14

發酵的科學(三)小米酒

生活科學趣談

使用麴菌來釀酒大概是世界上最早利用微生物的例子,照片左方是小米麴,右方是酒麴。二者都含有米根黴,它是釀糧酒的重要黴菌之一(歐美釀酒則採用麥芽),常見於土壤與空氣中,釀酒主要是利用它所分泌的澱粉糖化酶,將澱粉轉化為葡萄糖或乳酸。由於它對酒精的耐受度不高,只要酒精度高於12%vol其活性會急劇下降,因此釀糧酒時如果酒甕中的酒精度已達12度,就必須再加水稀釋,否則澱粉就殘留而無法完全轉化。

釀造糯米酒或是酒釀是使用酒麴,小米酒則使用小米麴,二者的差別在於小米麴添加了可分解脂質與蛋白質的黑根霉、葡枝根霉,因此能快速分解小米的米糠層,進而讓內部的澱粉有效糊化。由於小米麴不容易在市面上買到,我第一次釀小米酒時是拿一般的酒麴來釀,結果釀出酸酒來,這是因為小米很難糊化,因此放久就釀出乳酸了(註:嚐起來味道比較像酸奶而不太像醋,畢竟後者得先釀出乙醇然後才氧化成醋酸,其所需的時間更長)。後來我還是使用一般的酒麴,但是將小米拌一些糯米下去釀,這樣就成功了。原因可能是藉由糯米先糊化所提供的養分,讓米根黴能快速活化與繁殖,因此有利於葡萄糖的生成,進而避免旁支反應產生乳酸。

一、材料:酒麴2顆(60元)、圓糯米2斤(60元)、小米4斤(280元)
rice
milletmilletrice

二、蒸煮→放涼後拌麴→裝罐

三、澱粉水解
gelatinization
在釀酒過程中,澱粉在烹煮後會吸水膨脹並受熱而產生糊化作用,形成結構疏鬆的α-澱粉。酒麴中的米根黴分泌的α-澱粉酶則可作用於直鏈澱粉與支鏈澱粉,反應後的特徵是糯米與小米的粘度急劇下降和碘反應的消失。直鏈澱粉的水解作用比支鏈澱粉緩慢,這是因為澱粉酶只能在直鏈澱粉分子的末端,通過水解作用把直鏈澱粉拆散為葡萄糖單體,而支鏈澱粉擁有更多的末端,所以相對水解速度較快。由於糯米所含的澱粉大部分是支鏈澱粉,因此使用糯米來釀米酒,就會比直鏈澱粉含量較多的再來米或蓬萊米釀的還要快,因此拿來釀酒比較容易成功而不易變酸。不過,就我們所熟知的概念而言,吃糯米比較容易造成消化不良,這似乎與釀酒的經驗違背。這是因為糯米中含有的高比例支鏈澱粉在烹調後黏性較強,因此團聚形成的澱粉團結構也較大,在胃中就會停留較久的時間,但就分解澱粉的角度來看,由於糯米含有較多的分支末端,在小腸中反而容易被酵素作用而分解成葡萄糖進入血液中,因此雖然吃糯米飯不容易消化,但卻很容易被吸收,有趣吧?

四、酒精發酵
AlcoholicFermentation

裝罐後大約三天後開始冒泡,這時即可加等量的水稀釋,將體積變為兩倍,藉由稀釋來提高澱粉的水解比率。
hydrolysis

緊接著另一主角上場了,那就是酒麴中的酵母菌,其分泌的酒化酶(脫羧酶、脫氫酶)能將麥芽糖與葡萄糖逐漸分解形成二氧化碳和酒精。反應的步驟是一分子葡萄糖會先經過十步酶促反應轉變成兩分子丙酮酸
Glycolysis_(zh-tw).svg

然後,酵母菌所分泌的丙酮酸脫羧酶將丙酮酸轉變生成乙醛,接著乙醛在乙醇脫氫酶的作用下作為受氫體被還原為乙醇,此即為酒精發酵,其反應步驟如下:

1葡萄糖 + 2 NAD+ → 2 丙酮酸 + 2 NADH + 2 ATP

2丙酮酸 → 2 CO2 + 2乙醛

2乙醛 + 2 NADH → 2酒精 + 2 NAD+

因此酵母菌在無氧的條件下,總共要通過12步反應,才能將1分子的葡萄糖反應生成2分子的乙醇、2分子的CO2和 2分子ATP(提供能量給酵母菌使用)。

由於一般酵母菌對酒精的耐受度約為12~15%,當發酵酒的酒精度達到這個範圍時,反應就會漸趨停止,因此可藉由氣泡不再生成或是米粒不再翻滾來判斷收酒的時機。

五、過濾
filtration
產泡停止之後就要進行過濾,過濾後如果直接裝瓶,由於酒液中殘留的葡萄醣仍會繼續進行酒精發酵,因此酒會繼續溶入二氧化碳,在冷藏一段時間後開瓶,就會出現啤酒或香檳酒的冒泡現象。若不想喝這種氣泡酒,就必須在過濾後先進行殺菌。由於蛋白質變性的溫度約60℃以上,因此通常是加熱至70℃後裝瓶。(必須低於乙醇的沸點78℃)
Liquor

六、蒸餾
由於釀造酒的酒度受限於米根黴菌與酵母菌的酒精耐受度,因此無法超過20%vol,所以就把體積百分率濃度20%訂為釀造酒與蒸餾酒的界線,若要提高酒精度就得加以蒸餾才行。這裡提供一個簡單的蒸酒器解決方案,使用一般的鍋子、一條食品級的塑膠管加上一根鐵管即成。
distill1
distill2

不要小看這麼簡陋的裝置,我試喝剛餾出的酒時,嗆得我當場把酒吐掉,因為遠比58度高粱還烈!

專業一點的就要使用蒸餾機。由於它的密封性比較好,因此收酒後比DIY機型多收了將近一半的體積。

在蒸餾過程中可以看見明顯的「酒淚」掛杯現象

MarangoniEffect1
MarangoniEffect2

這是因為乙醇比水揮發得更快,而且它的表面張力比水小。因此,當酒中的乙醇開始揮發之後,酒液表面的乙醇濃度就會下降,因而導致酒液的表面張力升高,出現這樣的表面張力梯度後,內層酒液中的乙醇分子就會被拉到液體表面來緩和這樣的梯度。在烈酒中這種效應會更明顯,因為原本附著力大於內聚力所產生的液體中央下凹而邊緣被往上拉的液體表面,由於越靠近杯子邊緣上方的酒液越薄,該處的乙醇蒸發後由於缺少內部的乙醇上來補充,因此這一區的酒精濃度較低,表面張力就會上升;下方酒液較厚處則有較小的表面張力,因此形成高低表面張力區。隨著乙醇的不斷揮發,高低表面張力差異會越來越大,因此下面的酒就被拉往上方而形成酒液體自動沿著杯壁向上爬的有趣現象。不過,高低表面張力區之間的牽引力並不能一直抵抗重力的作用,所以杯壁上的液體最終還會慢慢流回到主液面而形成所謂的“酒淚掛杯”。液體的這種因為表面張力梯度而造成的傳質現象就是著名的“馬倫哥尼效應”(Marangoni Effect)。

marangoni_effect_wm

另外,在蒸餾時還會出現一個有趣的現象,那就是剛餾好的酒是澄清無色,但是靜置約半小時後,卻逐漸轉變為白霧狀。
MieScattering
照片左方是剛蒸餾的新酒,右方則是靜置約半小時後的蒸餾酒。為了找出這個變色的原因,我試著以95%藥用酒精與水調成約50%的水酒溶液,靜置後不會發生這種現象,因此白霧狀不是乙醇與水的團簇所形成。由於這種現象也會在我提煉植物精油時發生,因此烈酒變混濁應該就是酒中的油性或是芳香物質在靜置時慢慢的團簇在一起,這是烏佐效應(Louche effect)所造成。當這些顆粒逐漸團簇而達到能造成「米氏散射」的大小時,這種由球形微粒所生的散射是在粒子直徑等於或大於波長時所發生,因此大小約數十微米的顆粒或是雲霧水滴均屬於米氏散射,由於「米氏散射」之散射光強度與入射光波長無關,白雲或是牛奶才會因為將所有的色光散射而呈現出白色,所以請不要再說白雲是「反射」太陽光才會呈現出白色^^。

七、驗收
examine
examine1

這支比重式酒精計的測量範圍是0~50%vol
hydrometer
量測的結果差一點破表!由於我收集的蒸餾酒體積約為釀造酒體積的四分之一,原來的小米濁酒在試喝時差不多就是紅酒的12%vol酒精度,濃縮後酒精度提升為四倍是理論值,這代表這台蒸餾機的密封程度十分良好,酒精在蒸餾過程中幾乎沒有散逸。其實還是可以繼續蒸餾下去,只不過繼續收集的酒尾其酒精度已經很低了。至於蒸餾剛開始收集的酒頭,我曾試嘗過,一入口馬上就吐出來,因為幾乎就等同於藥用酒精的95%濃度。至於為什麼藥用酒精都是95%度,更高的98%售價卻高得驚人,這是因為乙醇與水的共沸物就是95%的乙醇溶液,因此繼續反覆的多次蒸餾也無法將95%再往上提升。

20120529144626744

另外,若釀酒的小米沒有先搗碎,就不容易讓胚乳中的澱粉完全水解,這一點以碘酒來檢驗酒渣就能確定
examine2

於是我又將酒渣加水再進行二次發酵
examine3

然後再來過濾蒸餾,出乎意料的,多收的這一罐酒精度比前三罐還高,酒精計竟然整個沒頂
examine4
examine5

八、品酒
result

重點來了,到底好不好喝?嗯…剛餾出來的新酒很嗆,但是靜置幾個月後熟成的風味簡直就跟變魔術一樣!套句我親友中愛喝烈酒的人對小米蒸餾酒的描述:「沒喝過這麼好喝的小米酒,風味有點像53°貴州茅台酒」^^

延伸閱讀

發酵的科學系列