拉格（淡）啤酒的酵母之謎

國安危機！為什麼葡萄酒變酸了？

在上一集中，我們聊到了十七世紀，荷蘭科學家 aka 手作達人雷文霍克，以他那充滿手工溫度的兩百五十臺顯微鏡，以及一百七十二塊鏡片，為世人展示了「微型動物」（微生物）的世界。

然而在雷文霍克之後，除了斯巴蘭札尼神父曾經投以關愛的眼神，做了一些相關的實驗與研究，微生物似乎逐漸被眾人遺忘。

一直到微生物學的奠基者，巴斯德（Louis Pasteur）的出現，微生物的存在終於開始閃閃發光。一開始，巴斯德是打算進行「自然發生說」的相關實驗，沒想到，一個可能動搖國本的問題卻找上了他。

在浪漫優雅的法國，飲酒文化與釀酒事業同樣歷史悠久，然而，當時的酒商與釀酒廠負責人卻天天急得跳腳，一點也浪漫不起來。

原來，釀酒這門手藝太過精細，只要一不小心，酒廠生產的酒很可能就會酸化變質，不僅造成商譽與營運的巨大損失，也會影響市場供應的穩定性。

生活不能缺少微醺的感覺，釀酒業的危機，簡直就是國安危機，巴斯德義無反顧的決定伸出援手。

於是，巴斯德拿出科學家的精神，仔細研究了整個釀酒過程，收集、觀察製程中，不同時間的發酵液，並且分析、比較這些酒液的不同。

經過一次一次的培養與試驗，巴斯德終於發現，在顯微鏡下，正常的發酵液中，有一種形狀圓圓的球體小生物（也就是酵母菌）；而那些發酵失敗、變酸的酒液中，則可以看見一種又細又長的桿狀小生物（乳酸菌是也）。

抓出讓酒精變質的小小兇手

一八五七年八月，巴斯德發表了他的研究成果，這篇論文，可以說是現代微生物學的開山之作。論文中指出，發酵，是涉及某些特定的細菌、黴菌、酵母菌等微生物的活動。

這些研究不僅拯救了釀酒業，也影響著食品業與醫藥產業。當時的科學界一度認為，發酵與食物腐敗、傷口發炎等現象，是可以畫上等號的，因此啟發了一名外科醫師的抗菌革命之路（這段故事我們後面再聊，先賣個關子）。

回到釀酒業的危機處理之上，雖然揪出了讓酒變酸的凶手，但巴斯德的工作還沒有完成，還得找出一勞永逸的方法，才算是功德圓滿。

經過一番苦思冥想，巴斯德最後採用的是加熱滅菌法，這種方法，如今也被稱為「巴斯德消毒法」（pasteurization）。

我們都知道，加熱是個有效的滅菌方式，巴斯德將釀好的酒，短暫、而且小心翼翼的加熱，直到攝氏五十至六十度，藉此殺死那些可能讓酒變質的細菌。如此一來，不僅能讓酒長斯保存，也不會犧牲酒的口感，是不是很讚！

陷入絕境的養蠶業：蠶寶寶為什麼會生病？

感謝飛天小女警，啊不，是巴斯德的努力，一天又平安的過去了，釀酒業終於恢復了平靜。然而，一八六五年，法國農村再次遭遇危機。

雍容華貴的絲綢，是廣受貴族喜愛的高級布料，養蠶、攪絲、織布，也是當時法國農村的一大主力產業。沒想到，一種傳播快速、並且容易致死的疾病，卻在蠶寶寶界蔓延開來，蠶農們對此束手無策，養蠶業因此陷入絕境。

在昔日師長的建議之下，巴斯德決定投身於蠶病研究，為蠶寶寶尋得一線生機。

在此之前，他並沒有養過蠶，也缺乏相關知識。於是他動身前往法國南部，花了五年的時間，在第一線的蠶病疫區進行研究。

透過顯微鏡，巴斯德在病蠶的身體裡，發現了一些微小的病原體。

同樣的，溯源之後還得找出根治方法，巴斯德除了研究鑑定方法，以幫助蠶農辨認染病的蠶寶寶之外，也建議蠶農對病蠶進行隔離。

篩檢與隔離，加上選擇性育種與提高蠶群的清潔度，巴斯德提出的「蠶界防疫新生活」，不但拯救了無數蠶寶寶的性命，也讓瀕臨崩潰的法國絲綢獲得喘息。

在釀酒業與養蠶業分別取得成功之後，巴斯德於是將目光從經濟產業轉向醫療產業。

這些肉眼看不見的微生物，既然可能讓酒變酸，也可能讓蠶生病，是不是也可能引發人類的疾病？如果真是如此，只要知道如何躲避生物的攻擊，或許就能增加戰勝疾病的可能性。

──本文摘自《厲害了，我的生物》，2022 年 9 月，聚光文創，未經同意請勿轉載。

湖中女神：「請問你掉的是金吸管，銀吸管，還是紙吸管？」
考古學家：「我只要塑膠吸管，塑膠吸管是人類最偉大的發明。」

前幾年台灣政府限制使用塑膠吸管後，好些人響應環保號召，隨身攜帶金屬吸管。最近有論文報告，發現已知最古老的金屬吸管，以高貴的金、銀打造，距今有 5000 年之久。古代人使用金屬吸管的目的當然不是環保，是享樂。

超過一公尺的金屬管，是權杖還是吸管？

這批「吸管」出土於北高加索的梅科普遺址（Maikop），而且早在公元 1897 年就重現於世。它們來自一座豪華墓葬（kurgan），是豐富陪葬品的一部分。照現代的認知，這座墓葬距今約 5000 年，被歸類為青銅時代早期。

墓中陪葬的金屬長管共有 8 根，擺在長眠的墓主附近。它們由金、銀打造，金屬原料被打薄成大薄片，再捲起來成管狀。每根長度 112 公分，直徑約 1 公分，管壁厚度介於 0.27 到 0.70 mm，重量約 200 公克。

超過一公尺的金屬管並非一體成型，而是多段組合而成。4 根包含較短的二或三段銀管，其中 2 根上有小隻銀牛的雕像裝飾；另外 4 根則包括金管和銀管，其中 2 根上有金牛雕像。金牛與銀牛皆為實心，長度 7 到 9 公分，中間穿孔插在管上，可以滑動調整位置。

一開始挖掘的考古學家，聖彼得堡大學的 Nikolai Veselovsky 判斷，這組金屬管是古代大人物用的權杖，後來還有其他學者提出不同見解，覺得是出巡用大棒棒之類的（法西斯？）。但是他們都無法解釋，為什麼權杖要大費周章做成空心的。

新發表的論文則提出幾點證據，認為這組「權杖」應該是吸管，目的是讓大家一起吸啤酒。如此判斷的證據，來自與中東地區考古的比較。

咕咕咕咕嘟嘟嘟嘟，用吸管逸樂的歷史

啤酒的歷史也許非常早。早於植物被馴化，農業誕生、人類定居形成農村以前，黎凡特（現今的以色列、黎巴嫩與周圍一帶）的納圖夫文化（Natufian）疑似已經有人發酵穀物，釀造啤酒。反正酒的歷史，淵遠流長。

至於吸管的歷史，不可考。用管子吸液體，應該不是太難的發明，但是如果以麥稈、蘆葦等材質作為吸管，幾乎不可能留下考古紀錄。

如今已知最早的吸管並非實體，而是留在印章上的圖案，來自伊拉克北部的 Gawra XII，以及伊朗西部的 Chogha Mish 這些位於中東的遺址，超過五千年。

六千年前過後，美索不達米亞的蘇美等古文化，漸漸發展出初步的古文明，也顯現出逸樂的跡象。幾處距今 4000 多年的貴氣墓葬，描繪宴會的場景中，可以見到一群人用長吸管喝飲料。

蘇美人常用的吸管材質應該是蘆葦，也有豪華版的包金蘆葦。烏爾（Ur）的普阿比女王（Queen Puabi）距今約 4600 年的華麗墓葬中，便出土金箔包覆的蘆葦桿，長度 124 公分、直徑 1 公分。另外還有 2 根類似的吸管，一根銅製，另一根銀製，上頭包金，2 根都有青金石裝飾。

烏魯克（Uruk）等地，則出土過吸管上的動物裝飾小雕像。

和普阿比女王墓葬同時期的 Tell Asmar 留下一組飲用設備，包括碗、長管、過濾器。過濾器通常為銅製的窄椎體，安裝在蘆葦吸管的前端，浸入液體過濾啤酒中的雜質，可以拆卸重複使用。

一組八人咕咕咕咕咕咕咕咕，第九個人沒酒喝！？

上述位於今日伊拉克境內的多處遺址，出土的長管們，可以肯定作為吸管之用，它們的型態和北高加索的金屬長管十分相似。

另外北高加索的金屬管內，疑似作為過濾器的部分，也發現裡頭殘留大麥澱粉顆粒和植物矽酸體（phytolith）。綜合推論，這組金屬管應該也是作為吸管使用，曾用於吸食啤酒。

早在公元 1897 年便被發掘的梅科普遺址，後來成為廣布北高加索地區，梅科普文化的代表性遺址。此一文化介於新石器時代晚期（或銅石並用時期）到青銅時代早期，過去常認為以畜牧業為主要生產方式。

然而該遺址其實也出土大量石製鐮刀、儲存容器，這些都是農業生產的特徵。當時的人，無疑具備用大麥等穀物釀酒的條件。

超過一公尺的金屬吸管如何使用？參考距今 4000 年左右，敘利亞的 Tell Bagüz 遺址的狀況，論文推測可能是將 8 支吸管插在大酒桶裡，同時讓 8 個人圍一圈一起喝酒（第 9 個人沒酒喝！），是宴會的項目之一。

考慮到不少吸管是陪葬品，而葬禮是人類最重要的聚會形式之一，古人也可能會在葬禮中痛飲一輪，再把吸管組陪葬。不論如何，這都是某種享受與奢華的展現。

穿越文明疆界的啤酒社交風俗

這類社交場合，也伴隨體液交流，可想而知是群聚感染的溫床，不過當然不能用現代公衛標準要求古代人。

另一點有趣的是，要用超過一公尺的吸管吸到啤酒，肺活量想必不能太差；比起倒出來用酒杯痛飲，吸管的飲酒效率應該差很多，為什麼不倒出來喝呢？（想想李白用吸管啜飲美酒的畫面……好違和）

我猜有個可能理由是促進社交，辦流水席吃吃喝喝，是不同時空的文化，維繫組織運作的一大共通手段。大家圍一圈喝酒，人際交流的意義不遜於飲酒本身（8 個人同時吸一大桶酒，佔著位置不吸大概也不會被發現，嘻嘻），這樣設計的目的，也許本來就是避免參與者喝的太多、太快，而忽略社交。

有趣的是，長吸管共飲是四、五千年前，中東文化發達地區流行的風尚。以中東古文明的視角觀之，距離數百公里的高加索北部可謂化外之地，但是這批邊緣人也存在使用金、銀吸管的風俗（順帶證實他們金屬加工的手藝相當優秀），與中東文明中心類似。啤酒文化的交流與傳播，顯然能穿越空間的阻礙。

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參考資料

1. Trifonov, V., Petrov, D., & Savelieva, L. (2022). Party like a Sumerian: reinterpreting the ‘sceptres’ from the Maikop kurgan. Antiquity, 1-18.
2. Oldest known drinking straws identified

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁。

辛苦工作一天後，你準備來杯冰涼的啤酒慰勞一下自己。打開啤酒並往杯子裡倒，氣泡一如往常的大量產生，有時弄不好還會搞得滿桌子都是。不過不知道你有沒有想過，究竟一杯啤酒究竟能產生多少氣泡呢？而來自法國的研究團隊，還真的對這個問題進行理論與實驗上的探討¹。

啤酒擁有綿密氣泡的關鍵：溶解度與壓力

要知道啤酒會產生多少氣泡，得先知道氣泡是怎麼來的。

啤酒主要由水、穀物和酵母菌發酵而成。在發酵的過程中，酵母菌會分解穀物中的澱粉，產生酒精以及二氧化碳，而二氧化碳這正是氣泡的來源。另外現代的啤酒生產商在裝填啤酒時，也會額外注入二氧化碳。

那為何二氧化碳會變成氣泡呢？這是因為開瓶會導致二氧化碳在啤酒中的溶解度減少，讓二氧化碳在啤酒中從飽合狀態變為過飽和^註1狀態，此時多餘的二氧化碳便會逸出啤酒，形成氣泡。

那為何開瓶會影響二氧化碳在啤酒中的溶解度？答案是「壓力」。這便要提到亨利定律了，該定律指出：氣體在液體中的溶解度與壓力成正比。前文提到，啤酒商在裝填啤酒時會額外打入二氧化碳，這樣不僅能增加容器的壓力，也能讓更多二氧化碳溶解到啤酒中。一般市售的啤酒，其瓶中的氣壓通常為二至三個大氣壓。

因此當你打開酒瓶時，氣壓會下降回到一個大氣壓。這時，啤酒內溶解的二氧化碳就成了過飽和狀態，多餘的二氧化碳就會逸出形成氣泡了²。

形成的氣泡太多了？可能是玻璃杯搞的鬼

上面介紹了啤酒氣泡的來源，但在經歷多次氣泡大爆發的慘痛經驗後，想必你也知道能減少氣泡形成的訣竅—減少外力。例如開瓶前盡量減少對啤酒的搖晃，那就能減少開瓶時產生的氣泡。同樣的，將啤酒倒入杯中時，沿著杯壁緩緩加入，減少啤酒與酒杯的衝擊，也能減少氣泡的產生。

這是為什麼呢？因為外力會讓啤酒內產生氣室，有氣室二氧化碳才能逸出並在氣室中形成氣泡的結核點，讓氣泡生成。而研究團隊根據啤酒與二氧化碳介面的表面張力強度、大氣壓力、二氧化碳在啤酒中的溶解度和濃度等資料，計算出能讓氣泡生成的氣室臨界值，只要氣室的直徑大於 1.4 微米 (或氣室的曲率半徑大於 0.7 微米)，二氧化碳就能在氣室中形成氣泡結核點，產生氣泡。

好的，所以現在我盡量減少外力，就能降低氣泡的生成了。不過，就算你再怎麼小心，當你把啤酒倒入玻璃杯時，玻璃杯也不會這麼容易放過你。

雖然玻璃杯表面看上去非常光滑，但如果在顯微鏡下觀察，就會發現上面佈滿在製造過程中留下的細小缺口。而每個缺口都是一個氣室，這些地方正是讓啤酒中的二氧化碳形成氣泡的絕佳場所。一般來說，玻璃杯底部的小孔最多，這也是為什麼大部分的氣泡都會從酒杯底部湧出的原因。

是什麽決定了氣泡的大小？

現在我們知道，氣室是促成氣泡生成的重要因素。隨著二氧化碳進入氣泡中，當氣泡成長到浮力足以脫離誕生的結核點後，氣泡便會開始上升。而在這個過程中，啤酒中的二氧化碳也會持續逸出到氣泡中，讓氣泡越來越大。因此，一個氣泡的大小會決定其中二氧化碳的含量。

那氣泡的大小受甚麼因素影響呢？先前的研究顯示，氣泡的直徑與氣泡上升高度的三分之一次方成正比。也就是說，往杯中倒入不同體積的啤酒，杯中的氣泡的大小會有所不同。

來動手做實驗，計算看看一杯啤酒會產生多少氣泡！

隨著氣泡不斷地生成，啤酒中的二氧化碳濃度也會越來越低，氣泡的生成也會趨緩最終停止。因此只要知道啤酒中初始的二氧化碳的濃度、生成氣泡的大小、氣泡中所含的二氧化碳量和啤酒最終的二氧化碳濃度，理論上就能計算出會有多少氣泡了。

但在科學上這樣的條件仍不夠精確，因為這其中包含太多的變數：啤酒的種類、酒精濃度、裝填時的氣壓、二氧化碳在啤酒中的溶解度，酒杯的形狀與材質、倒入酒杯中的啤酒體積，甚至所在環境的大氣壓等都會影響氣泡的數量。

而研究團隊以酒精濃度 5% 的 250 毫升啤酒，在 6℃ 時倒入 500 毫升的玻璃杯中這個條件做計算，得出了一杯啤酒能產生的氣泡數：20 萬 ~ 200 萬。

要驗證這個理論值，必須進行實驗。以下是研究團隊設定的實驗條件：

1. 酒精濃度為 5%，並用玻璃瓶裝填體積為 250 毫升的海尼根啤酒。每瓶啤酒在6℃ 的冰箱中冷藏 48 小時。研究團隊已事先算出該條件下，二氧化碳在啤酒中的溶解度。
2. 四個同廠牌機械製造的 500 毫升玻璃杯。實驗前需用稀醋酸清洗玻璃杯，再用蒸餾水清洗，清洗過後在 60℃ 的烘箱中乾燥。乾燥後，再將玻璃杯存放在 6℃的環境中。
3. 使用服務員倒啤酒的輕柔動作，盡可能減少過程中液體的顛簸。

研究團隊在高速攝影機的協助下，偵測到一杯啤酒會產生 20 萬 ~ 200 萬的氣泡，和理論值相近。但這個結果一定要在他們設定條件下才能達成，只要上述的條件稍有變化，那氣泡的數量就不在這個範圍內了。這個氣泡數量的範圍確實很大，研究團隊也認為在啤酒能產生這麼多氣泡前，大部分人可能已經把啤酒給乾了。

看到這兒，不知道你怎麼看這個研究。雖然這個研究看起來好像對現實生活沒甚麼幫助，但我覺得細看這篇研究的過程，就覺得它是科學的典型示範。

對想回答的問題先進行理論上的探討與計算，接著限定條件並進行實驗，最終讓實驗與理論計算的結果進行對比，如果有不符處便修正理論或實驗條件。某種程度上，這就是科學運作的過程。

最後，如果你已成年，給自己來一杯啤酒慶祝自己看完這篇文章吧~

註釋

1. 過飽和溶液：指一定溫度和壓力下，當溶液中溶質的濃度已超過該溫度、壓力下溶質的溶解度，而溶質仍不析出的現象叫做過飽和現象。

參考資料

1. Liger-Belair, Gérard, and Clara Cilindre. “How Many CO2 Bubbles in a Glass of Beer?.” ACS omega vol. 6,14 9672-9679. 31 Mar. 2021. 
2. The fluid mechanics of bubbly drinks