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說到釀酒,酵母比釀酒師更重要?|《看得見與看不見的多樣性》系列講座

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2020/12/31 ・5391字 ・閱讀時間約 11 分鐘

本文與國立臺灣科學教育館、臺灣大學創新設計學院以及大學PLUS計畫辦公室合作

《看得見與看不見的多樣性:發酵、科學、微生物》系列講座以「發酵文化」出發,邀請不同專業領域的研究者與實務工作者對談,探索其如何交織於地方自然環境條件、農作型態與飲食文化。

文字紀錄 / Der
文字編修 / 泛科學編輯部

夏天到了,來杯啤酒吧!綿密泡沫搭配清爽的麥香,一飲而下,瞬間冰涼消暑(未成年請勿飲酒喔)。但你有思考過是「誰」釀了啤酒呢?是工廠、釀酒師,還是酵母?

這次「說到釀酒,酵母比釀酒人重要」講座,邀請到臺大生技中心的沈湯龍老師,以及臺灣啤酒品牌禾餘麥酒的創辦人陳相全 (Robert),來分享微生物在啤酒中的重要性,發酵過程中的秘密,以及如何運用發酵,重新詮釋臺灣作物的價值與特色。

認識發酵的主角:酵母菌

說到「發酵」,就不能不提到酵母。酵母屬於真菌界,因會產生特殊構造的有性胞子,因此被分類為「子囊菌」。屬於酵母菌綱、酵母菌目、酵母菌科,之下包含十多種不同的屬,以及 500 種以上的酵母菌,其中最常見於發酵食品產業的便是「Saccharomyces cerevisiase」,又稱「出芽酵母」(budding yeast)。

酵母通常為球形或卵形,為含有細胞核的單細胞真核生物、具有細胞壁,還有其他胞器如粒線體,能夠利用外面環境中的醣,代謝生產能量;其生長過程會先出芽、分裂再慢慢長大。「酵母為無性繁殖,可不斷進行細胞分裂,釀酒過程中,這些酵母菌可快速生長,細胞就是生化工廠,幫我們製造需要的代謝產物。」沈湯龍老師說,於是人類便利用酵母的特性,在某些特殊條件下進行操作以獲得像是酒精等所需要的產品。

不過,在特殊環境下,酵母菌也會進行減數分裂,類似像精卵子,在酵母菌上被稱作 a 與 α,可以產生基因性狀不一樣的後代。

酵母菌的生長史。圖 / 沈老師簡報重繪。

出芽酵母小檔案

  • 學名:Saccharomycetes cervesiviae
  • 俗稱:出芽酵母(budding yeast)、啤酒酵母
  • 型態:球型或卵型
  • 大小:2-10 微米 (um, 10-6 m)
  • 基因體:單倍體 (N) 或是雙倍體 (2N);1200萬個鹼基,構成 16 組染色體,含有約 6000 個基因
  • 繁殖方式:無性出芽生殖或是有性生殖(a 和 α 單倍體孢子結合成 2N)

釀酒、美容、科學研究,酵母菌的多元應用

酵母有各式各樣的應用,除了本場講座的主題「釀酒」的酒精以外,還有麵包、起司,甚至生質能源的原料。而在生醫相關領域,酵母菌本身不只可以當成益生菌,其代謝產物也能夠抗氧化,讓人類皮膚有光澤,製作成美容保養的產品。「酵母能夠產生維他命 B 群、蛋白質、必需胺基酸,甚至吸收微量元素,來補充人類身體需要的微量元素。」沈湯龍老師補充說,「科學家也會利用它們當作模式生物,來研究遺傳學、分子生物學與遺傳工程等研究。」

1996 年是酵母菌在科學上的重要里程碑,《SCIENCE》期刊發表了首次將真核生物體的全基因體定序的論文,透過分析酵母菌,從基因分子角度來了解遺傳。

「酵母菌、釀酒酵母共有 1200 萬個 DNA 序列,構成 16 組染色體,包含 6275 個基因。比對後,我們知道有 31% 與人類同源,變成很好的科學研究模型,能夠透過酵母菌了解人類細胞如何運作。」沈湯龍老師解釋,「有了這個資料庫,我們能根據酵母的生化反應,透過遺傳工程來操弄,使某些基因大量表現或關掉,來達成想要的目的。」

酵母菌的DNA。圖/Saccharomyces Genome Database | SGD

歷史悠久的酵母菌魔法:啤酒

接著來到今天的重頭戲,酵母菌的重要應用 — 啤酒。啤酒不是新的技術,早在西元前 2000 年,埃及金字塔中就有酵母的記錄,而『甕』裡面可能就是當初的釀酒工具或產品。波西米亞也出土許多釀酒相關器皿,前陣子還發現一醰像酒的古物。到了中世紀,修道院為生存,開始釀製與販賣啤酒,早期的分工多為女性釀酒、男性透過飲酒提升精神,去從事工作。

18 至 19 世紀微生物學出現,科學家們發現了微生物的存在、可分離培養的特性,造成歐洲開始成立啤酒廠。到了 19 世紀中至末期,許多今日的知名啤酒品牌如海尼根,開始陸續成立。那啤酒是怎麼被釀出來的呢?

步驟大致如下圖:將麥芽烘烤與碾碎後,糖化萃取出糖並過濾麥汁,麥汁煮沸後加入啤酒花產生苦味,之後曝氣並冷卻,然後再次加入酵母菌發酵,然後根據每家酒廠不同的配方和酒種做二次發酵(備註:現在有許多酒廠不一定會做二次發酵)、調味,最後再次過濾啤酒就這樣誕生啦。

簡單的啤酒釀造過程。圖/沈老師簡報重製

除了大功臣酵母,啤酒的重要原料還有麥芽、提供苦味與香味的啤酒花以及水質。「啤酒使用的麥芽主要以大麥製成,產地多為澳洲、北美與歐洲。」沈湯龍老師進一步說明,「大麥不像小麥那樣適合當成人類主食,但是透過微生物的參與和幫助,製造出另一種風味,釀製出啤酒能使用。」

可再利用的釀酒副產物

如前面更提到,在使用酵母菌釀造啤酒的過程中,會產生酒精之外的副產物,現在已經有些廠商會將這些營養物質收集起來,進行再利用包含用於動物飼料、食品添加物等。

「這背後的意義也是本次主題想分享的,人類透過科學方式研究微生物,創造更多可能性。」沈湯龍老師說,「這次很高興有機會用科學學術的角度,跟大家分享日常生活中看得見、看不見的微生物,以及它們和我們究竟有什麼關係。」

禾餘麥酒:打造臺灣本土啤酒

了解酵母在釀造啤酒中的作用,更進一步地,來自禾餘麥酒的 Robert 要向大家分享,如何實際將這樣的發酵技術運用在產品當中。

Robert 在國外求學期間便有做啤酒的經驗,就讀研究所時,他思考創業方向,發現 1990~2000 年間臺灣的新創產業多為高科技、網路領域。「但是這些企業擁有影響力之後,和臺灣的連結是什麼呢?於是我們想到,或許農業才是真正適合的模式。」

禾餘麥酒是間以農業為主軸的啤酒公司,「feed the world」是所有農藝人的使命,亦是禾餘麥酒最重要的目的,欲走出屬於臺灣在地啤酒的路,讓啤酒不只是工廠製造出的產品,更能與臺灣文化結合。

臺灣啤酒市場中,眾人熟知的「台灣啤酒」佔 70%,其他品牌佔 30%,小型釀造僅約 1.7%。禾餘麥酒從中看見成長空間,希望能以生長於臺灣土地上的作物取代進口原料,重新詮釋啤酒這項舶來品,使其更有「臺灣味」。

禾餘麥酒與各地農改場合作,找出臺灣產出的啤酒常見原料,契作選用三個品種的本土小麥:台中選 2 號、台中 34 號、台中 35 號,以及兩種本土大麥:中興 1 號、中興 2 號。

「我們也希望推動友善種植,並保障農民權益,藉由真正把糧食作物的價值帶出來,才能讓這個產業存續下去,而不是一直在農田裡『種農舍』。」Robert 笑道。

Robert 提到近十年臺灣消費者越來越熟悉在地小麥,雖然佔小麥整體使用量仍很少,但讓大家有更多選擇,創造更多風味。圖片來源/Robert 簡報

使用友善土地、具在地特色的原料

Robert 提到,釀酒有許多不同的方式,例如德國就是十分嚴謹的民族,能夠控制發酵與製程中的各種因素。「我們研究了美國過去 10~20 年間的釀酒產業,其中一份尼爾森的調查就提到,『酒精濃度』不是最重要的,消費者還在意是否使用更多在地原料、是否為有機或原料相對健康,這些都是我們可以參考的價值。」

透過指導老師們的幫助,他們接觸許多臺灣田間小農,並找到種植條件符合想像、對土地友善的農民,獲得麥子之外的啤酒原料。包含友善種植、部分甚至可以做到有機栽種的晚崙西亞橙,青農回鄉種植的椪柑,以及原住民辛香料刺蔥。「刺蔥是臺灣原生種,本來就很野,不需要農藥也沒什麼病蟲害。」Robert 說。

不同國家的啤酒有自己釀造特色,如同比利時的啤酒會加入大量水果,禾餘麥酒也推出「越光米」特色的啤酒。Robert 說,剛好當時學校(臺大農藝系)跟臺南改良場合作,將日本越光米和臺農 11 號雜交,育種出臺南 16 號,團隊拿來與臺灣小麥(台中選 2 號)、臺灣在地椪柑一起釀造,創造帶有果酸與米甜的「丹橘月光」啤酒。

「大家覺得加了米的啤酒就很淡,但重點在於發酵方式,你怎麼使用原料和酵母,它也能很濃,可以有不同想像。」Robert 解釋。他將原料比喻為骨幹、栽培管理比喻為血肉,同樣品種的米在不同方式下,風味就會有所不同。禾餘麥酒期許自己能真正了解種植背景,把生命科學知識帶入田間,在產業中做出不同的商品。

在地原住民香料刺蔥風味的啤酒「刺蔥白玉」。圖片來源:Robert 簡報
使用臺灣小麥與越光米釀造的丹橘月光。圖片來源:Robert 簡報

不只是作物,還有文化

禾餘麥酒也將融入在地作物的理念直接放在啤酒包裝上,每一瓶啤酒都標示了產品的臺灣雜糧使用比例,除了讓消費者一目了然,也時刻提醒著自己。

「我們太仰賴國外進口,大家都生產最有效率的東西,啤酒確實是舶來品,在臺灣做並不是最有效率的。但是,藉由食品加工技術與科技的進步,我們會有更多可能,或許在不同嘗試下,啤酒在臺灣也能符合經濟效益。」

包裝之外,禾餘麥酒的品名同樣暗藏玄機,舉例一款命名為「硬紅春」的啤酒,其實來自小麥國際期貨的分類方式。「小麥按照軟硬、紅白、季節分類,消費者一看就知道我們使用了哪一種小麥!」Robert 解釋,「在地作物的特色不只是製作方式,也可以體現於意義上,像它就融入臺灣期貨交易文化。」

按照原料小麥命名的硬紅春啤酒。圖片來源:Robert 簡報

另外款「古早味紅茶啤酒」則融入臺灣特色飲品古早味紅茶,將其中的特殊風味「決明子」放入啤酒中。「我們一直希望叫它 taiwanese breakfast tea,是不是很洽當。」Robert 說,現場的人都不禁笑了出來而沈湯龍老師與主持人都笑了,「這就是文化上的結合,讓更多人知道我們的特色。」

討論到發酵,Robert 說釀酒的關鍵就是 feed the yeast,必須好好照顧酵母,妥善控制酸鹼值與溫度。「太酸不長、溫度太低也不會長!微生物最重要,要讓讓酵母有舒適、乾淨的環境。給它食物和溫度,它就會給你你要的酒精。」

另外,禾餘麥酒也對發酵有更多想像,以前面提到的「刺蔥白玉」啤酒為例,刺蔥屬於臺灣原生種,從微生物的角度來看應該會有酵母附著在上面,未來若能進行研究與分離,或許會發現臺灣自己的的特殊酵母。

最後 Robert 說,「土地的個個角落、意想不到的地方,都可能是文化聚集的表現。五們希望能找到更好方式,藉由啤酒為媒介,讓下一代不只是電子業,還有生物產業,甚至可以回到田間。」

靠天吃飯,一步步提升品質

在分享後的問答時間,線上參與者們紛紛提出好奇,首先討論的便是「如何維持精釀啤酒的品質」。

Robert 提到,他最近從書中讀到西班牙人早期製作雪莉酒的方式,當製作 7 年份的酒,會以 7 年或以上年份的酒去混;製作 9 年份的酒,則以 9 年或以上年份的酒來混合。「我們也有過類似狀況,當時遇到原料被無預警賣掉,因此拿前面兩年的作物和當年的混合。我不敢保證 10 年後嚐起來還能一樣,但至少消費者一年一年地喝,不會有太大差別。這和西班牙人做雪莉酒的邏輯相同,是為了達到產品一致性。」

那麼能不能透過少量試釀、或者科學方式調整呢?沈湯龍老師表示,啤酒的釀造過程牽動許多元素,包含原料組成、微生物中的酵素與多寡,較難以人工控制。「啤酒和本身農產的品質有極大相關,整個組合起來,很難說我了解每一個副產物、然後加進去,商業上也不划算。」

「就是原料的種植能耐,到底能不能達到那個品質。」Robert 補充,「這是使用臺灣原料最難的地方,畢竟我們的栽培面積很小,種植品質就會差異很大。」

接著也有參與者提問,發酵釀造從田間到工廠管理,都需要很多技術,是否會考慮種植「土地中的微生物」呢?

「要做土壤裡面的菌分類很麻煩,土壤學很複雜,土壤挖下去、拉起來,氧氣與壓力不同,條件就改變了。以我們現在可行的實驗方法,還較難完整看見土壤中的微生物狀況。」沈湯龍老師說。

他並提到,第二次綠色革命中美國人崇尚化學藥劑,然而過去 20 年人們的邏輯再度翻轉,現在大家越來越在意生物防治、環境賀爾蒙、昆蟲的費洛蒙等議題。「現在農業希望永續發展,我們與其他物種共存,並以誘導微生物幫忙的方式來達到目標。」

就目前的狀況而言,釀酒有部分仍需靠天吃飯,不過科學家、農業人員、釀酒師都持續在努力,隨著科技發展,未來肯定會越來越穩定。

身為消費者能做的,或許是擁抱這些不穩定與多樣性,就像 Robert 與沈湯龍老師最後所說,當大家能支持不同理念、技術的釀酒師與酒廠,才會出現更多面貌的產品,只要主原料的風味存在,多一些變化,也能讓我們的生活更加多彩繽紛。

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