酿酒的发酵原理

前几天在冰箱里发现了一瓶过期不久的葡萄汁。觉得丢了可惜，就在常温下多放了几天，结果发现瓶盖微微鼓了起来。当时我脑子里闪过一个念头：“这该不会变成酒了吧？”查了一下，发现还真有可能。将含糖饮料密封并在常温下久置，空气中的野生酵母进入后确实会引发自然发酵。当然，从卫生角度并不推荐这样做，但那一刻我很好奇：酵母到底是用了什么手段，才把糖分变成了酒精？而且是不是随便加点糖都能酿成酒呢？

将糖分转化为酒精，其实是酵母的一种呼吸方式

先说结论，对于酵母而言，发酵并不是什么了不起的化学魔法，而仅仅是它“在没有氧气时的呼吸方式”。人类通过氧气燃烧葡萄糖来获取能量，但酵母在缺氧环境下无法完全燃烧葡萄糖，只能进行不彻底的分解，而产物就是乙醇和二氧化碳。乙醇发酵是酵母等厌氧菌在缺氧环境下进行的一种代谢过程，每分解1摩尔葡萄糖，就会产生2摩尔乙醇和2摩尔二氧化碳。

这之所以重要，是因为发酵的初衷并不是酵母“想要酿酒”。在酵母看来，乙醇只是代谢后留下的废物。人们常误以为酵母可以在乙醇中生存，但作为单细胞生物，酵母根本无法在自己制造的乙醇中存活。乙醇对酵母来说是剧毒物质，酿造过程中投入的酵母最终都会全部死亡。死掉的酵母后来会被过滤成酒糟。为了生存而进行的活动最终却导致了自身的死亡，了解之后会觉得这事儿挺讽刺的。

发酵产生的气体就是那些泡沫。每一分子葡萄糖会产生两分子乙醇和两分子二氧化碳，正是这些二氧化碳形成了气泡和泡沫。气泡停止产生，意味着酒精浓度达到了极限导致酵母停止生长，或者酵母能利用的葡萄糖已经耗尽。酒缸上咕嘟咕嘟冒出的泡沫，其实正是酵母努力呼吸的证据。

为什么原材料会有局限性 — 有糖分才能开始

这里自然会引出一个问题：“那么，把任何材料发酵都能酿酒吗？”答案是既对也不对。酵母能吃的东西仅限于糖分。问题在于，世界上的材料有些直接含有糖分，而有些则是以淀粉的形式存在。

水果或蜂蜜本身就是糖分状态，加入酵母后会立即开始发酵。葡萄酒是用葡萄中的天然糖分发酵而成，苹果酒和梨酒则分别利用了苹果和梨中的天然糖分。蜂蜜酒（Mead）也是直接发酵蜂蜜中的天然糖分。这意味着只要有材料，酵母就会自动干活。

问题在于谷物。大米或大麦等谷物含有的是淀粉而非糖分，酵母无法直接利用。因为谷物含有的是糖的结合体——淀粉，所以无法直接发酵。因此，谷物酿酒总是需要多出一道工序。啤酒、威士忌、伏特加都是通过麦芽中的淀粉酶先将谷物淀粉转化为糖，然后再发酵这些糖分制成的。对于韩国传统酒来说，酒曲霉菌就承担了这一角色。

也就是说，“原材料的局限性”确实存在，但它更接近于“能否产生糖分”的局限。只要是糖分或能转化为糖的淀粉，理论上地球上几乎所有的碳水化合物材料都可以成为候选。牛奶也不例外，利用牛奶中的乳糖发酵制成的马奶酒（Airag）就是典型案例。

根本没放酵母，为什么葡萄会自动变成酒？

这里还有一个令人好奇的地方。古人根本不知道酵母的存在，是怎么酿出葡萄酒的呢？答案出奇简单：因为酵母原本就生活在葡萄皮上。葡萄皮上附着着密密麻麻的野生酵母，所以只要把熟透的葡萄捣碎放着，它就能利用葡萄里的糖分自动发酵。这就是葡萄酒的起源。根本不需要刻意添加酵母。葡萄干也是如此，葡萄干上也附着着酵母，有一种利用它制作天然发酵面包的方法，甚至在100年前，人们制作面包时还沿用着这种自然发酵过程。

有趣的是针对拉格啤酒所用酵母起源的研究。2011年的一项研究结果显示，拉格酵母的基因组与在南美巴塔哥尼亚采集的野生酵母有99%的吻合。推测认为，这种具备在寒冷地区发酵能力的野生酵母漂洋过海来到欧洲，与当地的艾尔酵母结合，才形成了现在的拉格酵母。换句话说，即便我们现在喝的啤酒所用的酵母，也是在某个时刻偶然从野外发现并被驯化的菌株。在人类理解发酵这一现象很久之前，酵母已经在自然界中做着这件事，人类只是察觉到了结果很美味，并不断重复这一过程罢了。

那么，发酵和腐败有什么区别呢？事实上，对于微生物来说，两者都是同一种代谢作用，化学上并没有太大区别。对人类有利的叫发酵，无用或有害的则叫腐败，这就是两者实质上的区分。意识到这点仅仅是一线之隔后，我不禁觉得，所谓的酒，不过是“偶然间以对人类有利的方向发生的微生物活动”。或许，最初的酒并不是发明，而是发现。

用牛奶也能酿酒是真的吗 — 艾拉克（Airag）展现的材料扩展性

蒙古的艾拉克（马奶酒）是讨论这个话题的绝佳案例。艾拉克不仅用马奶，还用牦牛、牛的奶，在戈壁地区甚至用骆驼奶制作。在山区多用牦牛奶，在沙漠地区多用骆驼奶——都是就地取材，利用当地最常见的乳糖供应源。材料虽然变了，但原理是一样的。微生物分解奶中的乳糖，同时产生酒精和酸。

不过，这样酿出的酒度数较低。因为乳糖发酵的效率不如谷物或水果发酵。蒙古游牧民族的马奶酒酒精含量在3%以下，口感偏酸。如果进行蒸馏，情况就不同了，将艾拉克蒸馏后可以制成酒精度约38度的“阿尔基（Arkhi）”，这被称为蒙古伏特加。虽然发酵能达到的度数有限，但也说明蒸馏这道后续工序可以再次突破这一极限。

在这一点上，我个人觉得相比“材料的局限”，对“温度和时间的局限”更感兴趣。同样的材料、同样的微生物，仅仅因为温度不同，结果竟会完全不同。

发酵酒度数无法超过18度的原因 — 酵母也会醉死在自己酿的酒里

回到最初的问题，为什么仅靠发酵，度数会有局限？答案讽刺地指向了酵母自身。酵母产生的乙醇本身对酵母就是毒素，浓度越高，酵母死得越多。

由于乙醇的毒性，随着酒精度数升至15度以上，酵母的生长变得缓慢，死亡的酵母也随之增加。正因如此，发酵酒的酒精度通常无法超过18度。虽然市面上确实有超过20%的高酒精啤酒，但通常达到18%左右时，大部分酵母菌就会因为酒中的酒精而死亡。尽管如此，市面上依然存在40%甚至60%的啤酒，这些高酒精啤酒据称是采用了不同于威士忌或伏特加的提纯方式。不是通过加热蒸馏，而是使用了其他浓缩技术，由于这部分在酿酒发烧友之间也存在争议，这里就不深入探讨了。

蒸馏酒通过完全不同的方式突破了这一极限。如果发酵无法提高度数，那就直接从发酵好的酒中通过物理手段提取酒精。水的沸点是100度，乙醇的沸点是78度，所以加热混合液时，乙醇会先气化。收集这些气体并冷却，就能得到比原发酵酒度数更高的酒。威士忌、伏特加、白兰地都是这个原理。可以说这是绕过了酵母的生物学局限，利用了化学和物理手段。

发酵温度也比想象中对结果影响更大。据说在低温下缓慢发酵，酵母存活时间更长，酒味也更好，这在清酒等高级酒中尤为重要。越是高级的清酒，越倾向于在低温（约15度）下延长发酵期，因为在低温下，挥发性芳香物质得以保留，从而提升酒的香气。实际研究也证实，随着发酵温度升高，乙醇生成速度确实加快，但最大细胞浓度和乙醇浓度反而呈下降趋势。也就是说，做得快产量就少，做得慢产量高且味道好——“欲速则不达”的原则在这里同样适用。

决定味道的或许不是材料，而是发酵条件

走到这一步，我最初对“材料局限”的疑问，倾向于认为那其实算不上什么局限。无论是糖分、淀粉还是乳糖，只要有微生物能分解的碳水化合物，理论上都能酿酒。真正的变量似乎更倾向于温度、时间和所使用的微生物菌株。

当然，这并非断言，如果是有深厚发酵化学或微生物学背景的专家，或许会从不同角度来看待。但至少对于“发酵酒为何无法超过18度”这一问题，能得到一个相对明确的答案，这让我觉得很有趣。一个关于酵母因自己的代谢废物而醉死，既感伤又好笑的原因。

那瓶葡萄汁最终还是没喝，直接扔掉了。好奇心虽然满足了，但卫生是另一码事。