葡萄酒科学研究专题研究生课程思政的教学设计与实践

葡萄酒科学研究专题是一门面向葡萄酒学科方向的研究生课程,旨在以专题形式介绍葡萄酒科学重要领域的国内外前沿进展。阐述了该课程课堂教学中的思政元素设计与实践,通过融入哲学思想、科研故事、产业绿色发展理念以及结合葡萄酒酿造实践等方法,引导学生完成专业知识学习和专业能力培养的同时,培养学生的辩证思维、勇于探索的科学精神和精益求精的大国工匠精神,实现立德树人的教学目的。

耐热克鲁维酵母在葡萄酒发酵中的研究和应用进展

随着全球气候变暖,温暖种植区特别是我国西部产区出现葡萄果实成熟速度过快、酸度较低的现象,对葡萄酒的口感产生了很大的负面影响。耐热克鲁维酵母(Lachancea thermotolerans)是一种高产乳酸的非酿酒酵母,与酿酒酵母进行混合接种可实现有效增酸,同时降低pH值,从而维持葡萄酒的微生物和颜色稳定性。本文对国内外耐热克鲁维酵母在葡萄酒发酵中的研究和应用进行综述,包括耐热克鲁维酵母的基本生理生化和酿造特性,对葡萄酒主要代谢产物、香气和颜色等指标的影响以及高产乳酸的分子机制,最后简要介绍该菌的商业化应用情况,以期对耐热克鲁维酵母的研究提供一定的参考,加快其工业化应用进程。

不同活性氧胁迫下Bacillus sp．F26以抗氧化物酶合成为特征的应激响应

采用不同的活性氧发生源,研究了O_2^-·、H_2O_2和OH·胁迫下Bacillus sp.F26以抗氧化物酶合成为特征的应激响应。结果表明,细胞对氧胁迫的应激响应程度取决于活性氧种类、胁迫程度和形式(瞬时和持续)。Bacillus sp.F26对H_2O_2胁迫的响应程度最高,过氧化氢酶的快速合成对细胞抵抗H_2O_2胁迫至关重要,当细胞及时分解进入胞内的H_2O_2,胁迫对细胞的氧化损伤程度并不高,相反会刺激细胞的生长和底物消耗,当胁迫超过过氧化氢酶的分解能力时,H_2O_2会迅速抑制细胞生长和过氧化氢酶合成;由于O_2^-·与细胞作用的方式和效果与H_2O_2不同,超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的快速合成并不能保证细胞及时有效地清除胞内的活性氧,因此,细胞对O_2^-·胁迫的响应程度要低于H_2O_2胁迫;在所考察的3种活性氧中,OH·胁迫(Fenton反应体系)对细胞的氧化损伤程度最大,胁迫强烈地抑制了细胞生长和抗氧化物酶的合成。由此表明,由于不同活性氧的化学性质有所不同,细胞对不同种类、程度和形式的活性氧胁迫会表现出不同的生物学效应,为了提高自身对氧胁迫的抵抗能力,微生物会通过自身的代谢调节适应新的环境,包括调整抗氧化物酶合成水平、改变生长速度以及底物消耗速率等。

谷氨酰胺转胺酶发酵条件的优化研究

通过优化种子培养条件和发酵培养基组分使谷氨酰胺转胺酶产酶水平有了很大的提高。确定种龄为 2 0～ 2 4h ,接种量 8%左右。发酵培养基含淀粉 15g L、葡萄糖 15g L、蛋白胨 2 5g L、酵母膏 3g L、无水硫酸镁 2g L、磷酸氢二钾 2g L、无水磷酸二氢钾 2g L ,2 4～ 2 8h添加质量浓度为 0 .5 %的硫酸铵。在 10L发酵罐实验中 ,验证了溶解氧对MTG合成至关重要 ,确定较适宜通气量 1∶1.2 5vvm ,搅拌转速 30 0r min ,最高产酶单位最终稳定在 3.2u mL ,放罐时间在 4 4～ 4

基于项目式教学法提高学生创新和实践能力的探索——以葡萄酒酿造综合实验为例

以我校葡萄与葡萄酒专业必修课——葡萄酒酿造综合实验为例介绍项目式实验教学法的应用。分别从项目立项、实施和结题三个方面详细介绍了项目教学法的理念和具体实施步骤。项目教学法改变了原先教学中以老师为主的单向传授知识体系,使学生成为实验主体,而教师变为引导的角色。教学实践表明:项目教学法充分调动了学生的主动性,激发了学生的学习兴趣和创新意识,取得了良好的教学效果。

产地与品种对葡萄酒中酚类物质含量的影响

选取同一产地(天水)3个葡萄品种:"西拉(Shiraz)"、"蛇龙珠(Carbernet Gernischet)"、"赤霞珠(Cabernet Sauvignon)"所酿制的新鲜干红葡萄酒以及5个不同产地(天水、和硕、玛纳斯、延庆和怀来)赤霞珠葡萄酒,采用高效液相色谱(HPLC)法分析葡萄酒中11种酚酸、5种黄烷-3-醇、10种黄酮醇和2种黄酮的含量。结果表明:同一产地不同品种和同一品种不同产地间的葡萄酒中酚类物质的含量都存在显著差异。其中,赤霞珠葡萄酒是3个葡萄品种中酚类物质含量最高的品种;在5个不同产地中,延庆赤霞珠葡萄酒中酚酸含量最高,黄烷-3-醇含量最高的为和硕赤霞珠葡萄酒,而怀来赤霞珠葡萄酒中所含黄酮醇含量最高。

Streptomyces hygroscopicus产谷氨酰胺转胺酶摇瓶发酵条件的优化

介绍了吸水链霉菌 (Streptomyceshygroscopicus)WSH0 3 -1 3的筛选过程 ,重点考察了在摇瓶条件下 ,不同碳、氮源对吸水链霉菌生长和产酶的影响 ,利用正交实验 ,确定了复合碳、氮源的浓度 ,并对种龄、接种量、初始 pH值、培养温度和培养时间等条件进行了研究。通过对发酵过程的优化 ,酶活达到 4 46u/mL ,比初始条件下提高了 3 0 9倍。

4株本土非酿酒酵母的发酵特性

对分离于我国3个葡萄酒产区的葡萄汁有孢汉逊酵母(Hanseniaspora uvarum)CVE-HU36、葡萄园有孢汉逊酵母(H.vineae)CVE-HV6、美极梅奇酵母(Metschnikowia pulcherrima)CVE-MP20和陆生伊萨酵母(Issatchenkia terricola)CVE-IT8共4株非酿酒酵母菌株进行纯种发酵实验,以酿酒酵母BDX为对照,比较4株非酿酒酵母的发酵和产香特点。结果表明,4株非酿酒酵母菌株中CVE-HV6菌株生长能力最强、具有最大的发酵速率,并高产甘油和乙醇;CVE-HU36菌株合成乙酸能力最强;CVE-MP20菌株具有最低的乙醇产率;CVE-IT8菌株苹果酸产量较高。不同非酿酒酵母菌株的产香能力存在明显差异:CVE-HV6菌株产乙酸苯乙酯、苯乙醇和癸酸能力显著高于酿酒酵母和其他3株非酿酒酵母,其中乙酸苯乙酯含量为酿酒酵母的3.04倍;CVE-HU36菌株的β-香茅醇含量高于酿酒酵母(2.05倍)和其他3株非酿酒酵母;CVE-MP20菌株在5株酵母菌中产乙酸乙酯和α-萜品醇能力最高,且高产异丁醇;CVE-IT8菌株高产辛酸和4-乙基愈创木酚。4株非酿酒酵母具有不同的发酵性能和产香特性,综合来看,CVE-HV6菌株的酿造特性要优于其他3株菌,在提升葡萄酒香气和改善品质方面具有较好的应用潜力。

过氧化氢酶发酵生产条件优化及在染整清洁生产中的应用研究

在以嗜热子囊菌生产过氧化氢酶的摇瓶发酵研究中,获得了适合工业化生产的碳源,即以26g/L的糊化玉米淀粉和1%(v/v)乙醇为混合碳源,过氧化氢酶的酶活达到了1996 u/mL,比优化前提高了25%。在此基础上,重点研究了发酵罐上的主要影响因素溶解氧对发酵的影响,通过分段控制搅拌转速,在52h将搅拌转速从200r/min提高到350r/min,过氧化氢酶最高酶活达到4505 u/mL,与不使用控制溶氧水平策略相比,酶活力提高了2.4倍。此外,还考察了该酶去除过氧化氢的效率,并在实际纺织生产中进行了应用实验,取得了良好的效果。

利用水-有机两相体系提高三孢布拉霉菌合成β-胡萝卜素水平的研究

在摇瓶和发酵罐中研究了添加正十二烷对三孢布拉霉菌合成β-胡萝卜素以及浸提色素效果的影响。结果表明,在摇瓶和发酵罐中(200r/min和350r/min转速)添加5%的正十二烷能够将20.3mg/L、53.2mg/L和52.9mg/L的β-胡萝卜素浸提到有机溶剂中(分别占胞色素内含量的4.0%、7.0%和6.8%),同时添加正十二烷提高了发酵罐中的溶氧水平(kL)a,当搅拌转速为200r/min和350r/min时,与对照相比,胞内β-胡萝卜素的合成水平提高了10.8%和4.4%,并且缩短了发酵周期,使β-胡萝卜素的生产效率提高了24.7%和25.4%。以上结果表明,正十二烷可以同时作为浸提剂和氧载体提高三孢布拉霉菌合成β-胡萝卜素的水平,并在较低的搅拌转速条件下可获得较高转速下的发酵水平,降低了生产成本。

枯草杆菌Bacillus sp F26产过氧化氢酶的发酵条件

从内蒙古呼伦贝尔草原的盐碱湖中分离到的一株低度嗜盐嗜碱细菌Bacillus sp F26，能积累高水平过氧化氢酶（CAT）。对Bacillus sp F26发酵产过氧化氢酶的环境与营养条件的研究结果表明，其积累高水平过氧化氢酶的适宜环境条件为：温度37℃，种龄20-22h，接种量5％，装液量50mL／（250mL的摇瓶）。适宜发酵培养基组成（g／L）为：葡萄糖15，牛肉膏10，玉米浆10，酵母膏5，磷酸二氢钾1，氯化镁0．2，氯化钠50，碳酸钠10。采用上述条件进行摇瓶分批发酵实验，发酵20h，过氧化氢酶酶活达到16．32U／mL，细胞干重为4．12g／L。进一步研究发现，在对数生长后期（16h）添加2mmol／L的H2O2可以明显刺激产酶，在5L的发酵罐上进一步以指数速率方式流加H2O2，由于该流加方式可降低H2O2对细胞的毒害作用，过氧化氢酶酶活达到29．89U／mL，与分批发酵相比提高了92．8％。

油酸或α-亚麻酸对葡萄酒酵母发酵活力和香气的影响

以“赤霞珠”葡萄汁为发酵基质,研究添加不同浓度的油酸或α-亚麻酸对葡萄酒酵母发酵活力和香气的影响。结果表明:添加油酸或α-亚麻酸的可以显著提高酵母的细胞量和发酵速率,同时增加葡萄酒的甘油含量。当添加12 mg/Lα-亚麻酸时,葡萄酒中高级醇含量适中(<400 mg/L),酸类、乙酸酯类和乙酯类物质与对照相比分别增产13.36%,49.27%和32.41%,显著增强葡萄酒的花香、果香特征,改善葡萄酒的感官品质。

发酵法生产谷氨酰胺转胺酶(MTG)的中试研究

比较了摇瓶和 2 .5L种子罐所培养的种子液 ,并在 5L罐上考察了以种子罐培养种子时不同接种量对发酵过程的影响。在将 5L小罐实验结果放大到 30 0L和 3m3 罐的中试规模时 ,分别采用以vvm相等和KLa相等的原则 ,对通风量进行放大 ,以P V相等为依据对搅拌转速进行放大。结果表明 ,当采用种子罐培养种子液时 ,适宜的种龄为 18～ 2 0h ,接种量为 2 % ,30 0L罐中酶活和生产强度分别达到 3.12u mL和 78.0u L·h ,均高于 5L罐的水平 ,3m3 罐酶活为 2 .70u mL ,接近于 5L罐的酶活水平 ,表明本研究所采用的通气量。

不同有孢汉逊酵母与酿酒酵母混合发酵对威代尔冰葡萄酒香气的影响

为了研究菌株和接种方式对冰葡萄酒非挥发性产物和挥发性香气成分的影响,选用2株自筛非酿酒酵母——仙人掌有孢汉逊酵母(Hanseniaspora opuntiae)和葡萄汁有孢汉逊酵母(Hanseniaspora uvarum),分别与商业酿酒酵母DV10混合发酵。结果表明:H.uvarum与DV10同时接种混合发酵可以显著降低乙酸产量(降低26.90%);H.opuntiae与DV10同时接种混合发酵促进了酯类和萜烯类物质的合成,总量分别增产88.61%和21.40%,其中乙酸苯乙酯含量提高14.60倍,β-大马士酮增产8.85%。除此之外,感官品评结果显示H.opuntiae与DV10混合发酵可显著增强花果香和黄油味。综合分析,认为H.opuntiae更适合应用于冰葡萄酒发酵,为冰酒混合发酵的进一步研究提供了数据基础和理论依据。

添加不饱和脂肪酸对酿酒酵母胞内脂肪酸成分和葡萄酒香气的影响

【目的】研究葡萄汁中不饱和脂肪酸(Unsaturated fatty acids,UFAs,包括油酸、亚油酸和α-亚麻酸)含量同时变化对葡萄酒发酵过程中酿酒酵母胞内脂肪酸成分和酿酒香气的影响,为提高葡萄酒品质提供参考。【方法】选用‘美乐’葡萄(Vitis vinifera L.)汁为培养基,试验设置对照组(不添加UFAs,CK)、低浓度UFAs添加组(LFG)和高浓度UFAs添加组(HFG),比较葡萄酒酒精发酵过程中3个处理组间酵母(Saccharomyces cerevisiae EC1118)生长(OD_(600))、细胞内脂肪酸成分以及酿酒香气成分的差异。【结果】提高UFAs浓度能够促进酵母细胞生长以及对UFAs的吸收,使胞内UFAs含量迅速增加,但抑制饱和脂肪酸(C4:0—C24:0)的合成。分析UFAs对葡萄酒香气物质的影响发现,高浓度UFAs能够促进酵母高级醇和乙醇酯类(包括己酸乙酯、辛酸乙酯和癸酸乙酯)香气的产生,但抑制了中短链脂肪酸(medium-chain fatty acids,MCFAs,C4:0—C12:0)的产生,对来源于葡萄果实的醛类、单萜和降异戊二烯香气的影响较小。【结论】提高葡萄汁初始UFAs含量能够促进细胞生长,提高葡萄酒发酵速度,有利于乙醇酯类香气物质的合成,从而增强葡萄酒的果香、花香和甜香特征。因此,调控葡萄或葡萄汁中不饱和脂肪酸浓度可以作为调控葡萄酒香气品质的一种重要手段。

扁平云假丝酵母与酿酒酵母混合发酵对葡萄酒乙醇含量及香气的影响

为降低葡萄酒中的乙醇含量,采用不同接种方式(同时接种和顺序接种)在两个温度下(13℃和23℃)进行扁平云假丝酵母(Candida humilis)与酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)的发酵实验。结果表明:23℃时混合发酵除高产甘油外,还有效降低了乙醇含量,其中与S. cerevisiae单独发酵相比,顺序接种可降低乙醇体积分数约2.59%,降醇幅度达到17.56%。在香气方面,混合发酵能产生较高含量的酯类物质,其中顺序接种最为明显,如乙酯类物质总量和乙酸乙酯含量分别增加了18.30%和16.03%,丁酸乙酯含量提高了2.77倍,明显增加了花香和果香;13℃时,混合发酵显著提高了β-大马士酮的含量,其中同时接种发酵增加26.19%。结果表明C. humilis与S. cerevisiae进行混合发酵具有较好的降醇效果,可以为葡萄酒的降醇研究提供一种新的解决方法。

谷氨酰胺转胺酶(MTG)的中试生产条件

考察了 5L小罐中淀粉预处理方式对微生物谷氨酰胺转胺酶 (MTG)酶活的影响 ,探讨了MTG中试生产过程的逐级放大原则 ,并将 5L小罐实验结果放大到 30L小试和 30 0L中试规模 .研究结果表明 :采用经液化处理的工业淀粉培养基进行发酵 ,MTG酶活、MTG生产强度及MTG产率分别比未用液化淀粉培养基提高了 32 % ,32 %和70 % ;以单位培养液体积中空气流量 (qv/V)相同及消耗的功率 (p0 /V)相同的原则为放大依据 ,将 5L罐实验结果放大至 30L小试及 30 0L中试规模 .30L罐发酵MTG酶活和MTG生产强度均高于 5L罐 .30 0L罐中MTG酶活达到3.15u/mL ,MTG的平均比合成速率达到 2 .6 8uh-1g-1,接近于 5L罐的MTG平均比合成速率 ,表明本研究所采用的通气量、搅拌转速等放大原则是可行的 .图 3表 2参

酸雨与稀土La(Ⅲ)对大豆幼苗根系生长及活力的复合影响

采用水培法研究了酸雨与稀土La(Ⅲ)对大豆幼苗根系生长及活力的复合影响.结果表明,单一酸雨(pH3.0、4.0、4.5)与镧(60、100、300 mg.l-1)处理均抑制大豆幼苗根系生长,呈明显剂量-效应关系;复合处理表现为协同作用.根系活力较单一处理降幅明显增大,丙二醛(MDA)含量升高,过氧化物酶(POD)活性增强,说明复合处理诱导产生过量活性氧,POD活性升高却无法完全清除过量自由基,膜质过氧化加剧.

5株低产乙醇的非酿酒酵母筛选及其酿造特性

为获得葡萄酒中低产乙醇的非酿酒酵母(non-Saccharomyces)菌株,首先采用纯种发酵方式对分离自湖南、辽宁和新疆的38株本土非酿酒酵母进行产乙醇能力的评价。初步筛选到5株乙醇体积分数、乙醇产率和潜在乙醇体积分数均低于酿酒酵母(S.cerevisiae)EC1118的菌株,包括红酵母(Rhodotorula mucilaginosa)CVE-RM3、葡萄汁有孢汉逊酵母(Hanseniaspora uvarum)CVE-HU42、库德里阿兹威氏毕赤酵母(Pichia kudriavzevii)CVE-PK1、美极梅奇酵母(Metschnikowia pulcherrima)CVE-MP33和葡萄园有孢汉逊酵母(H.vineae)CVE-HV6。进而将其分别与酿酒酵母EC1118进行混合发酵实验,评价其酿造特性。结果表明:CVE-HV6与EC1118混合发酵的降醇效果最明显,与EC1118纯种发酵相比,乙醇体积分数降低了0.72%。该混合发酵还能够增加葡萄酒中主要香气成分的含量,包括乙酸乙酯、乙酸苯乙酯、2-苯乙醇和里那醇,提升比例分别为281.22%、3503.87%、36.53%和49.03%,同时降低己酸和辛酸含量(分别下降86.60%和92.01%),显著改善了葡萄酒的香气轮廓,提升葡萄酒花香和果香的浓郁度。综上,本研究筛选得到1株能够低产乙醇且酿造特性优良的本土葡萄园有孢汉逊酵母CVE-HV6,为生产低醇葡萄酒提供了一种具有应用潜力的菌株。

二氧化硫保鲜剂预处理对葡萄酒香气和生物胺含量的影响

为了研究酿酒葡萄适宜的储藏条件,以赤霞珠葡萄为原料,在低温条件下添加不同浓度二氧化硫(SO2)保鲜剂储藏1~4周后,测定酿造所得葡萄酒的香气物质及生物胺含量。结果表明,SO2处理可降低果实腐烂及落果率(3周之内)。储藏时间对葡萄酒香气品质影响最大,延长储藏时间会导致葡萄酒香气品质下降。高浓度SO2(4 g SO2/kg葡萄)处理会增加酯类和苯乙醇的含量,但也使乙酸乙酯含量过高,给葡萄酒带来不良气味。果实储藏后各试验组中生物胺的含量均有所升高(与对照相比),而低浓度SO2试验组中生物胺含量较低。综上所述,低温条件下添加SO2能够在一定时间内保证赤霞珠葡萄的酿造品质,但应尽量缩短储藏时间,最好控制在1周之内。