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沒有葡萄酒可以喝?釀酒師的新挑戰:氣候變遷

劉筱蕾_96
・2015/11/27 ・2790字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 542 ・八年級

source:Greg Pye
source:Greg Pye

民以食為天,在注重「吃」的台灣人眼中,一起和朋友吃個飯,喝個小酒,絕對是人生一大樂事。在氣候變遷造成小麥更容易感染疾病氣候變遷導致大黃蜂棲息範圍銳減?等文章中,都提到全球氣候變遷已對許多農作物收穫、或是生態環境造成影響。而另一篇文章紅酒與熊貓的兩難,亦明確指出由於降雨、氣溫與濕度的微幅改變,目前許多著名的紅酒產地,未來可能會因為氣候的改變,而在世界葡萄酒版圖中逐漸消失。

面對看似難以挽回的情況,也許有人會問:「若是施以灌溉等方法,我們還是可以繼續在餐桌上大啖美味的葡萄酒啊!」

大王,你把葡萄酒想簡單了。 (英雄語氣)

(中肯貌)大王,酒可是比你想得複雜多了呢! Credit: 英雄
(中肯貌)大王,酒可是比你想得複雜多了呢!
Credit: 英雄

How It’s made—葡萄酒的製程

首先,要從葡萄酒的製程談起。以紅葡萄酒為例,在葡萄達到適當的熟度之後,酒農需經過採收、壓榨、發酵、與陳放等手續,才能真的成為市面上販售的葡萄酒。

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葡萄酒製作過程 (注意:這只是個簡表!請千萬不要以為酒可以這樣簡簡單單就做出來,會難喝死人的。)
葡萄酒製作過程
(注意:這只是個簡表!請千萬不要以為酒可以這樣簡簡單單就做出來,會難喝死人的。)

隨著氣候環境改變,葡萄的品質與葡萄酒的釀製過程也受到了很大的影響,然而這些層面是從釀酒葡萄棲地的遷移看不出來的。

 葡萄甜了,酒商的臉就綠了—談果實本身的改變

 氣候變遷對紅酒製程所產生的第一個影響是葡萄生長加快。在環境氣溫提高到25-30℃之間時,葡萄的新陳代謝與其代謝產物累積都會增加。換言之,果實成熟時間變早了,而且糖度增加。在高於30℃的溫度,雖會因為葉綠體的結構改變,造成新陳代謝與其產物累積中止,但高溫造成的蒸散作用會讓果實的糖分濃度增高,酸性物質減少而pH值上升,酸度降低。

聽起來還不錯啊! 糖度的上升代表後續釀造成品的酒精濃度提高,未來的酒好像會更香濃。但是科學家告訴我們,會變濃是真的,但是香則未必。因為隨著酒精濃度上升,人類對香氣感知的受器也會變遲鈍,此外,由於氣溫的上升、果實成熟時間變早,酒農必須提早採收,提早採收會讓葡萄酒中的氣味與顏色分子(如多酚、單萜、花青素)組成也會隨之改變,部份我們喜愛的香氣,像是花香或香料味,會變弱或消失,酒的顏色也會變得淺淡。同時,酒中酸度的下降,代表了葡萄酒抵抗微生物的能力變低了,這會讓後續的發酵過程中,雜菌出現的機會增加。

 非戰之罪果實品質改變造成的製酒問題

 葡萄採收之後,酒農接下來面對的是釀製過程。由於溫度與環境的改變,葡萄的糖度、酸度、與採收條件都有所變化,那這些因素又會對製酒造成什麼結果呢?

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酒的製程真的沒有那麼浪漫,大部分的時候都是髒兮兮的工作。 Credit: Termarina rossa
酒的製程真的沒有那麼浪漫,大部分的時候都是髒兮兮的工作。
Credit: Termarina rossa

一般來說,為了達成品質的穩定,大部分的葡萄酒發酵都是藉由人工添加酵母菌來穩定品質。不過,隨著製酒環境的溫度升高,以及前文提到的pH值上升,酒槽中適合酵母菌繁殖的環境改變,也讓其他雜菌的繁殖加快。釀造過程中,雜菌與酵母相互競爭養分的結果,往往會導致發酵遲緩,甚至發酵中止。更重要的是,雜菌的增加也會造成飲用者的健康風險,例如葡萄酒中可能會產生致癌物——真菌毒素(mycotoxins),雖然在政府食品管理法規的管理與監督之下,能對產品的成分加以分析管理,所以我們不會喝到「黑心致癌酒」。然而可以確定的是,真菌毒素的出現確實跟氣溫上升有關。

對努力釀酒的酵母菌大軍造成進一步損害的還有糖分。雖然糖分是酵母菌的主要食物,但是葡萄汁中過高的含糖量會讓酵母菌「被糖醃」,讓發酵中產生的副產物改變,從而改變酒質。

另外,酒精發酵中高糖分造成的高酒精濃度,也會對另一部分的發酵過程,也就是乳酸發酵造成影響。葡萄酒中的蘋果酸在乳酸發酵的過程中會進一步減少,被細菌轉化為口味較柔和的乳酸。乳酸發酵是葡萄酒中烤麵包、奶油、焦糖等香氣的來源之一。一般來說,酒精發酵之後葡萄汁被轉化成酒,造成的酒槽環境條件改變,應該會讓進行乳酸發酵自行發生。但是因氣溫升高讓葡萄汁的糖分與酒精增加,會讓進行乳酸發酵的細菌細胞膜受損,抑制乳酸發酵結果。

 和縱連橫—氣候改變與病蟲害間關係

 另一個因氣候變遷而凸顯的議題是病蟲害,以及病媒棲地改變造成的疾病傳播。舉例來說,像昰皮爾斯病 (Pierce’s Disease)。皮爾斯病是由一種原產於美國東南部的昆蟲—褐透翅尖頭葉蟬(Homalodisca vitripennis)所傳播。當釀酒葡萄被感染,木質部導管會因為大量繁殖細菌影響水分輸送。受感染葡萄葉片會變成黃棕色,最後乾枯掉落。芽也會受影響而死亡。根據研究顯示,褐透翅尖頭葉蟬的族群會因為較高的冬季溫度而增加,從而影響這種昆蟲(以及疾病)的北向傳播。

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但是溫度改變造成的病蟲害傳播也不一定只會帶來不良的影響。像是葡萄酒中的一個很重要的類別—貴腐酒,就仰賴特定葡萄貴腐黴菌(Botrytis cinerea)的寄生,讓果實中的水分被微生物吸乾,以釀造出世界知名的高價位甜葡萄酒,某些研究指出,環境溫度的上升會讓葡萄果實得受損變嚴重,得以增加貴腐黴菌的進入葡萄果實,並吸收多餘水分的機會。所以從這個方向來講,病蟲害的擴散對葡萄酒產業的影響還有待更深入的討論。

隨著葡萄果實的水分被貴腐霉抽取出來,釀出來的酒也會越變越甜 Credit: Château Doisy-Védrines, Barsac, Sauternes
隨著葡萄果實的水分被貴腐霉抽取出來,釀出來的酒也會越變越甜
Credit: Château Doisy-Védrines, Barsac, Sauternes

結語

在日本知名的漫畫「百姓貴族」中,描繪出現代農業工作者隨時必須面對的環境與經營課題。酒類的釀造不但展現每個區域的社會、文化歷程(詳見 人類祖先在一千萬年前就開始飲酒了?! ),也呈現農人們面對當地環境所做的努力。而要如何在環境變遷、農業生產、消費者需求間取得平衡,做出大家喜歡的酒,就要仰賴農夫、消費者、與科學家的共同努力了。

  • 致謝:本文為作者參與歐盟居禮夫人人才培育計畫創新訓練網絡(Innovative Training Networks, Marie Curie Actions)之子計畫 MicroWine 所撰寫。

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參考資料:

  1. De Orduna, Ramon Mira. Climate change associated effects on grape and wine quality and productionFood Research International 7 (2010): 1844-1855.
  2. Malolactic fermentation
  3. 葉緣焦枯病菌
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劉筱蕾_96
7 篇文章 ・ 2 位粉絲
森林系出身,遵守農院傳統熱愛喝酒吃肉的動漫宅,在英國漂流完之後到美國Smithsonian Institution 繼續漂流。我的興趣是植物的演化與馴化。這個過程表現了生物被自然和人為條件「雕塑」的過程。希望能擔任生物與歷史研究間的橋樑,並把研究中的所學到的小故事跟科學觀念分享給大家。

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人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

營養品的吸收率如何?

藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

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你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

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溫室效應有救了?把二氧化碳埋進地底吧!  
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/03/25 ・1389字 ・閱讀時間約 2 分鐘

本文由 台灣中油股份有限公司 委託,泛科學企劃執行。 

近年全球對於氣候變遷的關注日益增加,各國紛紛宣布淨零排放(Net Zero Emissions)的目標,聯手應對氣候變遷所帶來的挑戰。淨零排放是指將全球人為排放的溫室氣體量和人為移除的量相抵銷後為零。而「碳捕存再利用技術(Carbon Capture Utilization and Storage,簡稱 CCUS)」技術被視為達成淨零重要的措施之一。 

CCUS 示意圖。圖/INPEX CCS and CCUS Business Introduction Video 2022 

「碳捕存再利用技術 CCUS」是什麼? 

CCUS 技術可以有效地將二氧化碳從大氣中捕捉並封存,進而減少溫室氣體的排放。CCUS 包含捕捉、運輸、封存或再利用三個階段,也就是將二氧化碳抓下來,並且存起來或是轉換成其他有價值的化學原料。關於如何捕捉二氧化碳,可以參考我們先前拍的影片《減碳速度太慢?現在已經能主動把二氧化碳抓下來!?抓下來的二氧化碳又去了哪裡?》。 

至於捉下二氧化碳之後,該存放在哪裡呢?科學家們看上一個經過數千萬年驗證、最適合儲存的地方——地底。沒錯,地底可不只有石頭跟蜥蜴人,只要這些石頭中存在孔隙,就可以儲存氣體或液體。最常見的就是天然氣與石油。現在,我們只要將二氧化碳儲存到這些孔隙就好。 

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封存的地質條件也很簡單,第一,要有一層擁有良好空隙率及滲透性的「儲集層」,通常是砂岩。第二,有一層緻密、不透水且幾乎無孔隙的岩石,用來阻擋儲集層的氣體向上逸散的「蓋層」,常見的是頁岩。只要儲集層在下,蓋層在上,就是一個理想的儲存環境。 

臺灣哪裡適合地質封存? 

臺灣由東往西,從西部麓山帶、西部平原、濱海到臺灣海峽,都有深度達 10 公里的廣大沉積層,並且砂岩與頁岩交替出現,可說是良好的儲氣構造。 

至於臺灣適合封存二氧化碳的地點,有個很直接的作法,就是參考石油、天然氣的儲存場域就好,也就是所謂的「枯竭油氣層」。將開採過的天然氣或石油的空間,重新拿來儲存二氧化碳。而臺灣的油氣田,主要集中在西部的苗栗與臺南一帶,在 1959~2016 年,累計產了 500 億立方公尺的天然氣,和超過 500 萬公秉的凝結油。 

臺灣油氣田位置圖。圖/《科學發展》2017 年 6 月第 534 期
鐵砧山每年封存 10 萬噸二氧化碳(相當於通霄鎮 1/3 人口一年的二氧化碳排放量)。圖/台灣中油

而至今這些枯竭油氣田,適合來做二氧化碳的封存。例如苗栗縣通霄鎮的鐵砧山是臺灣目前陸上發現最大的油氣田,不只是封閉型背斜構造,更擁有厚實緻密的緻密蓋岩層。在原有油氣田枯竭後,從民國 77 年開始轉為天然氣儲氣窖利用原始天然氣儲層調節北部用氣的方式,已持續超過 35 年。因此中油也正規劃在鐵砧山氣田選擇合適的蓋層和鹽水層,進行小規模的二氧化碳注入,作為全國首座碳封存的示範場址。並同時進行多面向的長期監測,驗證二氧化碳封存的可行性與安全性。 

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更多詳細內容及國際 CCUS 案例,歡迎觀看影片解惑! 

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氣候變遷讓缺水、淹水更嚴重,臺灣做好準備了嗎?——專訪水利署賴建信署長
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/10/31 ・3262字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文由 經濟部水利署 委託,泛科學企劃執行。

「30年後,我們將面對更嚴峻的缺水考驗。」水利署署長賴建信接受我們採訪時坦承地說。

水利署署長賴建信

近年,全臺西部地區都曾遇過「供五停二」的停水措施,,缺水問題更早已是全球問題。根據 2021 年發表在 Nature Communication 上的論文,2016 年全球有 9.33 億的城市人口面臨缺水問題,約為總人口的 12 %;依據過往趨勢推測,至 2050 年,全球將有 16.93-23.73 億的城市人口面臨缺水問題,相當於 2050 年總人口的 17%-24%。

為什麼全球缺水問題會如此嚴重呢?賴建信署長認為首要是「氣候變遷」改變了降雨強度與頻率,並舉生活中的經驗來說明氣候變遷:

「生活在臺灣地區的我們,會感覺到最近好像很久都不會下雨,然後不下雨的時候很熱,但一下雨,雨滴大到打在身上都會痛。」而近期紐約暴雨造成地鐵淹水癱瘓,也是氣候變遷造成的。

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氣候變遷讓降雨更加極端

賴署長說:「可以說以後的降雨會非常集中在特定某幾天。就像剛剛講的,就是突然暴雨,然後接下來一個大乾旱。 」

無論是缺水還是淹水,氣候變遷造成的影響都不容忽視,賴署長表示,不只是降雨頻率會更低,降雨地區也會更加不平均,降雨的強度也會有所提升。

依照聯合國政府間氣候變化專門委員會最糟糕的預測(SSP5-8.5),到了這個世紀中,臺灣暴雨強度會比世紀初提升 20%,世紀末會提升 40%,即便是最優預測(SSP1-2.6),也會在世紀中提升 15.7%。

據上所述,氣候變遷讓全人類無法迴避「降雨不均造成的地區性缺水」,以及「降雨強度提升造成的地區性水災」這兩個問題。雖然個人、企業與政府都為了減緩氣候變遷有所作為,但賴署長也表示,我們該「從科學擁抱殘酷現實,對未來做最壞打算」。

簡單來說,若所有締約國都遵守聯合國氣候變遷大會(COP)的決議完成減碳工作,那氣候變遷也只是不再加劇,並不會立刻恢復到過去的型態,而只要有其中幾項沒有達成,那全世界就得面對更嚴峻的情況。

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回到開頭賴署長所說的 30 年,我們還有時間做好基礎建設,降低氣候變遷對人民造成的影響。「從2016年開始,我們就思考這些問題,思考說臺灣未來面對的自然環境,我們應該如何因應、構築一個怎麼樣的未來。所以當時我們就開始思考包括區域調度、多元水源等相關計畫。」

賴署長提到的「區域調度」相關計畫,即是目前正在進行的「珍珠串計畫」。

地區性缺水解決方案—「珍珠串計畫」

「珍珠串計畫」預計把台灣西部像珍珠一樣珍貴的水源,用聯通管線串聯起來,讓珍貴的水資源可以妥為應用。

臺灣降雨時間和空間差異極大,桃園至屏東等西部地區,在 5 月至 10 月是豐水期,11 月到隔年 4 月是枯水期,然而北北基與宜蘭等東北地區,卻是完全相反,10 月至隔年 4 月有東北季風帶來的豐沛雨量,此時若能將東北地區的水調度至西部地區,將能緩解西部地區缺水。而未來面對更加極端的降雨情況,也能提供一定的支援。

珍珠串計畫的聯通管線預計將在 2028 年全數完成,而在 2021 年旱災中搶先開通的「桃園—新竹備援管線」,從桃園每日調度 20 萬噸的水給新竹,在旱災期間總計調度 2300 萬噸,約是 0.6 座寶山第二水庫的蓄水量,不僅讓新竹地區免於限水所苦,也讓新竹科學園區的科技業能維持生產。

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寶山第二水庫。圖/Wikipedia

不僅管線串聯,更要開創「多元水源」

有了聯通管串聯,就能解決缺水問題嗎?賴署長給出否定答案:「如果只有一種供水方式,突然有意外就完了。當然要有多股水源,多條管線。」

過往開發新水源,直覺想到的是蓋水庫,不過蓋水庫不僅要謹慎評估該地是否有充足水源,考慮安全性及經濟性是否合理,更要謹慎評估對環境生態的影響,通常一座水庫從規劃到興建完成,需耗時數十年的時間。

為了因應氣候變遷與逐步增加的用水量,水利署目前已朝「多元水源」的方式來尋找新水源,像是南化與寶山第二水庫藉由「溢流堰加高」擴增蓄水量,臺中水楠經貿園區淨化污水再利用的「再生水」,以及以及高屏溪的「伏流水」與新竹的「海淡水」,這些多元水源將與水庫水、川流水及地下水等傳統水源共同支撐起全臺用水。

此外,水利署也正想辦法讓洪水資源化,臺灣山高水急,大雨過後的洪水大部分都流向大海,只有少部分可被水庫收集,像是「河槽人工湖」就能增加收集水量,來供應日常使用,或補注超抽的地下水。

地區性強降雨解決方案—從「不淹水」轉變為「耐災韌性」

受氣候變遷影響,近年臺灣短延時強降雨頻率提高,低窪地區或排水系統也時常發生淹水,顯現目前臺灣防洪工程的不足。

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過去臺灣由於預算有限,治水策略多以建護岸、堤防或下水道為主,然而這種作法有其極限,即便已完成防洪工程的區域,也未必能面對未來極端降雨的情況,為此,水利署改變過往治水策略,從「不淹水」轉變為「耐災韌性、與水共生」,而在多年來中央與地方政府的聯合推動下,各地開始邁向「逕流分攤」的方式來治理水患。

「逕流」是指下雨時地表土壤無法吸收的水份,在地表形成的水流。「逕流分攤」是在淹水較為嚴重的河段,於新建(或改建)公共設施時,以不妨礙設施功能,建設洪水期間可收集逕流的滯洪池。此外,為提升土地耐淹能力,「出流管制」政策也要求開發單位,必須提升建築物的透水、保水與滯洪能力。

以日本東京鶴見川為例,由於東京市的發展,導致土地保水、滲透能力降低,洪水尖峰流量增加,更容易發生淹水。為此日本將橫濱日產體育館建置成兼具滯洪功能的公共設施,來應對鶴見川的洪峰流量,館場下方的滯洪池高度高達五公尺,平日則作為停車場使用。

橫濱日產體育館。圖/Wikipedia

「我們希望所有的土地都能更有效地利用,例如我們學校的操場,如果下面是一個蓄水池,那大雨下來是不是就不容易淹水了?」賴署長表示,近期開工的鹿港洛津國小的地下停車場兼滯洪池工程,正是「逕流分攤」的案例。

風暴將至,我們能做好準備嗎?

賴署長略為嚴肅地說:「我不期待氣候型態會回到 30 年前。」並重提了在 IPCC 的最優預測(SSP1-2.6)下,臺灣仍必須在 2050 年面對暴雨強度提高 15.7% 的情況。

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無論我們怎麼做,風暴已確定到來,那麼我們能事先做好準備嗎?賴署長說:「我認為我們能做到的,是使用適當的方法趨吉避凶。」隨著科學進步,模擬變得越來越精準,但終究還是預測,存在不確定性,雖然 2050 年最優預測是暴雨強度提高 15.7%,但上限呢?真的就只有前面提到的 20% 嗎?賴署長提醒我們要面對氣候變遷的現實,並在面臨風暴來臨之前做好準備,這個準備不只要能面對預估強度,更要有足夠的韌性,來面對超越預期的情況。

最後,賴署長說:「每個巨大的改變,一定是從一個微小的生活習慣,比如說開始固定運動,或是固定減少能源浪費。」也許現在看來微不足道的小動作,都將是未來的「重要一步」,就像蝴蝶效應一樣。

相信科學數據,擁抱不確定性,積極做出因應,這不僅是賴署長個人的想法,也是水利署全體的信念,唯有如此,才能在超乎預期的「風暴」來臨之前,做出最好的選擇。

參考文獻

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