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黑科技!这群科学家竟利用“空蚀现象”酿造啤酒
2016-10-18 17:06:31   来源:​搜狐科技   评论:0

干爽醇美的啤酒,虽然谈不上是什么琼浆玉露,却也是五谷纯酿,让人难以舍杯。随着科学和技术的发展,人们已熟悉发酵过程中的生物化学原理,然而几百年来,甚至千年来,啤酒酿造过程却始终没有改变。 显然,啤酒科学领域惊天动地的突破真是少之又少。 来自意大利佛罗伦萨生物气候学研究所(Institute of Biometeorology)的洛伦佐•阿尔巴尼亚(Lorenzo Albanese)团队发明了一种全新的啤酒酿造方法,大大改善了酿造过程中涉及的化学、工程以及环境保护问题,掀起了啤酒酿造业的一场革命。 那么,他们用了什么样的黑科技? 这个秘密武器就是“气穴现象”(cavitation),又称“空蚀现象”,指的是流动液体中气相空穴(即气泡)的产生与爆破的一种物理现象。通常,液体受到极低的气压会沸腾、汽化,形成空穴,随着气压增大,空穴分裂并产生强力冲击波。 工程环境中,高速旋转的叶轮端部极易形成低气压而产生气穴现象。实际上,在轮船和潜艇的叶轮上产生的“气穴现象”是十分不利的,强力冲击波易腐蚀叶片,而产生的泡沫痕迹和噪声,也极易暴露潜艇的位置。 然而,不可否认“空穴现象”是一种极其壮观的过程。仅仅一个小气泡爆破瞬间能产生超过1000K温度(约726°C)和5000倍大气压(约506Mpa),能够显著改变水中的物理和化学环境。为此,阿尔巴尼亚团队进行了大量的实验以研究“气穴现象”对于啤酒酿造过程的影响。 啤酒酿造 酿酒过程通常比较简单,涉及的基本配料有麦芽、啤酒花、酵母和水。酿造过程分为四步:第一步是“淀粉糖化”,将大麦麦芽与水混合产生一种含糖液体,也就是麦芽汁,该过程是将麦芽中的淀粉转化为可发酵的单糖类。第二步称为“洗糟”,清洗麦糟并尽可能多的汲取麦芽汁中可发酵的糖类。第三步称为“煮沸”,将麦芽汁煮沸约一个小时,去除水分并浓缩糖分。 煮沸同样也能失活淀粉酶并将对酿造有害的挥发性化学物质蒸发掉,特别是影响味觉的甲硫醚。该过程会加入啤酒花,产生特色风味。最后一步称为“发酵”,冷却上述混合液并加入酵母开始发酵过程,通常需要几天的时间。该过程会将糖类转化为酒精,最终酿造出啤酒、装瓶。 常言道,细节决定成败。酿造过程中,麦芽必须提前碾碎以增大其表面积,麦芽汁必须保持在特定的温度范围,通常是在50°到78°之间,这样有助于保持淀粉酶活性而最大限度分解淀粉。 由于涉及到煮沸步骤,所以酿酒是一个消耗大量能源的过程,通常酿造100公升啤酒需要消耗32千瓦时能源。作为比照,额定功率100瓦的电视机打开10个小时才耗电1千瓦时。 为了寻找答案,阿尔巴尼亚团队建造了一套全新的酿造设备,能够在麦芽汁中产生气穴 。随后,他们在不同条件下进行了一系列酿造啤酒的实验,以探索气穴给酿造过程带来的利弊。 第一个优点是气穴产生的冲击波足以将大麦麦芽捣成浆状,这就省去提前碾碎步骤。阿尔巴尼亚说:“新设备使得大麦麦芽的干磨变得无关紧要,因为新设备的气穴效应能够在几分钟内就将麦芽粉碎成100微米以下的碎屑。” 此外,空穴效应同时也能增加粉碎性麦芽中淀粉析出到麦芽汁中的速度。这个过程变得十分高效,最终麦芽糟中几乎没有残留淀粉,即便有也很少。这对于啤酒酿造意义十分重大。这意味着“洗糟”过程也完全没有必要了。 随着淀粉高效析出,淀粉糖化过程在较低温度也能进行。该团队称:“把淀粉转化为单糖类和氨基酸的酶激活温度降低到35°左右,缩短了糖化过程的时间。” 并且,空穴效应也能提升传统煮沸过程中麦芽汁和啤酒花混合溶液化学反应的效率。空穴会使不好的挥发性物质尽快排出,使麦芽汁中的酶变性,并促使啤酒花风味更易混合。这样来说,煮沸过程也变得完全没必要了。实际上,相比于传统煮沸,新的过程完全能在78°左右进行。 归结到一点:节约大量能源 阿尔马尼亚团队称新设备酿造100公升啤酒仅需要24千瓦时能源,比对照组的传统酿造过程节约大约30%的能源,这还不包括他们优化后减少了不必要的热损耗。 成本问题 然而,该团队有一点没考虑到:产生空穴效应的设备成本以及维护成本。 空穴效应“破坏大王”的名号臭名昭著,其产生的瞬间气压冲击波和温度能够腐蚀最坚硬的钢材。 虽然不清楚这种腐蚀效应怎么影响新设备的成本,然而,阿尔马尼亚团队无疑要把该因素考虑在内。 气穴酿造下的啤酒 当然,设备再好也得产品说话:好不好,最终的啤酒说了算。 经过一系列品尝测试后,该团队称最终酿造的啤酒口味和传统酿造啤酒一样醇美。 自卖自夸当然行不通,想要结果让人信服,这类品质测试必须由利益无关的独立品鉴员以科学的名义来鉴定。 如果客观的品鉴员也认为啤酒味道好,那么看来“空穴现象”要给啤酒制造业带来一场彻底的革命。实际上,这最终会成为几个世纪以来,至少是几十年来,啤酒酿造技术最大的改革。 编辑:张瑜宸 weixn
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