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發酵的科學(六)小麥芽

生活科學趣談

近年來台灣開始盛行自釀啤酒,我認為它最迷人的地方是只要改變一下配方、比例或製程中的某個變因時,它就可以變化出截然不同的風味。就是因為它有著這種令人驚喜而無法抗拒的魅力,所以每次的嘗試都是一場微醺的浪漫旅程。這句名言「Give a man a fish and you feed him for a day. Teach a man to fish and you feed him for a lifetime.」因此就被改寫成「Give a man a beer, he’ll waste an hour. Teach a man to brew and he’ll enjoy a lifetime.」So, follow my footsteps and enjoy an Interesting homebrew journey!

一、純釀小麥啤酒

材料:2斤已脫殼未脫胚的美國有機小麥(糧行或雜貨店有售,50元/斤)
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1.將小麥浸泡一天,鋪在乾淨的桌上等待發芽,並以鑷子剔除其中的碎麥粒
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2.每天早晚以噴霧器將小麥噴濕來等待麥子發芽,二天後嚐起來會有點甜味,當麥芽長度約為麥粒之2/3長時(根長約為麥粒之3/2),即可進行乾燥處理。乾燥之目的除了能終止發芽外,還能產生梅納反應(Maillard reaction)所形成的焦麥香味與啤酒所特有的色澤。烘麥時烘烤溫度與時間長短均會影響焦糖化的程度,進而改變啤酒成品的風味,這對於初學者而言難度較高,因此建議先採用簡易的方式,以這種濕麥芽直接來進行釀酒。至於使用乾燥麥芽的釀造方式,日後再以另文討論
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3.再等個二天(仍然每天噴水),麥子就會長出大約2~3公分長的二葉一心嫩芽,這時的麥粒吃起來最甜,α-澱粉酶、β-澱粉酶含量也最豐(拿來釀造麥芽糖最適當的時機)
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4.將此時的麥芽洗淨,放入果汁機中,加水至能蓋滿麥芽的高度,將其盡量打碎(做麥芽糖則不能打太碎)
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5.接著過濾,麥渣另有它用,將收集的麥汁以瓦斯小火加熱至50~55°C,然後倒入電鍋的內鍋中
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6.將電鍋開關放在保溫位置,較專業的方式是以不同的溫度範圍做分段式加熱,其理由留待下篇再來討論,但初學者只要控溫在50~55°C範圍來連續加熱8小時即可。每小時掀一次鍋蓋來測溫並攪拌一次(不可用溫度計攪拌,因為理化老師有教^^),若溫度高於55°C就不要再蓋鍋蓋。溫度不可太高的理由是因為酵素屬於蛋白質,若溫度長期高於60°C恐會造成蛋白質變性;溫度若太低則澱粉水解的速率會太慢,糖化的時間若拖太久將導致麥汁產出過量的乳酸而變酸(註:The biodiversity of predominant lactic acid bacteria in dolo and pito wort for the production of sorghum beer
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7.大約7~8小時麥汁會變得澄清,此時喝起來很甜
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8.接著將200公克的麥茶(50元/斤)連同麥汁一起以瓦斯爐火煮沸5分鐘,靜置放涼後過濾,加入麥茶來熬煮的目的是為了增加濃郁的焦麥香味與提高啤酒成品的色度
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9.過濾後的濾液以比重式糖度計測量大約有10度
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10.接下來就是在麥汁中加入酵母來進行酒精發酵,由於此時的麥汁富含糖分與胺基酸等營養物質,如果酒精發酵後的成品不再做高溫滅菌的動作,那麼這種低酒精度的麥酒就無法長時間儲放。但是喝啤酒就是要有氣泡才行,因此釀好的麥酒不能再加熱以免溶入酒中的二氧化碳散逸無蹤。就是因為在麥汁中加入酵母之後就不能再加熱了,因此麥汁中就必須加入能抑制雜菌孳生的物質→【啤酒花】
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啤酒花含有α酸 – 維基資料,α酸在加熱後會轉化成為異葎草酮(tetrahydro-iso-α-acid),這種物質具有抗菌作用(對胃腺癌细胞與肝癌细胞也有抑制作用),因此能在啤酒的釀造過程避免雜菌的孳生,進而提高啤酒儲放的保鮮期(英國在中世紀所釀的麥酒由於沒放啤酒花,當時儲放若超過一週就會變質)。啤酒花以前在台灣很難買到,當時我釀麥酒時曾以糖漬的檸檬皮來代替,因為檸檬皮中含有的檸檬烯(dextro-limonene)也是一種抗菌劑

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朋友曾說這種使用檸檬皮釀出來的酒有可樂娜啤酒的FU,不過由於啤酒花所具有的獨特風味無法以它物取代,因此沒有啤酒花就不能稱為”麥ㄚ酒”。

11.目前自釀啤酒多採用下圖這種經過加工後的90型顆粒狀啤酒花,照片中三款分別是Centennial百年(α酸: 9-12%,非常流行的苦味,啤酒風格:India Pale Ale啤酒)、Chinook奇努克(α酸: 11-12%,經典的苦味,啤酒風格:淡啤酒)、Warrior戰士(α酸16%.,強烈的苦味和溫和的柑橘香氣,啤酒風格:使用於任何美國啤酒)

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這次我採用α酸含量最高的”戰士”,這是因為苦味越高則伴隨而來的柑橘香氣越濃。而且考慮到在酒精發酵時是處於室溫而非低溫環境,因此採用較高α酸含量的啤酒花,可以確保較高的抗菌效果來降低麥汁發生酸敗的風險。

12.使用啤酒花除了能防腐殺菌,還可 增加啤酒泡沫的持久性,甚至可以參與貢獻啤酒中約三分之一的總多酚含量。由於啤酒中的多酚與谷膠蛋白都能協助讓氣泡不易破裂,因此加入啤酒花亦有利於產生啤酒特有的綿密泡沫。啤酒花使用量是乾燥小麥重量的1%。所以1200公克的小麥需12公克的啤酒花,將其加水煮沸10分鐘後過濾,濾液倒入先前步驟9的麥汁中。不過,這次我嘗試採用不過濾的方式,直接連同啤酒花殘渣一起倒入麥汁中來進行酒精發酵。這麼做可以讓其中尚未熬煮出來的成分更有效的釋出以得出非常強烈的香味。因為酒花中的香氣來源主要是脂溶性的物質,因此伴隨著酒精發酵產出的酒精能更有效的將這些脂溶性物質溶出,美國啤酒就常常有這種果香甚至是花香的風味。如果想了解到底這是甚麼滋味的話,不妨去微風買瓶Anchor的liberty Ale來品嚐
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13.接下來輪到酵母上場了,酵母使用量是麥汁重量的0.1%。釀啤酒多採用照片左方這種啤酒酵母,一包100元。如果買不到這種專業級酵母,也可以改採右方這種大賣場販售的麵包速發酵母,一包還不到10元。二者的差別在於速發酵母的酵母菌增殖的非常快,所以酒精發酵的時程會縮短而風味稍差,釀好的啤酒也比較濁,並且冷藏後瓶底會有較厚的酵母泥沉澱。由於台灣的室溫通常高於啤酒酵母的最佳發酵溫度(15-20°C),所以如果不是在冬天釀啤酒的話,不妨採用能耐較高溫度的速發酵母,在麥汁不產泡之後將麥汁放進冰箱冷藏半天,等酵母泥沈澱,然後倒出上方澄清的麥汁加糖裝瓶來進行第二次瓶中發酵(註:此時瓶中仍有少許的酵母菌)
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14.然後將加入啤酒花與酵母的麥汁移至發酵桶來進行酒精發酵,我使用5公升裝的礦泉水寶特瓶。這種塑膠瓶由於不含塑化劑,而且耐酸鹼與耐酒精(但不耐高溫),因此可作為一次性的釀酒容器。在瓶蓋上挖個洞,塞入一個售價80元的airlock來做為氣體的單向閥門,它只允許瓶內二氧化碳排出而阻止瓶外空氣進入,如此即能確保瓶外雜菌不至於落入瓶內。倘若無此裝置,那麼改用一條排氣塑膠管來代替亦可,將管線末端浸入水中即可達到相同的空氣閥效果
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15.在酒精發酵過程中,可看到產生的泡沫十分綿密細緻,這一點與釀米酒時所產生的氣泡外觀不同,會造成這種差異是由於使用啤酒花的關係。這種在室溫下進行的發酵稱為上層發酵Ale,由於手工釀造啤酒大多沒有冷卻設備,因此都屬於這種上層發酵法。在發酵期間酵母是浮在麥汁液面上,造成發酵酒會帶有濃厚的果香味(因為這種模式能產生較多的酯類),譬如比利時啤酒就是這種Ale風格

16.若使用速發酵母來進行酒精發酵,在夏天約3天後airlock的冒泡速率會降至每分鐘約僅冒一次泡,麥汁中幾乎已無糖份可供酵母菌使用,此時就要將麥汁中的啤酒花過濾袋剃除
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17.將玻璃瓶(約10元/瓶) 事前浸泡於水中煮沸,或是以75%酒精在瓶內充分搖晃過,加以消毒滅菌
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18.麥汁在裝瓶前還要加入等同麥汁重量1%的葡萄糖,若無葡萄糖亦可用蔗糖或冰糖取代,畢竟做麵包時就是使用砂糖來餵酵母菌。裝瓶後的啤酒還沒有氣泡,必須放在室溫下或是放進冰箱,讓懸浮在濾液中的酵母再來進行第二次的發酵以產生二氧化碳。封瓶常使用啤酒瓶蓋封蓋器,若無此設備,可用克難方式以塑膠袋對折兩次蓋在瓶口,再以兩條橡皮筋用力綑緊。這麼做有個好處,就是一旦看到瓶口的塑膠袋鼓起時(夏天室溫下約3天,冰箱冷藏約二週),就代表瓶內已蓄積可觀的氣體壓力,啤酒倒出來就會有綿密的氣泡。這時的啤酒會像變魔術一樣,好喝的不得了!

19.使用2斤小麥約可收350ml啤酒瓶約10瓶,每瓶的成本接近25元,差不多是市售啤酒的一半價格
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二、大麥啤酒

前述的小麥啤酒由於非常優雅因而深受女性朋友們的喜愛,至於粗曠豪邁的哥兒們則較偏愛以大麥所釀造的啤酒。雜貨店不容易買到可發芽的大麥粒,可改用大麥片配合小麥芽來釀造。材料:半斤的小麥與一斤半的大麥片(30元/斤)
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20.先將半斤小麥發芽至嫩芽長約2~3公分
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21.將一斤半的大麥片煮熟放涼後,伴入打碎的小麥芽
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22.加水達到能蓋滿麥片的高度,以瓦斯小火加熱至50~55°C,然後倒入電鍋的內鍋中
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23.以電鍋保溫的方式每小時攪拌一次
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24.大約7~8小時麥汁開始變得澄清,相較於以糯米做麥芽糖的例子(麥芽糖連結照片),此時麥片仍未能完全糊化。不過嚐起來味道已經有甜味並帶一些酸味,這種酸味是來自於糊化過程中所產生的乳酸(註:醋酸必須是先生成乙醇然後才能產生,反應需時甚久,但是製作含有乳酸的酸奶卻只需半天)
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25.使用糖度計測起來約16度,但是甜度實際上並沒有這麼高,這種誤差是來自於其中所含有的糊精,造成密度偏高所導致(註:密度越高時,比重計就浮得越高)
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26.左方是麥汁過濾後加入麥茶與啤酒花熬煮,再次過濾後放涼並投入酵母進行酒精發酵;右方則是未糊化完全的麥渣另行加酒麴來釀酒
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27.右方那一罐麥渣發酵完成後過濾,依米酒蒸餾的模式來收集濾液三分之一體積的蒸餾酒,測量該蒸餾所得的麥酒僅有15%vol(註:通常糯米酒蒸餾取三分之一可得約40%vol的蒸餾酒),表示利用這些麥渣所釀得的酒,在未蒸餾前也只有5%vol左右
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至於下圖不加大麥而純以小麥來釀造時,其麥渣再經發酵後僅能取得一杯約150ml而酒精度還不到20%vol的蒸餾麥酒,這表示以純小麥芽來釀啤酒的澱粉轉化率會比加入麥片時的效率高很多
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28.至於利用大麥片的麥汁發酵部分,最後收酒超過3公升,成本比純釀小麥低malt21
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(註:右方裝米酒的塑膠瓶是錯誤示範,若使用這種塑膠瓶蓋的瓶子裝啤酒來進行後續的第二次瓶內發酵,最後瓶內所蓄積的壓力會導致瓶蓋變形而無法打開,最後只好在瓶蓋上打洞,等觀賞完噴泉效應後瓶蓋才轉的開^^)

29.倘若喜歡深色啤酒的那種焦糖香味,可以在步驟8或步驟26中改加入增倍的400公克麥茶來熬煮,並且將麥茶在麥汁中浸泡較長的時間。當啤酒冷藏沈澱後,小心倒出啤酒而不要攪動了底下的酵母泥,這時就會有漂亮的琥珀色澤伴隨著雪白色的酒帽出現
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風味評比
純釀小麥啤酒 > 大麥啤酒 > 糯米啤酒*(很多人都說味道酷似台啤) > 檸檬皮氣泡麥酒。這種主發酵使用上層發酵所完成的啤酒香味偏水果香,且飲用後尾韻層次多變化,喝過的親友說手釀啤酒比市售啤酒好喝^^

註:
欲正確得知啤酒酒精度的方法是透過麥汁在發酵前後的比重變化,然後利用這個 酒精度計算器  來計算。手算的公式則是 (麥汁發酵前的比重 – 麥汁發酵前的比重) × 131,譬如 在15°C時(麥汁在發酵前的比重1.05 – 麥汁發酵後的比重1.01 ) × 131 =5.24 %vol,這條公式是藉由麥汁在發酵過程中,由於溶液比重幾乎與其酒精度成線性關係而得。另外,由於比重計的調校是在15°C下進行,因此若不是在此溫度下所測得的溶液比重,就必須做溫度修正來得出在15°C時的比重,修正公式是0.00021 × (測量比重時的溫度 – 15) 。譬如這批啤酒釀好後是在25°C時測量其比重,0.00021 × (測量比重時的溫度25 – 15) =+0.0021,因此需將25°C下所測得的比重+0.0021來得出其在15°C時的比重值,利用這個數值代入酒精度計算公式所得的數值才是正確的酒精度。至於比重的修正公式,也是藉由低濃度溶液在10~30℃之間,其體積膨脹量幾乎與溫差成線性關係而得。由於水在10~30℃之間時的體膨脹係數幾乎是一個定值γ=0.00021/°C ,若在稀薄溶液中,溶液的體膨脹係數接近於水的體膨脹係數,由於溫度變化時溶液的體積變化量ΔV =V× γ×(溫差)、密度的變化量ΔD =-D× γ×(溫差) ⇒ 溶液的比重變化=-γ×(溫差)=-0.00021 × (測量比重時的溫度 – 15)。也就是說,若在25°C時測量其比重,其數值會比15℃時減少0.00021 × (25 – 15),因此欲將高於15°C的比重測量值換算成15°C的正確比重值就必須加上0.00021 × (測量比重時的溫度 – 15)。

附帶一提,大部分的酒類在標示其酒精度時是採用體積百分率濃度%vol(歐式百分比法)。如果啤酒商在瓶上標示的是重量百分率濃度%(ABW),那麼酒精含量實際上會比你想像的高,因為酒類的體積百分率濃度大約為重量百分率濃度的1.25倍,譬如標示4%ABW的啤酒相當於5%vol。另外,在美國上市的酒類有時會採用標準酒度(Alcoholic proof)來標示,其數值為酒精體積百分率的2倍。例如50 PROOF的酒相當於25%Vol,所以購買烈酒時請看清楚酒精度的單位。