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威士忌的科學:為何「蒸餾」是製造威士忌的關鍵步驟?

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2018/06/29 ・3282字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 485 ・五年級

本文由蘇格登委託,泛科學企劃執行

  • 文 / River
「晚上喝一杯吧!」好威的威士忌就算沒喝過也聽過,但你知道為何「蒸餾」會是製造威士忌的關鍵步驟嗎?圖 / 蘇格登提供。

「晚上喝一杯吧!」和老友見面,聚會不免喝點酒。威士忌是我們這群人常點的酒類,純喝或是加點軟性飲料混著喝,既放鬆也助興。

「考考你,威士忌跟啤酒差別在哪?」問話的朋友左手舉著啤酒杯,右手拿著威士忌,「威士忌醉得比較快!」另一位朋友搶在我之前回答,看來已有醉意。

沒錯,威士忌酒精濃度比較高,當然讓人醉的比較快。像啤酒這樣的釀造酒,酒精濃度大多不超過 20%,再高上去,釀酒的酵母菌就撐不住了。那為何威士忌的酒精濃度可以高達 40% 以上呢?最大差異,便是製程上的一個關鍵步驟:「蒸餾」。

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蒸餾是威士忌的關鍵步驟。圖 / Siyavula Education @Flickr

「蒸餾算是一種將酒精濃縮的方法嗎?」

對!不過這種濃縮方法卻與濃縮果汁、濃縮咖啡的方法不同。蒸餾是利用加熱液體後產生的蒸氣,在低溫表面凝結,利用液體沸點不同的特性,分離出想要的液體。酒精的沸點約在攝氏 78 度、水的沸點在攝氏100度,若能留住液體的酒精蒸氣,則可獲得高濃度的酒精,經過重複蒸餾,則可蒐集到極高濃度的酒精。釀酒工人嚴格控制蒸餾器裡面的溫度,加熱發酵後的大麥等穀類酒汁,蒐集凝結的高濃度酒精液體,再將液體放進橡木桶中熟成三年以上,就成了我們杯中的威士忌。

麥芽汁會在發酵槽(washback)中進行發酵。圖 /格蘭奧德釀酒廠(Glen Ord Distillery), 蘇格登提供。

「真有意思,當初怎麼想到這種釀酒製法的呢?」

接下來,就是更多蒸餾的故事啦!現今市面上看得到的蒸餾酒種類很多,例如利用葡萄製作的白蘭地、用穀物製作的威士忌跟琴酒,還有用薯類製作的阿夸維特酒。如果另外在蒸餾酒中加入糖、水果、堅果、香料、花朵或奶油等香味物質,就是所謂「利口酒」。

根據考古資料顯示,蒸餾技術的起源可追溯回至今約 2000 年前的中國煉丹術,那時煉丹術的主要目的為找到長生不老丹,因此開發出許多特製容器以及火煉技術。這些器具與技術傳入世界各地,不斷改良,衍伸成各式的蒸餾設備。

約在中國唐代,煉丹術由伊斯蘭商人傳入伊斯蘭文化中。伊斯蘭人進一步精進煉丹術,開發、改良蒸餾器,進而有了蒸餾酒精的技術;而商人也將蒸餾器技術傳到歐亞各地,使得不同地區出現了各地的酒類,酒的文化有了嶄新的面貌。

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歐洲發展出新類型蒸餾酒,則與西元 14 世紀的黑死病大傳染有關。當時煉金術師無所不用其極地尋找「生命之水」,也在過程中發明了白蘭地、利口酒等高濃度酒品;因為這些蒸餾酒濃度高,碰到火會燃燒,當時的一些歐洲人相信其中含有「火之精靈」,能夠賦予身體活力。而愛爾蘭早在黑死病開始流行前,就已經出現了經過蒸餾的大麥釀造啤酒,正是威士忌的由來。

「聽起來蠻單純的嘛!以前的人隨便就釀出來了,那我能自己釀威士忌嗎?」

威士忌蒸餾才沒有那麼簡單!蒸餾的每個細節都會影響威士忌的風味,光是蒸餾器就滿是學問。首先是蒸餾器的構造,主要分為壺身(pot)、壺頸(swan neck)、林恩臂(lyne arm/lye pipe)和冷凝器(condenser),蒸餾器的形狀、大小、壺頸高度、加熱方式、林恩臂的角度等等細節,都會影響威士忌的品質。

每個蒸餾器形狀大小、壺頸高度、加熱方式、林恩臂的角度等等,都會影響威士忌的品質。圖 / 格蘭奧德釀酒廠(Glen Ord Distillery),蘇格登提供。

另外,蒸餾器的材質也是關鍵。在煉金術時期主要使用陶器,隨著時間演進,現今主要使用具有絕佳延展性的銅金屬來製作蒸餾器。各有差異的蒸餾器高度、大小,酒汁與銅接觸時間、作用時間,讓每個酒廠做出的威士忌氣味皆具特色。蒸餾器使用的銅會和酒體反應,在化學作用中擔任催化劑,能除去酒體中不必要、具特殊氣味的化學分子。除了材質之外,各種精密調整也會影響酒體的風味,如「緩慢蒸餾」即是使用較高大的蒸餾器,靠著蒸餾師傅精密火侯控制,讓酒汁與蒸餾器接觸時間更長,酒汁會更加純淨,創造出威士忌獨特的醇順口感。

隨著蒸餾器高度、大小,酒汁與銅接觸時間、作用時間不同,讓每個酒廠做出的威士忌氣味皆有特色。圖 / 格蘭奧德釀酒廠(Glen Ord Distillery),蘇格登提供。

威士忌的誕生,這些事情也很重要

「再給我一杯威士忌。」我選了吧台後的一瓶酒,酒保露出一抹微笑:「好品味,這是麥芽威士忌。」

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看我隨著威士忌入喉而大發的解釋慾,朋友接著問:「在市面上看到很多種不同的威士忌,像是麥芽、調和、穀物等,這些有什麼不同嗎?」

當然不同!差別就在於美國、加拿大與英國製造威士忌時用的主要成份。北美地區的威士忌,主要以美國本土的玉米製成,最著名的玉米威士忌就是波本威士忌,其成分包含 51~80%的玉米,其他成分還包含裸麥、小麥及其他穀物,蒸餾後的酒精濃度不超過 80%,再放入新烘烤過的橡木桶熟成至少兩年。

而蘇格蘭與愛爾蘭地區的威士忌,主要以大麥為原料,蘇格蘭的威士忌有三大類,分別為「麥芽威士忌」、「穀物威士忌」以及「麥芽與穀物調和威士忌」。麥芽威士忌主要生產地點為蘇格蘭高地與群島地區,僅使用大麥製作,風味強烈而獨特;第二種穀物威士忌由多類穀物蒸餾而成,其中大麥比例僅佔10~15%,風味較淡雅;調合式威士忌則出現在 1860 年,由於經濟因素,在市面上比較常見,層次豐富,強調品牌風格及特色。

「什麼是熟成?是把酒放很久的意思嗎?」

講簡單一點是這樣沒錯,但儲酒可是一大學問喔!蒸餾後的酒體還相當粗糙,和水一樣無色,需再經一段時間讓其中成分完成化學作用;這時就需依據製作的酒種來決定製程。如伏特加類的白酒,可直接調味、裝瓶上市;而如威士忌、白蘭地棕色烈酒,則需注入木桶中,熟成數月到數年,才能在上市時,展露我們熟悉的顏色與風味。

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「木桶?為什麼一定要用木桶呢?」

木桶的學問可大了!用來熟成烈酒的木桶常用橡木,橡木樹幹中心的老木材由死亡細胞組成,這種木材擁有單寧酸等化合物,可以阻止昆蟲鑽孔。在製桶過程中,木材會經烘烤,依製酒種類決定烘烤時間,例如烈酒用的木桶烘烤時間就較葡萄酒用的長。當酒放入新製作完成的木桶後,酒液會與木桶作用,帶出風味與顏色;烘烤木桶賦予的風味物質來自於半纖維素降解物,會帶來類似焦糖、咖啡、棉花糖的香氣,而木質素降解物會帶出類似香草、奶油、巧克力、煙燻、丁香的多種香氣;另外炙燒木桶時形成的碳層,有助於酒液滲透萃取風味物質,並具有濾淨效果,促進風味熟成。另外,除了化學因素外,木材物理結構上的隙縫與空洞,也能讓酒吸收所需的少量氧氣,靠著科學熟成一桶好酒。

格蘭奧德釀酒廠(Glen Ord Distillery)的木桶同時使用美國波本桶與歐洲雪莉桶。圖 / 蘇格登提供。

一瓶好的威士忌,經過重重程序:從精心挑選大麥穀物、水質、酵母等原料,到嚴格控管釀製器材、溫度、與時間,每個步驟都千錘百鍊。就像我們的友情……

「說得好!為了我們的友情,今天這攤就給你請啦!最後一杯,敬你!」

不是吧!我講了那麼久,都你們在喝耶!我看還是把我們的友情放回木桶,繼續熟成好了。

用知識品酒更有韻味:歡迎參加蘇格登品酩會

參考資料

  • Harold McGee著,蔡承志譯,《食物與廚藝:麵食、醬料、甜點、飲料》,大家出版,2010年。
  • 宮崎正勝著,陳柏瑤譯,《酒杯裡的世界史》,遠足文化,2016年。
  • Adam Rogers 著,丁超譯,《酒的科學:從發酵、蒸餾、熟陳至品酩的醉人之旅》,商周出版 ,2016年。
  • 邱德夫著,《威士忌學》,寫樂文化,2018年。
  • 王鵬著,《蘇格蘭威士忌品飲與風味指南》,聯經出版,2018年。

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揭密突破製程極限的關鍵技術——原子層沉積
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/08/30 ・3409字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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本文由 ASM 委託,泛科學企劃執行。 

以人類現在的科技,我們能精準打造出每一面牆只有原子厚度的房子嗎?在半導體的世界,我們做到了!

如果將半導體製程比喻為蓋房子,「薄膜製程」就像是在晶片上堆砌層層疊疊的磚塊,透過「微影製程」映照出房間布局 — 也就是電路,再經過蝕刻步驟雕出一格格的房間 — 電晶體,最終形成我們熟悉的晶片。為了打造出效能更強大的晶片,我們必須在晶片這棟「房子」大小不變的情況下,塞進更多如同「房間」的電晶體。

因此,半導體產業內的各家大廠不斷拿出壓箱寶,一下發展環繞式閘極、3D封裝等新設計。一下引入極紫外曝光機,來刻出更微小的電路。但別忘記,要做出這些複雜的設計,你都要先有好的基底,也就是要先能在晶圓上沉積出一層層只有數層原子厚度的材料。

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現在,這道薄膜製程成了電晶體微縮的一大關鍵。原子是物質組成的基本單位,直徑約0.1奈米,等於一根頭髮一百萬分之一的寬度。我們該怎麼精準地做出最薄只有原子厚度,而且還要長得非常均勻的薄膜,例如說3奈米就必須是3奈米,不能多也不能少?

這唯一的方法就是原子層沉積技術(ALD,Atomic Layer Deposition)。

蓋房子的第一步是什麼?沒錯,就是畫設計圖。只不過,在半導體的世界裡,我們不需要大興土木,就能將複雜的電路設計圖直接印到晶圓沉積的材料上,形成錯綜複雜的電路 — 這就是晶片製造的最重要的一環「微影製程」。

首先,工程師會在晶圓上製造二氧化矽或氮化矽絕緣層,進行第一次沉積,放上我們想要的材料。接著,為了在這層材料上雕出我們想要的電路圖案,會再塗上光阻劑,並且透過「曝光」,讓光阻劑只留下我們要的圖案。一次的循環完成後,就會換個材料,重複沉積、曝光、蝕刻的流程,這就像蓋房子一樣,由下而上,蓋出每個樓層,最後建成摩天大樓。

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薄膜沉積是關鍵第一步,基底的品質決定晶片的穩定性。但你知道嗎?不只是堆砌磚塊有很多種方式,薄膜沉積也有多樣化的選擇!在「薄膜製程」中,材料學家開發了許多種選擇來處理這項任務。薄膜製程大致可分為物理和化學兩類,物理的薄膜製程包括蒸鍍、濺鍍、離子鍍、物理氣相沉積、脈衝雷射沉積、分子束磊晶等方式。化學的薄膜製程包括化學氣相沉積、化學液相沉積等方式。不同材料和溫度條件會選擇不同的方法。

二氧化矽、碳化矽、氮化矽這些半導體材料,特別適合使用化學氣相沉積法(CVD, Chemical Vapor Deposition)。CVD 的過程也不難,氫氣、氬氣這些用來攜帶原料的「載氣」,會帶著要參與反應的氣體或原料蒸氣進入反應室。當兩種以上的原料在此混和,便會在已被加熱的目標基材上產生化學反應,逐漸在晶圓表面上長出我們的目標材料。

如果我們想增強半導體晶片的工作效能呢?那麼你會需要 CVD 衍生的磊晶(Epitaxy)技術!磊晶的過程就像是在為房子打「地基」,只不過這個地基的每一個「磚塊」只有原子或分子大小。透過磊晶,我們能在矽晶圓上長出一層完美的矽晶體基底層,並確保這兩層矽的晶格大小一致且工整對齊,這樣我們建造出來的摩天大樓就有最穩固、扎實的基礎。磊晶技術的精度也是各公司技術的重點。

雖然 CVD 是我們最常見的薄膜沉積技術,但隨著摩爾定律的推進,發展 3D、複雜結構的電晶體構造,薄膜也開始需要順著結構彎曲,並且追求精度更高、更一致的品質。這時 CVD 就顯得力有未逮。

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並不是說 CVD 不能用,實際上,不管是 CVD 還是其他薄膜製程技術,在半導體製程中仍占有重要地位。但重點是,隨著更小的半導體節點競爭愈發激烈,電晶體的設計也開始如下圖演變。

圖/Shutterstock

看出來差別了嗎?沒錯,就是構造越變越複雜!這根本是對薄膜沉積技術的一大考驗。

舉例來說,如果要用 CVD 技術在如此複雜的結構上沉積材料,就會出現像是清洗杯子底部時,有些地方沾不太到洗碗精的狀況。如果一口氣加大洗碗精的用量,雖然對杯子來說沒事,但對半導體來說,那些最靠近表層的地方,就會長出明顯比其他地方厚的材料。

該怎麼解決這個問題呢?

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CVD 容易在複雜結構出現薄膜厚度不均的問題。圖/ASM

材料學家的思路是,要找到一種方法,讓這層薄膜長到特定厚度時就停止繼續生長,這樣就能確保各處的薄膜厚度均勻。這種方法稱為 ALD,原子層沉積,顧名思義,以原子層為單位進行沉積。其實,ALD 就是 CVD 的改良版,最大的差異在所選用的化學氣體前驅物有著顯著的「自我侷限現象」,讓我們可以精準控制每次都只鋪上一層原子的厚度,並且將一步驟的反應拆為兩步驟。

在 ALD 的第一階段,我們先注入含有 A 成分的前驅物與基板表面反應。在這一步,要確保前驅物只會與基板產生反應,而不會不斷疊加,這樣,形成的薄膜,就絕對只有一層原子的厚度。反應會隨著表面空間的飽和而逐漸停止,這就稱為自我侷限現象。此時,我們可以通入惰性氣體將多餘的前驅物和副產物去除。在第二階段,我們再注入含有 B 成分的化學氣體,與早已附著在基材上的 A 成分反應,合成為我們的目標材料。

透過交替特殊氣體分子注入與多餘氣體分子去除的化學循環反應,將材料一層一層均勻包覆在關鍵零組件表面,每次沉積一個原子層的薄膜,我們就能實現極為精準的表面控制。

你知道 ALD 領域的龍頭廠商是誰嗎?這個隱形冠軍就是 ASM!ASM 是一家擁有 50 年歷史的全球領先半導體設備製造廠商,自 1968 年,Arthur del Prado 於荷蘭創立 ASM 以來,ASM 一直都致力於推進半導體製程先進技術。2007 年,ASM 的產品 Pulsar ALD 更是成為首個運用在量產高介電常數金屬閘極邏輯裝置的沉積設備。至今 ASM 不僅在 ALD 市場佔有超過 55% 的市佔率,也在 PECVD、磊晶等領域有著舉足輕重的重要性。

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ASM 一直持續在快速成長,現在在北美、歐洲、及亞洲等地都設有技術研發與製造中心,營運據點廣布於全球 15 個地區。ASM 也很看重有「矽島」之稱的台灣市場,目前已在台灣深耕 18 年,於新竹、台中、林口、台南皆設有辦公室,並且在 2023 年於南科設立培訓中心,高雄辦公室也將於今年年底開幕!

當然,ALD 也不是薄膜製程的終點。

ASM 是一家擁有 50 年歷史的全球領先半導體設備製造廠商。圖/ASM

最後,ASM 即將出席由國際半導體產業協會主辦的 SEMICON Taiwan 策略材料高峰論壇和人才培育論壇,就在 9 月 5 號的南港展覽館。如果你想掌握半導體產業的最新趨勢,絕對不能錯過!

圖片來源/ASM

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美國將玉米乙醇列入 SAF 前瞻政策,它真的能拯救燃料業的高碳排處境嗎?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/09/06 ・2633字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 美國穀物協會 委託,泛科學企劃執行。

你加過「酒精汽油」嗎?

2007 年,從台北的八座加油站開始,民眾可以在特定加油站選加「E3 酒精汽油」。

所謂的 E3,指的是汽油中有百分之 3 改為酒精。如果你在其他國家的加油站看到 E10、E27、E100 等等的標示,則代表不同濃度,最高到百分之百的酒精。例如美國、英國、印度、菲律賓等國家已經開放到 E10,巴西則有 E27 和百分之百酒精的 E100 選項可以選擇。

圖片來源:Hanskeuken / Wikipedia

為什麼要加酒精呢?

單論玉米乙醇來說,碳排放趨近於零。為什麼呢?因為從玉米吸收二氧化碳與水進行光合作、生長、成熟,接著被採收,發酵成為玉米乙醇,最後燃燒成二氧化碳與水蒸氣回到大氣中。這一整趟碳循環與水循環,淨排放都是 0,是個零碳的好燃料來源。

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圖片來源:shutterstock

當然,我們無法忽略的是燃料運輸、儲藏、以及製造生產設備時產生的碳足跡。即使如此,美國農業部經過評估分析,2017 發表的報告指出,玉米乙醇生命週期的碳排放量比汽油少了 43%。

「玉米乙醇」納入 SAF(永續航空燃料)前瞻性指引的選項之一

航空業占了全球碳排的 2.5%,而根據國際民用航空組織(ICAO)的預測,這個數字還會成長,2050 年全球航空碳排放量將會來到 2015 年的兩倍。這也使得以生質原料為首的「永續航空燃料」SAF,開始成為航空業減碳的關鍵,及投資者關注的新興科技。

只要燃料的生產符合永續,都可被歸類為 SAF。目前美國材料和試驗協會規範的 SAF 包含以合成方式製造的合成石蠟煤油 FT-SPK、透過發酵與合成製造的異鏈烷烴 SIP。以及近年討論度很高,以食用油為原料進行氫化的 HEFA,以及酒精航空燃料 ATJ(alcohol-to-jet)。

圖片來源:shutterstock

每種燃料的原料都不相同,因此需要的技術突破也不同。例如 HEFA 是將食用油重新再造成可用的航空燃料,因此製造商會從百萬間餐廳蒐集廢棄食用油,再進行「氫化」。

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就引擎來說,我們當然也希望用到穩定的油。因此需要氫化來將植物油轉化為如同動物油般的飽和脂肪酸。氫化會打斷雙鍵,以氫原子佔據這些鍵結,讓氫在脂肪酸上「飽和」。此時因為穩定性提高,不易氧化,適合保存並減少對引擎的負擔。

至於酒精加工為酒精航空燃料 ATJ 的流程。乙醇會先進行脫水為乙烯,接著聚合成約 6~16 碳原子長度的長鏈烯烴。最後一樣進行氫化打斷雙鍵,成為長鏈烷烴,性質幾乎與傳統航空燃料一模一樣。

ATJ 和 HEFA 雖然都會經過氫化,但 ATJ 的反應中所需要的氫氣大約只有一半。另外,HEFA 取用的油品來源來自餐廳,雖然是幫助廢油循環使用的好方法,但供應多少比較不穩定。相對的,因為 ATJ 來源是玉米等穀物,通常農地會種植專門的玉米品種進行生質乙醇的生產,因此來源相對穩定。

但不論是哪一種 SAF,都有積極發展的價值。而航空業也不斷有新消息,例如阿聯酋航空在 2023 年也成功讓波音 777 以 100% 的 SAF 燃料完成飛行,締下創舉。

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圖片來源:shutterstock

汽車業也需要作出重要改變

根據長年推動低碳交通的國際組織 SLoCaT 分析,在所有交通工具的碳排放中,航空業佔了其中的 12%,而公路交通則占了 77%。沒錯,航空業雖然佔了全球碳排的 2.5%,但真正最大宗的碳排來源,還是我們的汽車載具。

但是這個新燃料會不會傷害我們的引擎呢?有人擔心,酒精可能會吸收空氣中的水氣,對機械設備造成影響?

其實也不用那麼擔心,畢竟酒精汽油已經不只是使用一、二十年的東西了。美國聯邦政府早在 1978 就透過免除 E10 的汽油燃料稅,來推廣添加百分之 10 酒精的低碳汽油。也就是說,酒精汽油的上路試驗已經快要 50 年。

有那麼多的研究數據在路上跑,當然不能錯過這個機會。美國國家可再生能源實驗室也持續進行調查,結果發現,由於 E10 汽油摻雜的比例非常低,和傳統汽油的化學性質差異非常小,這 50 年來的車輛,只要符合國際標準製造,都與 E10 汽油完全相容。

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解惑:這些生質酒精的來源原料是否符合永續的精神嗎?

在環保議題裡,這種原本以為是一片好心,最後卻是環境災難的案例還不少。玉米乙醇也一樣有相關規範,例如歐盟在再生能源指令 RED II 明確說明,生質乙醇等生物燃料確實有持續性,但必須符合「永續」的標準,並且因為使用的原料是穀物,因此需要確保不會影響糧食供應。

好消息是,隨著目標變明確,專門生產生質酒精的玉米需求增加,這也帶動品種的改良。在美國,玉米產量連年提高,種植總面積卻緩步下降,避開了與糧爭地的問題。

另外,單位面積產量增加,也進一步降低收穫與運輸的複雜度,總碳排量也觀察到下降的趨勢,讓低碳汽油真正名實相符。

隨著航空業對永續航空燃料的需求抬頭,低碳汽油等生質燃料或許值得我們再次審視。看看除了鋰電池車、氫能車以外,生質燃料車,是否也是個值得加碼投資的方向?

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葡萄酒變酸了?這可不能忍!巴斯德揪出「乳酸菌」,成功拯救法國的釀酒業──《厲害了,我的生物》
聚光文創_96
・2022/09/12 ・2154字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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。

巴斯德(Louis Pasteur)被譽為微生物學的奠基者,也是研發出狂犬病疫苗的科學家。圖/Wikipedia

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)。

乳酸菌平常也許是不錯的東西,但要是跑到酒裡面可就不好了。圖/envatoelements

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!

感謝巴斯德讓我們今天能喝到沒有壞掉的酒。圖/聚光文創

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。

不曉得大家小時候有沒有養過蠶寶寶呢?圖/envatoelements

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。

大家努力待在家防疫的時候也別忘了記得動一動。圖/聚光文創

──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。

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聚光文創_96
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據說三人出版社就算得上中型規模,也許是島嶼南方太過溫暖,我們對出版業的寒冬始終抱持著浪漫與天真。 作者們說,出版市場很艱困,但我們依然想在翻譯領軍的文學市場中,為本土的作者、原創故事發聲。 喜歡做為升學孩子減輕壓力的書,不要厚重百科類型、沒有艱澀的專有名詞,很多重大發現的背後故事更值得我們好好品味。