酿酒发酵过程中,除了酵母,还有哪些微生物在偷偷发挥作用?

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不请自来,先表扬题主,恭喜你发现了精酿啤酒之所以成为「精酿」的华点!

当然啦,中华白酒、西洋葡萄酒、西洋烈酒等很多讲究前期发酵来决定酒香口感的酒类,也非常需要「其它微生物在酿造过程中的重要性」(Importance of Other Microorganisms in Brewing,这甚至是个专有表述)。

确切地说,包括题主在描述中提到,乳酸菌属(LAB)、野酵母大类(Wild Yeast),这 2 种类微生物会在酿酒酵母(Brewing Yeast)工作的同时,在特定环境里,全方位地参与、支持(也会提供一定的副作用)酿酒的有机化学反应。

酿酒发酵过程中,除了酵母,还有哪些微生物在偷偷发挥作用?
用现代技术酿造啤酒,无论精酿(Craft Beer)还是常规工业拉格,都少不了乳酸菌、野酵母的支持,并且可以比古代人更好地防御杂菌干扰

另外,醋酸菌(Acetobacter)虽然不会在酿酒的主体生态化反中正面参与,但它也会适度提供一系列的调节口味,并且会在发酵完成之后,充当一个警示信号——「是时候停止发酵了」。

闲话休提,且随鼠踏入酿酒环境这一奇妙的微生物世界吧~

乳酸菌种属:酵母是老大,我们就是老二

作为既能有氧呼吸,又能无氧呼吸的一类革兰氏阳性菌,乳酸菌大家族包括 43 个属、5 个门,数量极其庞大,绝大多数成员参与到人类健康生活的方方面面,当然,鼠类和更多的哺乳动物族群也高度需要乳酸菌的支持。

而在酿酒(Brewing)环节中,乳酸菌大家族「精选」了乳杆菌(Lactobacillus)、片球菌(Pediococcus)、明串珠菌(Leuconostoc)3 个属来助力人类(以及好酒的仓鼠、猩猩),其中又以片球菌属下的戊糖片球菌(P. Pentosaceus)作为「主将」。

酿酒发酵过程中,除了酵母,还有哪些微生物在偷偷发挥作用?
电子显微镜下的戊糖片球菌之 3D 模拟图。这玩意儿一般呈现球形,不耐热,微需氧,非常喜欢酸性环境,日常不是参与做泡菜,就是辅佐酿酒酵母去酿酒

而在白酒这一边,主要发酵工作开展之际,乳酸菌还会为芽孢杆菌属(Bacillus)让出发展空间,尤其是为大曲的先行陈化、酒醅的全面生态化反让路,让芽孢杆菌属(生产特定酯类)、真菌属(主要是霉菌大类)、葡萄球菌属等优势群落参与酒醅发酵工作,自个儿就转入了窖泥中的深层次生态化反。

酿酒发酵过程中,除了酵母,还有哪些微生物在偷偷发挥作用?
现代白酒窖池,在底部堆积窖泥的一般是酱香型白酒,浓香型白酒窖池里的窖泥在四壁也有,谓之泥窖,蕴藏着巨大量的微生物菌群

在窖泥深处,存在着真菌属的青霉菌群落,其中以罗克福青霉属(Roqueforti)为首占有决定性的优势数量,与乳酸菌大家族相辅相成。

嘛,初听「罗克福特青霉属」可能会觉着佶屈聱牙,不过只要知道这玩意儿是催生「著名」法国蓝纹奶酪「罗克福(Roquefort)」的主力真菌就行了。

酿酒发酵过程中,除了酵母,还有哪些微生物在偷偷发挥作用?
这就是罗克福蓝纹奶酪,原产 2000 年前的高卢,是今天法国的国宝级奶酪,上边儿的大块蓝绿点儿都是罗克福青霉菌的杰作

换言之,主要生成咸、酸、辛辣的风味。

等青霉菌群落差不多开始工作,酒醅、大曲的微生物群落也到位工作,这时节乳酸菌群落也开始助力。

以片球菌属为例子,它们喜爱酸性微需氧环境,在胃酸同等酸度液态环境里,还能悠哉悠哉,一边分解葡萄糖,一边生产苯乳酸与水,不释放二氧化碳,时不常用自个儿的 horA、horB 等抗酒花基因遨游于原始酒精之海,干扰一下酿酒酵母的工作速率——避免酵母分解过快,让别的微生物(尤其青霉属)赶不上趟。

同时,片球菌属会为啤酒提供较为浓烈的奶油香、偏高的酸度、柔和的苦度,为白酒提供短暂的甜度,避免它们的同族乳杆菌属、明串珠菌属一味盯着糖分发酵,结果产生了过量的乙酸,就不太好收场了。

酿酒发酵过程中,除了酵母,还有哪些微生物在偷偷发挥作用?
如果各位手头设备和物料足够,完全可以家酿啤酒(也算一种精酿),除了要定时控制生成气体,还要调节片球菌的含量,好在这玩意儿从泡菜汤水里就能提取进行培养

为避免同族变成啤酒、白酒腐败菌,片球菌属不得不拆东墙补西墙,尤其要借力霉菌属、芽孢杆菌属、野生酵母菌大类(下文会提到)来争夺糖源、减少同族(包括片球菌属本身)的生态环境份额,还要提防杂菌的入侵,比如危险的黄曲霉菌、白念珠菌之类。

相比之下,在白酒这边,乳酸菌参与酿酒的 3 个属就不必像啤酒发酵那边「手忙脚乱」,它们只需要依照各自特性,分解葡萄糖产生己酸、乙酸、辛酸、苯乙酸、苯乳酸等有机酸,然后由芽孢杆菌属、霉菌属的根霉与黑曲霉,来接力产生提供酒香味的酯类物质即可。

酿酒发酵过程中,除了酵母,还有哪些微生物在偷偷发挥作用?
图源泸州老窖“泥窖生香”示意图,鼠拿来暂时充当一下不同微生物群落参与酒发酵过程的讲解

而随着白酒原浆逐渐产生,酒精度不断提升,众多微生物会停止参与反应,唯有乳酸菌会工作到最后一刻,从而维持住白酒基本质量、酒体平衡性,直到酵母活性完全被高浓度酒精抑制,它们才会彻底停止辅助。

如此,白酒里的几十种独特香味就这么出来了,精酿啤酒里的甜香也是如此。

酿酒发酵过程中,除了酵母,还有哪些微生物在偷偷发挥作用?
图源本文延伸阅读部分的白酒微生物论文,上述列出的白酒香型基本上是微生物群落联合作战的成果

在浓香型白酒中,上述团结作战参与生态化反尤为突出,甚至在微生物群落种类上,能跟精酿啤酒打平手。

至于红酒嘛……很抱歉,在上述生态化反开始后不久,因为酿酒葡萄惊人的含糖量,酒精浓度提升更快,干掉了绝大多数参与酿酒微生物,基本剩下酵母、野生酵母、醋酸菌了,比白酒原浆还要无情。

至于精酿啤酒这边……生态化反工作还没结束,乳酸菌是平衡了,还有野生酵母呢。

野酵母大类:精酿啤酒最核心风味看我们心情

相比乳酸菌大类的「辛勤」,野酵母这边反应堪称「平淡」,毕竟在白酒、红酒、黄酒那边,它们一般不上台主动表演,但在酒精度相对低的啤酒这边儿……

它们要是不参与,那,精酿啤酒的味儿可能会比没酿好的醋还糟糕。

一般而言,野酵母大类包括 Brettanomyces(酒香酵母)、Wickerhamomyces(威克汉姆酵母)、Pichia(毕赤酵母)等,都是精酿师傅直挠头的酿酒风味微生物菌群。

酿酒发酵过程中,除了酵母,还有哪些微生物在偷偷发挥作用?
野生酵母“酒香酵母”示意图。这玩意儿在精酿圈子里昵称为 Bretty,别号“精酿圈的榴莲”,实际性格如脱缰的野马,非常难伺候

但如果控制得当,它们就不必被归入杂菌类。

比如脱胎自老式酸啤(Sour Beer)的精酿——兰比克啤酒(Lambic Beer),就是巧妙利用了过熟水果表面的酒香酵母(提供微腐败的酒味),让添加入啤酒的水果汁提供酸度、果香,融入精酿啤酒,带来明快的果味。

酿酒发酵过程中,除了酵母,还有哪些微生物在偷偷发挥作用?
在酒香酵母和乳酸菌的联手作战之下,兰比克啤酒呈现了更鲜明直观的色彩,泡沫也相当丰富,口感层次细腻

同理,从中世纪到现代,酸啤酿造师傅一直在研究如何掌控酒香酵母的含量,利用上文提到的片球菌来支援,就跟干预常规酿酒酵母的工作效率一样。

无奈的是,酒香酵母本质上是腐败菌,如野马般难以驾驭,生命强度也远远超过常规酿酒酵母,需要调和很多片球菌属才能压制它们的野性。

发展到后来,比利时人的 Orval 精酿最先摸索出来能利用酒香酵母的酿造配方,奠定了更小众精酿啤酒的出产基础。

酿酒发酵过程中,除了酵母,还有哪些微生物在偷偷发挥作用?
Orval 本来是比利时的修道院啤酒,历经千百年的打磨,修道士们终于搞出来专属的酿酒配方,利用酒香酵母做出来明快的酒色泽和丰富的泡沫,也开了利用酒香酵母的先河

独特的果酸、乳酸、窖酸甚至臭酸,都是酒香酵母的「杰作」。

有些酸啤酒、小众精酿那一股子劝退大多数新人的怪味儿,就已经是酒香酵母的「嘲讽」了:这都接受不了,还是走开吧。

与之相对,威克汉姆酵母属是出了名的「平淡微生物」,它们最早在我国白酒窖池中被提取,在乳酸菌属、常规酿酒酵母、霉菌属、芽孢杆菌属在窖池上层的酒醅里兵来将挡时,它们就懒懒呆在窖池下层,提供一些小而关键的生态化反,比如增加淀粉糖化性、促进酯类产生、瓦解下沉杂质。

但如果有醋酸菌来「求助」,那么威克汉姆酵母属就会上浮支援。

至于毕赤酵母属,它们会发现甲醇的产生,然后迅速出击「吃掉」之……平时也就不太参与工作。

酿酒发酵过程中,除了酵母,还有哪些微生物在偷偷发挥作用?
电镜下的毕赤酵母群落,这玩意儿是酵母大类与野生酵母大类中唯一一个能吃甲醇当作碳来源的,在蛋白质制取工作上有很大帮助,然后就是清理甲醇和一定的杂醇了

所以到最后,也就酒香酵母这一大类野酵母从头打到尾,最难伺候,一个没留神,它们就给精酿带来一股子小宝宝吐奶的怪味儿、或者苦药味儿,酒体也给弄得稀薄不堪,比最粗糙的工业拉格还稀薄。

但伺候好了,精酿就有了奇妙的香味……或者是好闻的怪味,如臭豆腐、榴莲之于人类。

酿酒发酵过程中,除了酵母,还有哪些微生物在偷偷发挥作用?
有野生酵母参与发酵的精酿通常色彩鲜明,较之其它啤酒透明度略高或低,泡沫也更丰富,口味嘛……也更多变

所以嘞,精酿师傅们能忍受酒香酵母、学着如何跟它们「友好」相处,而不是像隔壁的红酒师傅,在酿造完成后、灌装开始时,故意往红酒里添加二氧化硫,杀灭残留的野生酵母。

至于我国白酒这边,也得赶紧送去蒸馏罐,高温提取酒精、香味分子,避免野生酵母勾结醋酸菌捣乱。

醋酸菌种属:追求深度发酵虽好,可不要贪心哦

美中不足,好事多磨。——《红楼梦》

对于醋酸菌种属而言,在酿酒这个生态化反大工程的最后一步,添点儿「美中不足」是它们的常规操作了。

相比于乳酸菌,醋酸菌没有充足氧气就会完蛋,也不耐热,除了酒精,一无所爱,只要让它们在原浆酒里待一小会儿,那就麻烦了,必须赶紧往酒里兑食盐……但也只是一时之计,毕竟食盐多了酒风味就乱了。

白酒还好说,毕竟最终要送去高温蒸馏,但红酒就必须小心醋酸菌来捣乱,精酿啤酒也是。

酿酒发酵过程中,除了酵母,还有哪些微生物在偷偷发挥作用?
红酒开封之后如果长时间暴露于空气中(尤其是新酿的酒),就会招来醋酸菌捣乱,不过对人体无害,顶多是酒没法喝了

如前文所述,一部分野生酵母会协助醋酸菌大量繁殖,尤其是在原浆酒中沉淀杂质(大分子碳糖)较多、尚未精细过滤时,醋酸菌就会趁乱杀来,在原浆酒表面形成一层薄膜,大量吸取氧气来分化酒精。

红酒师傅最看不得这种情况,会立即上二氧化硫伺候,或者赶紧过滤干净。

不过之于小部分红酒、精酿师傅而言,醋酸菌的捣乱行为,是九九八十一难的最后一难,因为这时段酒的发酵工作还在深层次进行,为了获取更出色的香气,必须更殚精竭虑。

酿酒发酵过程中,除了酵母,还有哪些微生物在偷偷发挥作用?
深层次发酵在精酿圈子里其实也不算少见,尤其是放了咖啡豆之类辅料的品类,对杂菌尤其醋酸菌的警惕性就更高了

说起来,醋酸菌在这深层次发酵中,也有一定的参与技术含量……比如提供些微的甘酸度、跟毕赤酵母属密切配合、消去部分杂醇。

在黄酒、三花酒等米酒类发酵的尾声,醋酸菌更是参与深层次气味调节,提供中规中矩的微酸。

但绝大部分时间,它还是被清理掉要来得好。

随着现代技术进步,抽真空、隔绝空气加热等手段已经不新鲜,当然从一开始清洁好发酵罐周围环境也是很重要的,避免杂菌侵袭、干扰,从源头上清理干净,避免跟中世纪的酿酒师傅一样抱怨「昨天没拖地,这酒就出怪味儿了」。

酿酒发酵过程中,除了酵母,还有哪些微生物在偷偷发挥作用?
现代酿啤酒技术已经很靠谱了,尤其是清理杂菌技术领域

嘛,最后啰嗦一句……

如果题主不只是想写论文的话,还想进一步研究中规中矩酿酒、如何协调微生物群落的手段,那么鼠诚挚建议,本文可用于初步参考,细节知识请参考工具书。

逃~

延伸阅读

浓香型白酒酿造过程中微生物群落及其风味物质特征研究进展

Frontiers | The two faces of microorganisms in traditional brewing and the implications for no- and low-alcohol beers (涉猎广泛的好文)

wild yeast | The Oxford Companion to Beer | Craft Beer & Brewing

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