百药之长酿酒的探究与创新
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摘 要：生物发酵工程以酿酒为C-STEAM中医药课程的切入点，弘扬传统文化;学生在酿酒的过程中运用挖掘课本内容;计算酿酒原料、酒曲和水之间的比例;设计出酿酒的工艺流程;动手酿制糯米酒;测定米酒中的甲醇;反思、改进自己的酿酒过程。我们利用自己所学的知识解决现实问题，学生通过在真实项目中实践对一个科学现象进行探索，提升科学、技术、工程和数学素养，以达到培养跨学科思维目标，实践了劳动教育。
关键词：C-STEAM中医药课程;酿酒;跨学科思维
一、研究背景——酒在中医里的作用
古时，酒作为药，是巫医的常用药。因此，酒在什么时候出现，酒作为药也就出现了。《本草纲目》引《博物志》记载，有王肃、张衡、马均三人冒雾晨行，一人饮酒，一人饮食，一人空腹。因为受寒和长途的疲劳，结果空腹者死，饮食者病，饮酒者健。也说明了酒的功效。酒有多种，然其功效大多为“通血脉，温肠胃，御风寒”。酒性温，味辛而苦甘，温能祛寒，辛能发散，所以酒能疏通经脉、行气和血、温阳祛寒;又因酒多为谷物酿造，味甘能补，故还可补益肠胃。
为了更好的认识酿酒这一古老的中医药文化，我们以生物兴趣小组的形式组织学生进行酿酒这一STEM课程。酿酒过程包括指导学生分组、阅读文献、请教有经验的酿酒师傅、找出酿酒原理、计算酿酒中原料和酒曲的数量和比例、制作酿酒工艺流程图、小组分工动手酿制、反思总结、进一步改进。
二、酿酒原理
（一）基本原理
通过查阅文献和请教有经验的师傅，学生通过和课本知识相结合，理解酿酒的原理。高一必修一第五章的细胞呼吸一节课的内容中有酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸的内容：酵母菌在有氧条件下，在多种酶的作用下C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2+12H2O+能量;酵母菌在无氧条件下，进行酒精发酵的反应式：C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+能量。
现实的酿酒过程中并不是简单的将葡萄糖直接分解的过程。酿酒的材料经过蒸煮被糊化，利于淀粉酶、糖化酶的作用。淀粉先轉化成糖，然后一部分被发酵生成乙醇。酿酒原料转变成酒，是由一种生物群体作用的结果。酒曲中的酵母菌利用单糖转化成酒，这叫发酵。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。所以酒曲中还含有叫霉菌的一类微生物，能把多糖切割成单糖供酵母菌利用，这就叫糖化。然而一般多糖都结合很紧密，所以需要通过高温蒸煮使多糖变松散才有利于霉菌的作用，这就叫糊化。
（二）基本流程
中国广泛使用酒曲酿酒，基本工艺和程序是精碾或粉碎，润料（浸米），蒸煮（蒸饭），摊凉（淋水冷却），翻料，入缸或入窖发酵等。酒的品质主要又发酵过程决定。所用的酒曲的品质、种类，发酵的时间、温度，都是决定性因素。
（三）联系实际提出新问题
根据岭南的特色，学生现实条件，我们以梅州客家娘酒为主要研究对象，用白糯米和黑糯米两种材料酿制米酒。米酒是以糯米为原料，甜酒曲为糖化发酵剂，进行固态发酵酿制而成的。米酒富含维生素和有机酸，有多种易被人体吸收的糖类及多种人体所必需的氨基酸。它味甘能补，补益肠胃，具健胃和健脾等功效。黑糯米的色素属花青色素，主要在种皮或果皮中，在酿酒的过程中黑糯米种皮上的色素会转移进米酒中。所以黑糯米酿制的米酒营养价值更高。
二、计算部分
（1）浸泡时间：我们使用白糯米和黑糯米两种原料，经过反复实验，确定了浸泡两种糯米的时间。因为两种原料质地不同（浸泡完成的标准是糯米捏开没有白色的芯），加入糯米重量2倍的自来水，白糯米浸泡8个小时，黑糯米需要浸泡12个小时。
（2）酒曲和糯米的比例：白糯米（市售）300克，酒曲（农家自制）2克;黑糯米（市售）300克，酒曲（农家自制）3克。
（3）总酸的测定参照国标GB/T 13662—2008《黄酒》中的方法，吸取25mL待测甜酒液于150mL锥形瓶中，加入除去二氧化碳的蒸馏水25mL，摇匀，加两滴酚酞指示剂。用0.1mol/L氢氧化钠标准溶液滴定至微红色30s不褪，记录标准碱液用量，用水代替试液做空白实验。同一被测样品检测3次，取平均值。
总酸含量（以乙酸计）计算公式如下：
X=1000×[c×（V1-V2）×K×F]M
式中：X为总酸的含量，g/L;为氢氧化钠标准溶液浓度，mol/L;V，为滴定试液时消耗氢氧化钠标准溶液的体积，mL;认为空白试验时消耗氢氧化钠标准溶液的体积，mL;K为酸的换算系数，按乙酸0.06换算，即消耗1mol Na0HX相当于0.06g的乙酸;F为试液的稀释倍数;M为试液的体积，mL。
三、制作酿酒工艺流程图
四、酿制糯米酒过程
（1）学生两组，分别为白糯米组和黑糯米组。组内再次进行分工。
（2）白糯米组将糯米清洗后用清水浸泡6小时，黑糯米组将糯米清洗后用清水浸泡10小时。浸泡是为了使糯米吸收一定的水分便于蒸煮时淀粉糊化，蛋白质变性，以及发酵。
（3）在浸泡糯米的同时对需要拌曲的器皿，发酵瓶进行清洗，开水蒸煮消毒，用高浓度糯米酒进行消毒，最后晾干。
（4）将浸泡好的糯米去掉多余的水分，放入电压力锅隔水蒸30分钟。蒸制是使糯米中淀粉糊化、蛋白质发生变性，同时对原料起到灭菌作用，有利于甜酒酿的发酵。
（5）蒸好后解压，摊凉备用。温度大致是30℃～35℃，如果温度过高，不利于酒曲中的微生物的生长繁殖。
（6）糯米饭打松，在中间压出一个洞，称量好的酒曲用30℃左右的煮沸过的冷开水拌匀撒入摊凉的糯米饭中。冷开水拌曲的目的是使根霉菌孢子活化。
（7）盖上盖子，用布包裹放置在清凉通风之处，让其发酵一个星期糯米酒便做好了。发酵温度应该控制在30℃左右，有利于根霉菌的生长繁殖、产酶和发酵。 （8）把做好的酒濾出，是头曲了。剩下的酒酿再加入凉开水，加盖包裹再发酵一个月，得到的就是二曲了。（本次实验测定只取头曲）
（9）测定米酒中的甲醇含量，测定结果符合饮用标准。
五、实验结果及其反思
（1）实验结果：酿制好的白糯米酒口感较酸，同学们纷纷表示不满意。大家期望中的糯米酒口感应该是偏甜的客家娘酒;黑糯米酒组口感也是较酸，并且出酒明显比白糯米组少很多。
两组同学都对实验步骤进行了分析，并且再次和有酿酒经验的人进行交流，希望更进一步改进工艺。
（2）分析口感较酸原因：淀粉水解为葡萄糖，葡萄糖在酶作用下被氧化成乙醇，乙醇被氧气氧化，如果温度水分等因素控制不当，易致乳酸含量过多而味道偏酸。推测口感较酸的可能的原因是酒曲种类、发酵前温度和发酵时间几个原因造成。为了进一步探究实验使用3种酒曲，分别是安琪甜酒曲：安琪酵母股份有限公司;蜜蜂甜酒曲：苏州粮油食品有限公司;农家自酿糯米酒手工酒曲。我们通过测定白糯米在发酵前温度分别是20摄氏度、25摄氏度、30摄氏度、35摄氏度进行发酵3天。
反思实验结论：改变酒曲种类，使用江苏产的蜂蜜甜酒曲;控制发酵前的温度不超过30摄氏度。
（3）黑糯米出酒率低分析：黑糯米是黑糯稻谷脱去外保护皮层稻壳后的糙米。由于糙米是保留了内保护皮层完好的稻米籽粒，所以黑糯米具有特殊的致密结构。查阅资料和反复实验后，改良工艺如下：a.由于黑米皮层坚硬，需要在浸泡时提高水温，温度为 70℃的水中浸泡黑米3h，充分浸泡后有利于淀粉彻底糖化。b.淋饭降温后加甜酒曲糖化发酵48h后加活性干酵母发酵（安琪酿酒高活性干酵母）6到7天。
六、总结
C-STEAM中医药课程学习生态系统，既整合了自主、亲手操作的STEAM校内外学习，又不断强调所参与的活动与他们的生活、周围世界以及未来职业的联系。本次课程学生在教师引导下，学习相关中医药中的发酵工程知识，自行查阅酿酒的相关文献。以小组分工合作的形式，绘制了酿制白糯米酒和黑糯米酒的工艺流程。在酿酒过程中不断解决遇到的实际问题，并最终通过进一步实验、请教有经验的酿酒师和文献查阅提出改进工艺的方法，提高米酒的品质。在整个课程中，从学校老师授课到查阅文献与动手操作、与职业人士的接触、实地考察，无不渗透着一个共同的目标：培养学生对C-STEAM中医药课程的兴趣。本次课程也符合STEM教育的核心是内容——跨学科整合，这也是C-STEAM中医药课程的核心特征，其强调在学科整合过程中培养学生的素养与能力并解决实际问题。
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