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【菠萝科学奖】化学奖:5000年前“国产啤酒”,可能还挺好喝的
#化学


获奖团队:

斯坦福大学王佳静团队

 

中国人在5000年前就喝上啤酒了[1]。考古学家在陕西省米家崖发现5000年前中国人酿造啤酒的证据。科学家已经“解码”了配方,准备和酿酒公司复原这款上古精酿了。期待吗?是不是有点小激动呢?

对不起,并没有。

首先,科学家们解码的,不是酿造的配方,而是这款上古啤酒的配料表。这还得归功于酿酒原料中的淀粉。你也许知道淀粉是植物储存能量的重要物质,但是你知道吗?不同的植物的淀粉还有着不同的颗粒结构。下面就是笔者临时拍摄的几种日常食物的淀粉颗粒。

燕麦颗粒。部分淀粉颗粒因为碾碎发生破损(拍摄:方亦午)

饱满而有光泽的土豆淀粉颗粒(拍摄:方亦午)

小麦淀粉颗粒(拍摄:方亦午)

考古工作者正是利用不同植物淀粉粒的形态差异,推测出米家崖上古啤酒的酿造都用到了哪些植物。科学家在米家崖发掘出的瓶瓶罐罐上找到了541种淀粉粒,对这些淀粉粒进行比对,就得出了大致的原料配比:28.6%的麦类,28.5%的糜子,23.7%的薏苡,5.7%的块茎作物, 3%的丝瓜根等。但这时科学家还无法确定这28.6%的麦类是大麦还是小麦,因为这两者的淀粉颗粒在形态上是比较接近的,难以区分。不过,还有别的办法——利用植硅体的形态来确认大麦成分。

植硅体又是什么呢?在农村的小伙伴们一定有被水稻或者小麦这类禾本科植物叶子划破手的经历。在禾本科植物的上下表皮外,分布着沉积形成的硅质化大分子(就像穿了一件薄薄的锁子甲)。这类含硅的物质往往坚挺异常(说的就是你,水晶)。这类硅晶体在不同植物中具有不同的形态,可用于鉴别不同植物,自然而然地也就成为了生物考古的宠儿。

确定了配方,想证明这是啤酒还需要验证一个重要的环节——发酵。直接把这些放到水中最多只能算谷物饮料(如果算得上是饮料的话)。没有发酵,没有酒精的产生,那肯定不能称得上是酒。如何证明这些5000年前的液体经历过发酵活动呢?好在在啤酒发酵的过程中会产生一种重要的物质:“啤酒石”,被认为是麦类发酵的一个标志物[2]

那么啤酒石又是什么呢?就是啤酒也会“结石”啦。 植物中草酸的含量颇高,比较著名的就是菠菜、苋菜。麦芽里也含有大量的草酸。这些草酸在发酵和储藏过程中容易与罐内的钙离子反应,形成草酸钙沉积在容器底部。尤其在大量使用陶器的年代,更容易产生这种沉淀。在美索不达米亚米亚平原上出土的一个公元前4000年乌鲁克晚期的陶罐中,就发现过 “啤酒石”的存在[3]。即便在啤酒酿酒工艺相对成熟的今天,陶罐大都换成了不锈钢罐,但是这些“啤酒石”还是会在生产过程中出现。

恩,这样差不多可以算是一款啤酒了。不过,站在一个啤酒发烧友的角度,味道是我们最关心的。来大胆预测一下,这款酒,酒体浑浊,酸味明显,带有轻微的甜味,酒精度不会太高而且没有什么苦味,完全没有气泡。是不是和我们常喝的啤酒完全不同?

首先,酒体为什么会浑浊呢?虽然古埃及人就已经会使用吸管来吸取上层清澈酒体,但和现在的过滤技术相比还是较为原始,浑浊是无可避免的。而且这款啤酒中并没有使用啤酒花,也就无法利用啤酒花中富含的多酚物质来澄清酒体。所以,一直到很多年之后,还是“一壶浊酒喜相逢”。

古埃及壁画中所描绘的埃及人使用吸管饮用啤酒(图:Bildarchiv Preussischer Kulturbesitz|BiblicalArchaeology.org)

关于酸味,这里不得不先来插入一段啤酒的分类标准,三大类:上发酵型酵母的啤酒统称为艾尔(Ales),;使用下发酵型酵母的啤酒统称为拉格(Lagers);以及,按照发酵方式,很多分类体系还会允许第三个类别,叫做自然发酵型啤酒。没错,5000年前那个时候的发酵模式就应该是这种自然发酵的类型。

请不要小看这种发酵模式。在比利时首都布鲁塞尔,酿酒师依旧延用这种发酵方式制作着一种相当酸的啤酒——拉比克(Lambic)。

布鲁塞尔著名的Cantillon酒厂,该厂酿造的Lambic风格啤酒异常出色,图中可以看到这个冷却室的窗户敞开着,让空气中的各种微生物肆意发挥他们的创造力(图:The Ale in Kaleigh)

这类啤酒通常会有酵母菌(Saccharomyces spp.),酒香酵母菌(Brettanomyces spp.),甚至乳酸杆菌(Lactobacillus spp.)等多种微生物参与发酵,也会带有诸如霉味,纸版味等复杂的风味,不过主体的酸味是非常明显的。如同多个艺术家在同一副画上进行创作一般。

至于为何会有甜味呢?这多是由于受当时酿造技术的限制,糖类无法完全发酵,残留在酒中的糖分就会带来甜味(想想酒酿/醪糟)。酒精是糖类在微生物的发酵作用下的主要产物,基于这款啤酒中的糖类只有部分发酵,那么我们也可以自然地联想到这种酒的酒精度一定不会太高了(再想想酒酿/醪糟)。同时期的古埃及人也只能酿出大约3度的啤酒(虽然已经比青岛,雪花的度数都要高了)。因为相对较低的发酵度以及缺乏过滤技术,这种啤酒中富含多种营养物质。在当时,啤酒不仅仅是一种饮料,甚至是一种流通的货币。我们可能无法弄清聪明的埃及人是如何用来建造吉萨金字塔的,但是至少知道造这座金字塔的酬劳是8700多万升啤酒,这个量足够填满39个奥运会标准的游泳池。

彼得博鲁盖尔描绘中世纪农民日常生活的作品中能见到这种开放的啤酒酿造方式(图:Wikipedia)

另外一点就是啤酒的另一灵魂——苦味。为什么说用这个配方的做出来的啤酒几乎没有什么苦味呢?秘密就在——那时没有啤酒花(给你一个传送门http://www.guokr.com/blog/88026/)。啤酒花中含有一个重要的物质(葎草酮),平时它是没有什么苦味的,一旦煮沸一段时间,它就会发生异构,此时即会产生苦味[4]。在某些啤酒中,譬如印度淡色艾尔(India Pale Ale),这类风格的啤酒往往会加入3倍量的啤酒花来进行酿造,最后制作出来的啤酒就会拥有非常浓郁的酒花香,苦度通常也会较高(红色才是三倍速)。

啤酒花被煮沸时发生的葎草酮异构化异构反应。啤酒的苦味就源自这个反应的产物。(图:Wikipedia)

最后一点就是气泡了,气泡作为衡量现代啤酒好坏的重要指标,可惜在这款啤酒里是找不到的。现代啤酒酒的制作工艺中通常使用灌装时充入气体(二氧化碳或氮气),或者在啤酒中罐装前加入糖类然后加盖密封,通过酵母的二次发酵产生二氧化碳。但在当时的条件下,不论从盛酒的容器,还是技术上都很难达到有效的密封来留着二氧化碳。所以我们这里大胆推测5000年的前的啤酒缺少了那种令人舒爽的气泡,留下不少遗憾。

这样的一款酸酸甜甜的“啤酒”对我们中国古人来说意味着什么呢?通常认为,原产于西亚的大麦小麦通过河西走廊进入了中原地区,根据先前对甘肃东灰山出土的碳化大麦,小麦种子的碳14测定推测出中国大概在4000年前开始种植小麦[5]。此次发现,将大麦引入中国的时间再度提前了。从我国渊源的酿酒文化历史来看,这种啤酒的酿造很可能是我们对于不同酒的配方的伟大尝试。从距今9000年历史的贾湖遗址中发现的使用大米,蜂蜜,山楂和山葡萄来进行酿酒[6],再到距今5000年的米家崖先人加入大麦来进行酿酒,我不得不对于这种对于酒的配方的不断摸索以及酿造出来的作品说一句:我先干为敬!(编辑:明天)

参考文献

  1. Wang, J.J., Liu, L. Ball, T., Yu, L.J., Li, Y.Q. & Xing, F.L. (2016). Revealing a 5,000-y-old beer recipe in China. The Proceedings of the National Academy of Sciences USA 113, 6444-6448.
  2. Biers, W.R. & McGovern, P.E. (1990). Organic Contents of Ancient Vessels Materials Analysis and Archaeological Investigation. Masca, University of Pennsylvania Museum. P.80.
  3. Michel, R.H., McGovern, P.E. & Badler, V.R. (1992). Chemical evidence for ancient beer. Nature 360, 24.
  4. De Keukeleire, D. (2000). Fundamentals of Beer and Hop Chemistry. (2000). Química Nova 23,108-112.
  5. Flad, R., Liu, S.C., Wu, X.H. & Zhao, Z.J. (2010). Early wheat in China: Results from new studies at Donghuishan in the Hexi Corridor. The Holocene 20, 955-965.
  6. McGovern, P.E., Zhang, J.Z., Tang, J.G., Zhang, Z.Q., Hall, G.R., Moreau, R.A., Nunez, A., Butrym, E.D., Richards, M.P., Wang, C.S., Cheng, G.S., Zhao, Z.J. & Wang, C.S. (2004). Fermented beverages of pre- and proto-historic China. The Proceedings of the National Academy of Sciences USA 101, 17593-17598.

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