了解酵母菌是促成發(fā)酵的幕後推手後，思考的方向開始有所改變,，也引起了不同的疑問：為什麼發(fā)酵的結(jié)果有好有壞,？ 哪種酵母最好用？到了 1880 年初期,，酵母引發(fā)的爭論已然接近尾聲,，但尚未結(jié)束。 此時(shí),，羅伯．科霍（Robert Koch）正專注於細(xì)菌的研究,。他率先使用大量創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)方式，並以瓊脂做為培養(yǎng)基液,，讓細(xì)菌在培養(yǎng)皿中繁殖生長,。這個(gè)作法在今天的業(yè)界習(xí)以為常，在當(dāng)時(shí)卻是非常先進(jìn)的技術(shù),，而科霍更藉此締造了包括分離出炭疽菌和肺結(jié)核菌等許多偉大的成就,。接著，科霍進(jìn)一步制定了一系列沿襲至今的推論法則,，用來驗(yàn)證各種疾病的致病微生物,。  啤酒發(fā)酵過程中產(chǎn)生的氣泡。為什麼發(fā)酵的結(jié)果有好有壞,？ 哪種酵母最好用,？圖 / By Ildar Sagdejev, GFDL, wikimedia commons 愛彌兒．克里斯提安．韓森（Emil Christian Hansen）是丹麥的微生物學(xué)家,，他在 1882 年秋天拜訪了科霍的實(shí)驗(yàn)室。韓森當(dāng)時(shí)任職於嘉士伯釀酒廠（Carlsberg Brewery）,，這是一家經(jīng)典拉格啤酒（lager,，淡啤酒）的供應(yīng)商，可是生產(chǎn)的啤酒不但口感太苦而且還有異味,。 韓森認(rèn)為科霍的方法可以用來處理啤酒中的微生物,，於是著手進(jìn)行研究，最後得以運(yùn)用科霍的技術(shù)分別培養(yǎng)出酒廠釀造中使用的四種不同酵母菌種,。韓森逐一檢驗(yàn)並排除每個(gè)菌種,，終於找到問題的癥結(jié)；事實(shí)上,，他發(fā)現(xiàn)只有「嘉士伯一號(hào)底層酵母」可以用來釀造出優(yōu)良的啤酒,。於是，酒廠開始使用此單一菌種來釀造啤酒,；韓森並在 1908 年將該菌種命名為「嘉士伯釀酒酵母菌種」（S. carlsbergensis）,。（生物學(xué)家格外在乎命名；早在基因定序法出現(xiàn)之前,，生物分類學(xué)者們便為每一種真菌的細(xì)微特徵及行為爭論其歸屬,。韓森認(rèn)為自己發(fā)現(xiàn)的不是一個(gè)相似菌株，而是一種完全不同的酵母菌種,，所以必須與懸浮於釀液表面,、比較像是用來製造濃稠愛爾啤酒的釀酒酵母有所區(qū)別。）嘉士伯菌株,，或是乾脆認(rèn)同韓森的分類,，稱之為「菌種」，是一種拉格啤酒的釀造酵母,，在釀製過程中會(huì)沉積於釀液底部,。 為什麼釀造過程有些酵母菌會(huì)懸浮,，有些會(huì)沉積,？某些酵母在釀造過程中會(huì)凝結(jié)並下沉──稱為「絮凝作用」，其實(shí)這在今天仍然是釀酒商與研究人員面對(duì)的問題之一,。愛爾啤酒的酵母不太容易凝聚,，所以會(huì)懸浮於發(fā)酵物的頂層；而拉格啤酒的酵母凝聚性很強(qiáng),，往往會(huì)凝結(jié)並沉積於底部,。當(dāng)使用酵母來研究癌癥或人體新陳代謝時(shí)，絮凝作用會(huì)是令人頭痛的問題,。高黏度的酵母使用起來並不方便,，但是在釀造特別口味的啤酒,，或打算釀造完成後回收酵母，你便會(huì)希望能夠掌握這些凝聚物的位置,。 我們知道,，頂層發(fā)酵的酵母菌細(xì)胞壁是水分難以穿透的，理論上比較容易附著於二氧化碳?xì)馀荻S之浮起,。底層發(fā)酵的酵母菌表面會(huì)形成糖蛋白複合物的枝芽,，使得它們能夠發(fā)揮「魔鬼氈」一般的效果彼此沾黏。酵母菌經(jīng)過攪拌器處理後,，表面的髮狀枝芽（業(yè)界稱為「菌毛」〔fimbriae〕）會(huì)被剝離,，如此一來，原本的絮凝體也就不再絮凝了,。 釀造拉格啤酒使用的底層發(fā)酵酵母,，例如韓森的嘉士伯釀酒酵母菌種（目前又稱為巴氏酵母〔S. pastorianus〕，在命名上更加混亂了）,，已經(jīng)成為全球釀酒業(yè)使用的主要酵母菌種,。然而，啤酒及葡萄酒的釀酒師們並不在意絮凝作用,，因?yàn)榻湍笇⑻侨糠纸忉?，保持絮凝狀態(tài)比較容易移除。這或許可以說明,，為何經(jīng)過幾個(gè)世紀(jì)的菌種篩選,，釀造者使用的菌種會(huì)產(chǎn)生絮凝作用，野生菌種則往往不會(huì),。不過,，巴氏酵母是靠著人類才能長存茁壯，它只存在於釀酒的世界,。沒人知道它從何而來,，也沒人真正曉得任何一種酵母是如何來到人類的世界──它們的原生起源為何？另外,，人類又是怎麼發(fā)現(xiàn)這些可以用來做出可口麵包和啤酒的酵母菌呢,？  人類是怎麼發(fā)現(xiàn)這些可以用來做出可口麵包和啤酒的酵母菌呢？圖 / By Katrin Gilger @ flickr, CC BY-SA 2.0 我們馴化了酵母菌,？這些問題引起了遺傳學(xué)家賈斯汀．費(fèi)伊（Justin Fay）的興趣,。他從 2000 年初便開始向人們收集各種酵母菌樣本，在轉(zhuǎn)任至華盛頓大學(xué)進(jìn)行研究工作後,，他發(fā)現(xiàn)可以利用基因定序技術(shù)來找到一些答案,。 「儘管來自實(shí)驗(yàn)室有關(guān)釀酒酵母的資訊多到目不暇給，我們卻真的不太清楚酵母菌是從哪兒來的,，」費(fèi)伊說,，「而人們?nèi)〉玫臉颖?，大多來自麵包店、釀酒廠與葡萄酒莊,。所以,，當(dāng)時(shí)的想法是，酵母菌有點(diǎn)像是人類飼育的狗或牛,，是一種經(jīng)過馴化的物種,。」不過後來人們開始送來更多的樣本,，或?qū)⑺鼈兇娣旁谌缬湍妇N中心這類活體資料庫中,；在這些樣本的採集地，酵母菌都沒有為人類服務(wù)過,，其中有許多來自樹木或醫(yī)院,。「問題是,，」費(fèi)伊說道,，「它們是否跟流浪狗一樣，是從葡萄酒莊逃出來的,？還是確實(shí)擁有野生菌種祖先的身分呢,？」  酵母菌：不要問我從哪裡來（我自己也不知道……）,。圖／By Bob Blaylock – Own work, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons 費(fèi)伊所謂的馴化,，指的是將某個(gè)野生物種馴服的過程。其實(shí),，費(fèi)伊還提出一個(gè)更恰當(dāng)?shù)恼f法：「按照我們的需要,，對(duì)一個(gè)物種進(jìn)行特別的改造，使它可以替我們從事特定的工作,?！惯@就不僅是訓(xùn)練一隻動(dòng)物那麼簡單了。馴化代表要在馴服過程中,，從基因上做出改變,、培育產(chǎn)生某些特性，以便能夠世代相傳下去,。舉例來說,，牛就是經(jīng)過馴化的物種，人類食用牠的肉,、飲用牠的乳汁，但是從來沒人見過野生的乳牛,。農(nóng)場上的母豬是生不出野豬的（差別在野豬的獠牙及兇暴的個(gè)性）,。 對(duì)於某些物種,，科學(xué)家們就比較清楚，或至少能夠判斷牠／它們被馴服的時(shí)點(diǎn),，這要?dú)w功於基因定序技術(shù),。如同費(fèi)伊想用在酵母菌上的方法，科學(xué)家們能夠從馴化的物種和它們現(xiàn)存野生遠(yuǎn)親的基因中找到差異,。由於基因隨著時(shí)間發(fā)生變異的速率是可以推算的,，差異愈大就代表兩者發(fā)生分歧的年代愈久遠(yuǎn)。 為了說明野生物種與其馴化品種之間的差異,，可以用一個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)來描述,，而且會(huì)比任何其他方法都來得清楚。1958 年,，西伯利亞前蘇聯(lián)細(xì)胞及遺傳學(xué)研究中心的生物學(xué)家狄米崔．貝爾耶夫（Dimitry Belyaev）做了一個(gè)研究,，探討狼如何在 15,000 年前演化成狗。他帶著他的學(xué)生與同事,，從附近的獸皮養(yǎng)殖場中收集了 130 隻銀狐,，然後選擇那些最友善的──那些在餵食的時(shí)候不會(huì)畏縮在籠中，而會(huì)主動(dòng)接近飼養(yǎng)員的（也包括那些不會(huì)咬人的）來進(jìn)行繁殖培育,。貝爾耶夫選來培育的銀狐只經(jīng)過九代就成為溫馴的小狗,。牠們看起來已像是狗──毛色多樣、耳朵鬆軟,，如幼犬般下垂,。這些狐貍在外觀上，其外顯型（phenotype）的生物特徵,，都和所有馴化的動(dòng)物雷同,，而且牠們性好嬉戲，非常親人,。  銀狐。圖／By Zefram – Own work (own photography), CC BY 2.0 de, wikimedia commons. 貝爾耶夫的實(shí)驗(yàn)仍在繼續(xù)進(jìn)行著,。為了用於對(duì)照,，實(shí)驗(yàn)室同時(shí)在一個(gè)像是平行空間的區(qū)域裡，放養(yǎng)一批刻意未經(jīng)馴化的狐貍,，牠們露出利牙,、咆哮嗥叫，野性似乎比其野生遠(yuǎn)親還強(qiáng),。多年以來,，西伯利亞的研究者還對(duì)貂類與鼠類做了類似實(shí)驗(yàn)，結(jié)果也大同小異,，而就在最近,，遺傳學(xué)家已開始對(duì)這些狐貍採樣,，嘗試將其表現(xiàn)型別連結(jié)到基因型別（genotype）──這是一種難以掌握的生物特徵比對(duì)，面對(duì)擁有複雜行為的生物則更加艱鉅,。 從這些實(shí)驗(yàn),，我們「只能」看到在人類主導(dǎo)下刻意造成的馴化，並無法說明人類與微生物長久以來微妙共存的關(guān)係,，一種偶然之間形成的合作關(guān)係,。不過，已有其他研究者付出心力,。幾位匈牙利的生物學(xué)家在 2003 年發(fā)表了文獻(xiàn),，描述他們所做的一個(gè)類似貝爾耶夫的實(shí)驗(yàn)。他們將一些剛出生的幼狼與幼犬放在一起親手餵養(yǎng),，長大後的狼與狗一般乖巧,、同樣聰明。接著,，他們在試探這些動(dòng)物的群體合作表現(xiàn)時(shí)發(fā)現(xiàn),，狗兒們會(huì)向飼養(yǎng)者求助，狼則堅(jiān)定的獨(dú)立作業(yè),。研究者宣稱,，那些狗兒並非本能地認(rèn)為已與人類成為群體，不過牠們就是會(huì)指望人類伸出援手,。 當(dāng)狼第一次脫離狼群,，加入當(dāng)時(shí)以狩獵採集維生的人類，以及開始試著打滾裝可愛討好人類,，並了解到只要不吃人類孩童,，便可睡在火邊取暖、不勞而獲吃到人類贈(zèng)予的食物時(shí),，是不是已經(jīng)成為《黑奴籲天錄》中的「狼科（Canis lupus）版湯姆叔叔」,？說不定牠們還更加精明？當(dāng)人們以為自己正在馴服牠們,，其實(shí)牠們正在馴服人類,。 對(duì)微生物也可以進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)，而且實(shí)際上更為簡單,。費(fèi)伊手上有種稱為「奇異酵母」（S. paradoxus）的活樣本,，是與啤酒酵母相近的菌種，尚未用於釀酒或?qū)嶒?yàn),。奇異酵母生長在橡樹上,，通常存活於樹皮或「分泌物」，即樹的汁液。它和釀酒酵母一樣也吃糖,，排放乙醇,。 費(fèi)伊協(xié)同另一位研究者,，約瑟夫．班那維第斯（Joseph Benavides）,，盡可能地收集他們可以找到的各種酵母樣本──總共 81 種。大部分樣本來自葡萄酒莊,，但是費(fèi)伊及班那維第斯也取得了一些製造清酒（日本米酒）的酵母,，以及蒸餾後的燒酒。樣本中還包括非洲棕櫚酒（棕櫚樹汁製成）,、印尼發(fā)糕（ragi,，一種發(fā)酵米糕），以及一種蘋果酒,。其中共有十九件菌株來自橡樹,，或是免疫系統(tǒng)受到破壞的醫(yī)院患者。 費(fèi)伊從中隨意揀選五種基因,，結(jié)果出現(xiàn)大約 180 種基因多形現(xiàn)象,，亦即同種菌株的基因組出現(xiàn)的微小差異。經(jīng)過比對(duì)之後,，他發(fā)現(xiàn)這些菌株中最接近奇異酵母的（也就是最接近原始性狀的）,，是那些源於非洲及北美洲橡樹汁液中的菌株，以及來自診所的樣本,。而在那些用來釀酒的菌株中,，則以採自非洲的樣本最原始，接下來是葡萄酒莊和清酒用的酵母菌株,，變異程度也低於其他樣本,。  大約 180 種基因多形現(xiàn)象，亦即同種菌株的基因組出現(xiàn)的微小差異,。葡萄酒莊和清酒用的酵母菌株,，變異程度低於其他樣本。圖 / By Denise Mattox @ flickr, CC BY-ND 2.0 費(fèi)伊認(rèn)為,，這些結(jié)果顯示以下論點(diǎn)：大約在 11,900 年前,，人類將非洲酵母馴化為釀酒酵母；清酒麴系出同源,，出現(xiàn)在3,800年前,；2,700 年前又衍生出葡萄酒莊使用的菌株。然而,，費(fèi)伊覺得自己的推斷仍欠理想,，因?yàn)樵谟?jì)算過程中，他無法掌握一個(gè)酵母世代存續(xù)（從出生到繁衍）的確切時(shí)間，而人們在估算時(shí)動(dòng)輒便以十年為單位,。不過大致上,，費(fèi)伊推敲的數(shù)字與考古學(xué)家標(biāo)註在人類最早的釀酒、清酒古物上的時(shí)間表吻合,。 「我們可以從中確定的是,，酵母的族譜相當(dāng)龐大，就像很多其他馴化的微生物與物種一樣,，」費(fèi)伊表示,，「用來釀造葡萄酒的酵母菌形成一個(gè)族群；用來釀製清酒的酵母菌也構(gòu)成一個(gè)基因相近的家族,。每種不同用途的酵母,，都各自對(duì)應(yīng)到自己的基因模式?！?/p>
本文摘自《酒的科學(xué)：從發(fā)酵,、蒸餾、熟練至品酩的醉人之旅》,，商周出版,。 |
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