探秘自制葡萄酒中的科学原理

陈嘉禾

摘 要： 自制葡萄酒操作简便，味道纯正天然，不含防腐剂，而且对人体有诸多益处，如可以预防心血管疾病、美容养颜等，因此每年葡萄大量上市时，人们就开始动手制作各种葡萄酒，不仅满足人们DIY的乐趣，还享受葡萄酒带来的健康。受益之余，让我们一起探秘自制葡萄酒过程中蕴含的理综知识。

关键词： 葡萄酒 自制 物理变化 生化反应

普遍认同葡萄酒是对人体健康有益的酒精饮品，其工业酿造或家庭自制都遵循同样的科学原理，本文把自制葡萄酒当做一次生活实验，探求制作过程中涉及的物化生知识，不仅运用知识解释和校正实际操作，还能享受自己动手的乐趣，真实感受到理论与实践相结合的趣味。

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发生物理变化，保存葡萄皮上天然生成的白色物质酵母菌。酵母菌是兼性厌氧微生物，在有氧环境下，酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖[1]。在相对密闭、缺氧的环境中，酵母菌进行无氧呼吸，使葡萄糖或单糖发生糖酵解，以充分完成氧化还原反应产生乙醇和二氧化碳。经过20多天，将葡萄糖、单糖全部转化为乙醇，最终制成酸甜可口的葡萄酒。

二.自制葡萄酒的工艺流程

本文按照自制葡萄酒的工艺：选择优质葡萄→清洗、筛选葡萄→捣碎葡萄→加糖→发酵→澄清→贮藏七个流程进行研究，对应找到工艺操作中遵循的科学原理。

三、自制葡萄酒过程中的物化生原理

1.用物理方法选择、处理葡萄

采用物理方法挑选处理葡萄，尽量保存葡萄天然自带的酵母菌是非常重要的环节，具体步骤如下：

第一步：按物质状态选择优质葡萄

以北京巨峰葡萄为例，保证自制葡萄酒色、香、味，要挑选葡萄梗绿色的、果皮颜色较深、新鲜有弹性的葡萄，剔除葡萄梗变为棕色的，颗粒变软、开裂、长霉的葡萄，防止存在其他细菌、微生物而发生化学变化。

第二步：用物理方法清洗、筛选葡萄

清洗葡萄时，需要将整串葡萄放于水龙头下冲洗，主要是将葡萄表面上的泥土和杂物等洗掉，最大程度保留好葡萄皮表面天然生成的酵母菌，并摘掉腐烂、生青的葡萄粒。待葡萄冲洗后应将其置于竹筛上，并置于阴凉、通风的位置将水分晾干。不能使用任何去污剂，防止沾上新的化合物。

第三步：改变物质形态——捣碎葡萄

待葡萄表面的水分干后，需要将葡萄一粒粒摘下，摘掉烂掉的颗粒。将葡萄粒放于消过毒的盆中，用干净的手或消毒过的搅拌器将其捣碎，将捣碎后的葡萄放于事先准备好的容器中。自制葡萄酒可以使用陶瓷制品、玻璃制品、食品级塑料制品、不锈钢制品，将容器置于沸水中煮10分钟进行物理杀菌消毒[2]。但是不能选用铜制品、铁制品、一般塑料制品，防止这些材质容易跟葡萄酒发生化学反应。

总结：以上操作过程中没有产生新的物质，只改变葡萄状态，没有改变葡萄本质属性，属于物理变化，将压榨后的葡萄汁装入容器至2/3即可，形成葡萄汁固液混合物。

2.自制葡萄酒过程中的生化反应

酵母菌是兼性厌氧型真菌，参与有氧、无氧呼吸作用的全过程，葡萄汁固液混合物在酵母菌的作用下进行生物、化学反应，葡萄糖及单糖等有机物被分解为无机物，并生成新的物质乙醇和二氧化碳，属于化学变化。具体步骤如下：

第四步：为酵母菌的繁殖提供营养——加糖

葡萄被捣碎装瓶后加入适量糖，盖上盖子，注意不要将盖子拧紧，只要能够遮挡灰尘或者虫子即可，将容器放于阴凉温度适当的位置。这个阶段，温度保持18～25℃之间，糖的加入是促进葡萄汁固液混合物中培养繁殖大量酵母菌[1]。由于葡萄汁固液混合物中有溶解氧，此时酵母菌进行有氧呼吸，以出芽方式迅速增殖，进行异化作用，催化葡萄糖发生氧化还原反应，将有机物（葡萄糖）转化为无机物（二氧化碳和水），而不发生发酵反应。

第五步：酵母菌作为分解者大行其道——发酵

经过有氧呼吸反应后的葡萄汁固液混合物过滤掉大颗粒物质后，将汁液放入密闭容器中，氧气将消耗殆尽，将温度设定在25℃左右，在无氧环境中绝大多数微生物受到抑制，而酵母菌开始进行无氧呼吸，葡萄糖或加入的糖（单糖）及葡萄皮色素被酵母菌逐一分解，产生乙醇和二氧化碳，体积膨胀，释放小量ATP[3]，溶液中糖度迅速降低，酒精浓度慢慢上升，葡萄汁液逐渐呈现深红色，在充分发酵后即完成氧化还原反应，最终酵母菌因营养物质（葡萄糖）缺乏而死亡，此时发酵反应结束。

观察发现：最初有微量的二氧化碳小气泡冒出，待2～3天后便可以看见二氧化碳小气泡的急剧增加；减少容器内二氧化碳气体压力，每天适当开盖排放CO气体，防止CO压力过大发生爆瓶。由于酵母菌在乙醇浓度超过15°的情况下不能存活，因此一般自制葡萄酒的酒精浓度不超过15°。

总结：在加糖、发酵氧化还原反应过程中，糖是酵母菌养料，酵母菌在有氧呼吸与无氧呼吸消耗葡萄糖的比为1∶3，在有氧呼吸中，拆开1个分子葡萄糖中的化学键，需要6个分子的氧气，产生6个分子的二氧化碳，混合物体积不变，整个过程释放大量的ATP能量[1]。而在无氧呼吸过程中，酵母菌分解1个分子葡萄糖中的化学键，可以生成2个分子的乙醇、2个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属性

采用物理方法，如过滤、密封、贮藏等手段，保证发酵后葡萄酒溶液中乙醇浓度、PH值酸碱度等物理性质不变。具体步骤如下：

第六步：采用物理方法分离混合物——静置、澄清、过滤

发酵后生成新的混合物——葡萄酒混合溶液，呈现带有不溶性物质的浑浊状态，选择透明、干净的玻璃容器便于观察酒液的不溶物沉淀，将其放在温度较低的环境下，待葡萄酒液静置后，将上层澄清的酒液倒出，过滤、去除不溶性的杂质，然后密封保存。

第七步：保证葡萄酒溶液物物理属性不变——密封贮藏

将玻璃容器装满澄清的酒液后，密封瓶口，一方面防止葡萄酒分子不断挥发运动降低酒精浓度，影响酒精的浓度。另一方面防止空气进入发生氧化反应，破坏葡萄酒纯度。因此长期贮存的最佳温度为20℃左右，避免暴晒，保证葡萄酒溶液均一、稳定，溶液浓度和成分不发生变化，口感适宜。

总结：通过用物理方法，静置、澄清对含有残渣和酒泥的溶液分层沉淀、过滤，将澄清的葡萄酒液装瓶密封，在温度、湿度恒定的条件下，确保葡萄酒液不发生氧化还原或其他化学反应。酿酒过程简单，但七步操作技术会因人而异，发酵后得到的葡萄酒的浓度、味道、颜色也会不尽相同，要鉴定自制葡萄酒酿制是否成功的方法，可以采用：嗅味与品尝、显微镜观察、用重铬酸钾检验酒精的存在等物理、化学技术方法。

四、结论

自制葡萄酒可以把学到的物理、化学、生物概念、原理编织起来，让枯燥、单调的理论变得简单明了，让人们随心所欲制作百变口味的葡萄酒，让我们在追求绿色生活中学得扎实、做得明白、吃得自然，激发理论指导实践的活力。借用美国作家威廉·杨格的话“一串葡萄是美丽，静止与纯洁的，但它只是水果而已；一旦压榨，变成葡萄酒以后，就有了生命”。

参考文献：

[1]美国高中主流理科教材科学发现者.化学概念与应用.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.