萄酒色、香、味，要挑選葡萄梗綠色的、果皮顏色較深、新鮮有彈性的葡萄，剔除葡萄梗變?yōu)樽厣?，顆粒變軟、開裂、長霉的葡萄，防止存在其他細菌、微生物而發(fā)生化學變化。

第二步：用物理方法清洗、篩選葡萄

清洗葡萄時，需要將整串葡萄放于水龍頭下沖洗，主要是將葡萄表面上的泥土和雜物等洗掉，最大程度保留好葡萄皮表面天然生成的酵母菌，并摘掉腐爛、生青的葡萄粒。待葡萄沖洗后應將其置于竹篩上，并置于陰涼、通風的位置將水分晾干。不能使用任何去污劑，防止沾上新的化合物。

第三步：改變物質形態(tài)——搗碎葡萄

待葡萄表面的水分干后，需要將葡萄一粒粒摘下，摘掉爛掉的顆粒。將葡萄粒放于消過毒的盆中，用干凈的手或消毒過的攪拌器將其搗碎，將搗碎后的葡萄放于事先準備好的容器中。自制葡萄酒可以使用陶瓷制品、玻璃制品、食品級塑料制品、不銹鋼制品，將容器置于沸水中煮10分鐘進行物理殺菌消毒[2]。但是不能選用銅制品、鐵制品、一般塑料制品，防止這些材質容易跟葡萄酒發(fā)生化學反應。

總結：以上操作過程中沒有產(chǎn)生新的物質，只改變葡萄狀態(tài)，沒有改變葡萄本質屬性，屬于物理變化，將壓榨后的葡萄汁裝入容器至2/3即可，形成葡萄汁固液混合物。

2.自制葡萄酒過程中的生化反應

酵母菌是兼性厭氧型真菌，參與有氧、無氧呼吸作用的全過程，葡萄汁固液混合物在酵母菌的作用下進行生物、化學反應，葡萄糖及單糖等有機物被分解為無機物，并生成新的物質乙醇和二氧化碳，屬于化學變化。具體步驟如下：

第四步：為酵母菌的繁殖提供營養(yǎng)——加糖

葡萄被搗碎裝瓶后加入適量糖，蓋上蓋子，注意不要將蓋子擰緊，只要能夠遮擋灰塵或者蟲子即可，將容器放于陰涼溫度適當?shù)奈恢?。這個階段，溫度保持18～25℃之間，糖的加入是促進葡萄汁固液混合物中培養(yǎng)繁殖大量酵母菌[1]。由于葡萄汁固液混合物中有溶解氧，此時酵母菌進行有氧呼吸，以出芽方式迅速增殖，進行異化作用，催化葡萄糖發(fā)生氧化還原反應，將有機物（葡萄糖）轉化為無機物（二氧化碳和水），而不發(fā)生發(fā)酵反應。

第五步：酵母菌作為分解者大行其道——發(fā)酵

經(jīng)過有氧呼吸反應后的葡萄汁固液混合物過濾掉大顆粒物質后，將汁液放入密閉容器中，氧氣將消耗殆盡，將溫度設定在25℃左右，在無氧環(huán)境中絕大多數(shù)微生物受到抑制，而酵母菌開始進行無氧呼吸，葡萄糖或加入的糖（單糖）及葡萄皮色素被酵母菌逐一分解，產(chǎn)生乙醇和二氧化碳，體積膨脹，釋放小量ATP[3]，溶液中糖度迅速降低，酒精濃度慢慢上升，葡萄汁液逐漸呈現(xiàn)深紅色，在充分發(fā)酵后即完成氧化還原反應，最終酵母菌因營養(yǎng)物質（葡萄糖）缺乏而死亡，此時發(fā)酵反應結束。

觀察發(fā)現(xiàn)：最初有微量的二氧化碳小氣泡冒出，待2～3天后便可以看見二氧化碳小氣泡的急劇增加；減少容器內二氧化碳氣體壓力，每天適當開蓋排放CO氣體，防止CO壓力過大發(fā)生爆瓶。由于酵母菌在乙醇濃度超過15°的情況下不能存活，因此一般自制葡萄酒的酒精濃度不超過15°。

總結：在加糖、發(fā)酵氧化還原反應過程中，糖是酵母菌養(yǎng)料，酵母菌在有氧呼吸與無氧呼吸消耗葡萄糖的比為1∶3，在有氧呼吸中，拆開1個分子葡萄糖中的化學鍵，需要6個分子的氧氣，產(chǎn)生6個分子的二氧化碳，混合物體積不變，整個過程釋放大量的ATP能量[1]。而在無氧呼吸過程中，酵母菌分解1個分子葡萄糖中的化學鍵，可以生成2個分子的乙醇、2個分子的二氧化碳及少量的ATP。

3.新混合物葡萄酒溶液的物理屬性

采用物理方法，如過濾、密封、貯藏等手段，保證發(fā)酵后葡萄酒溶液中乙醇濃度、PH值酸堿度等物理性質不變。具體步驟如下：

第六步：采用物理方法分離混合物——靜置、澄清、過濾

發(fā)酵后生成新的混合物——葡萄酒混合溶液，呈現(xiàn)帶有不溶性物質的渾濁狀態(tài)，選擇透明、干凈的玻璃容器便于觀察酒液的不溶物沉淀，將其放在溫度較低的環(huán)境下，待葡萄酒液靜置后，將上層澄清的酒液倒出，過濾、去除不溶性的雜質，然后密封保存。

第七步：保證葡萄酒溶液物物理屬性不變——密封貯藏

將玻璃容器裝滿澄清的酒液后，密封瓶口，一方面防止葡萄酒分子不斷揮發(fā)運動降低酒精濃度，影響酒精的濃度。另一方面防止空氣進入發(fā)生氧化反應，破壞葡萄酒純度。因此長期貯存的最佳溫度為20℃左右，避免暴曬，保證葡萄酒溶液均一、穩(wěn)定，溶液濃度和成分不發(fā)生變化，口感適宜。

總結：通過用物理方法，靜置、澄清對含有殘渣和酒泥的溶液分層沉淀、過濾，將澄清的葡萄酒液裝瓶密封，在溫度、濕度恒定的條件下，確保葡萄酒液不發(fā)生氧化還原或其他化學反應。釀酒過程簡單，但七步操作技術會因人而異，發(fā)酵后得到的葡萄酒的濃度、味道、顏色也會不盡相同，要鑒定自制葡萄酒釀制是否成功的方法，可以采用：嗅味與品嘗、顯微鏡觀察、用重鉻酸鉀檢驗酒精的存在等物理、化學技術方法。

四、結論

自制葡萄酒可以把學到的物理、化學、生物概念、原理編織起來，讓枯燥、單調的理論變得簡單明了，讓人們隨心所欲制作百變口味的葡萄酒，讓我們在追求綠色生活中學得扎實、做得明白、吃得自然，激發(fā)理論指導實踐的活力。借用美國作家威廉·楊格的話“一串葡萄是美麗，靜止與純潔的，但它只是水果而已；一旦壓榨，變成葡萄酒以后，就有了生命”。

參考文獻：

[1]美國高中主流理科教材科學發(fā)現(xiàn)者.化學概念與應用.浙江教育出版社.

[2]百度百科.

[3]高中生物必修三人民教育出版社.