家庭自动发酵装置的设计与实验陈桐

家庭自动发酵装置的设计与实验主要内容一、课题的由来二、工作述职三、研究过程四、实验验证五、课题研究的收获01

PARTONE课题的由来到了每年的7月份，我的爷爷和奶奶就准备开始自行酿制葡萄酒，我们准备好葡萄等所需要材料，用洗干净的玻璃瓶进行酿酒，在酿制过程中，总要隔一段时间就要打开盖子放气，防止爆炸，不仅麻烦，而且由于打开盖子，导致空气进入，从而使葡萄酒的质量下降，我的爷爷奶奶在2016年七月酿造葡萄酒的时候，遭遇了放气的困难以及部分瓶中葡萄酒有酸味，不好喝，我就产生了制作一个能自动发酵装置的设想，问了我的爸爸告诉我生物选修一教材中有制造果酒的过程，其中的水封法给了我一定启发。在他的支持和帮助下，我利用互联网进行查新，发现没有人做过有关发明，便着手于自动发酵装置的创造。02

PARTTWO研究过程大致流程发现问题↓查新↓查询资料↓初次设计↓验证↓再次设计↓验证研究发现，在实验室里制作葡萄酒时，瓦罐、玻璃瓶多采用塑料袋来封（如下图），发酵的气体很快就会多的要撑破塑料袋，经常需要放气操作，这样做导致空气进入发酵物中。而发酵过程中是不能让空气进入的，否则导致发酵失败，而且不停地放气使得发酵过程中充满了诸多不便。发现问题实验室原始装置图酿酒原理酶

C6H12O6→2C2H5OH+2C02+能量初次设计原理：如图当导管内气体压强大于外界压强时，单向导管中的玻璃球被冲离导管口，通道畅通，气体逸出；当导管内气体压强小于或等于外界压强时玻璃球在重力作用下回落，保持密封状态，使空气不能进入试剂瓶。这样就实现了导管的单向导气功能（设计图如图）。制作：材料：新胶头，7mm×8mm玻璃管，剪刀，玻璃球组装：先把新胶头顶部用剪刀剪出多个小孔。再找一个大小合适的玻璃球，将玻璃球塞进乳胶头内。注意：玻璃球不能小于乳胶头下端的管口，也不能太大，会导致不能在乳胶头内活动。如果找不合适大小的玻璃球就用学生用的文具橡皮做一个。胶头再套在玻管上。在瓶盖上开一小孔，将玻管穿过瓶盖。孔要打小一些，装好后，可以用热熔胶加固。在试验过程中，效果较好，但由于玻璃球的重量不等，导致有时放气失败，于是我进一步考虑用水封。我进行了更进一步的设计与探索。1.小球的质量不易控制，如果太重，产生的气体不能很好地喷动小球，完成放气，而且空气也会从缝隙进入发酵物中，影响发酵。初次装置存在的问题2.该装置零部件的寻找和使用很麻烦，比如胶头清洗不方便，这会导致装置的不卫生，也影响酒的品质再次设计原理：发酵过程中会产生大量气体，当内外气压不平衡时，气体使试管里面的水排到盛水容器，气体放出。实现水封发酵。制作：材料：废弃容器，试管，玻璃导管，橡胶塞组装：将橡胶塞打孔，塞入玻璃导管，塞入瓶口，将塑料瓶去底，将另一橡胶塞塞入塑料筒，将刚才的装置反置插入橡胶塞，并在顶端反置一容器（试管）（设计图如图）。我又用废弃容器，试管，玻璃导管，热熔胶进行设计。组装方法为将2个瓶盖打相同大小合适的孔，用玻璃棒穿好，在两个瓶盖之间，注入热熔胶，将3者粘牢，调整玻管与瓶盖垂直，将其冷却。将塑料瓶去底，并在顶端倒置一试管、小锥形瓶或小的塑料瓶，这样可拆卸水封装置就做好了（见图）。关于水封的水位的确定我们发现：最适宜发酵的水位高度是漫过试管的1/4-1/3左右。装置优点分析：∙自动排放气体∙可拆卸性∙环保性03

PARTTHREE实验验证以制作葡萄酒为例。比较家庭自动发酵装置与传统方法的效果差异。材料、用具：自动发酵装置、玻璃坛各10个。一根细塑料管（用来在发酵完成后利用虹吸法将葡萄酒从发酵容器中倒出）、木棒或筷子（用来在发酵过程中搅拌葡萄皮和葡萄汁）、丝袜或细纱布（用来过滤葡萄酒汁）步骤：首先将12000g葡萄洗净风干，置入玻璃罐内，研碎，平均分成二组（一组用传统装置配制，一组用新设计的装置，每组共10个重复，每个重复600g）。每天进行观察并作好记录（如下表2），至没有气泡放出为止，一周后葡萄陆续地出汁发酵，半个月后葡萄渣完全上浮，便会溢出香甜的葡萄酒味，然后分别进行过滤，称重，并计算出酒率，邀请一些喜欢喝酒的亲戚进行品酒，比较二组的区别并记录

天数传统装置组新装置组第二天瓶内有少量气泡，颜色深瓶内气泡较多第四天颜色深，酒味很浓瓶内气体较多，有醇香味第八天颜色较深，酒味较大，但不分层颜色较深，酒味大，开始分层，葡萄颗粒完整第十二天酒中有异味颜色加深，酒味大第十六天混合均匀，不分层现象，浑浊，有棕色毛状物，酒味较浓，有苦味，溶液呈棕褐色果肉基本分解，果皮浮在最上层，汁液层在中央，籽在最下层，汁液呈粉红色，酒味比匀浆浓，有甜味传统装置组新装置组平均出酒量228g327g平均出酒率43.07％52.55％（每组600g葡萄）亲戚品尝，感觉哪组酒品好即打+传统装置组+++新装置组++++++++++可见，虽然感觉是种主观情感，但在一定程度上也能说明新装置的发明对自酿酒的酒品有一定提升。新旧VS通过实验探索，我们发现新设计的装置明显优于传统装置，主要体现在：新装置操作方便，出酒率高于传统装置，酒品也比校好。结论04

PARTFOUR课题研究的收获课题研究的收获∙很高兴在此次研究过程中，我们发明了自动家庭发酵装置，这为我们生活中酿造果酒提供了许多方便，我创作的水封式发酵容器材料几乎随处可见，制作简单，易于推广且能够简化制作果酒时排放产生的气体时的操作并提高制作的果酒的质量减小失误所造成的浪费物力人力。∙增进环保理念，我所设计的装置所用的材料几乎是