大约在1.4万到6500年前,人类就产生了生物驯化的思想,他们为各种野生动物创造新的环境,保证食物供应及生存条件,从而达到人类生产与生活的目的。
比如,小麦、水稻、玉米等这些如今大宗的粮食作物,前身都是自然界中的野草,而狗、牛、鸡同样都是野生动物。像家狗就源于人类与灰狼的互动,逐渐拉近距离,驯化为了亲密无间的宠物。
人类除了对植物、动物驯化之外,还有一种生物也被驯化已久,这就是微生物。微生物虽然看不见、摸不到,但古时候的人们通过外在的现象,可以推及本质,典型的例子就是酿酒,所谓“有饭不尽,委之空桑,郁结成味,久蓄气芳”,说的正是人们利用、驯化微生物来酿酒的过程。
现代,人们通过微生物的驯化与使用来酿酒,仍在继续,但根据技术演变的不同,形成了两种不同的模式,一种是纯种发酵,如啤酒、葡萄酒、伏特加、白兰地等;另一种是多菌共酵,代表者即是中国白酒。
微生物,中国白酒的核心科技
纯种菌发酵,顾名思义,人们在自然界筛选微生物,并通过人工干预,让其成为单一的微生物,然后再利用它们去发酵生产。比如,啤酒和葡萄酒的酿造,主要用到的是酿酒酵母,它们被做成菌种制剂,在生产的时候,投入到麦芽汁或者葡萄汁中使用,如同家庭发面做面食,使用活性干酵母粉一样。
多菌共酵,也叫做多微共酵,通过字面意思也可以知道,这种方式并不是使用单一微生物,是多种微生物,而这里的“多”,也不是仅仅几种或者几十种,是上千种。例如,目前贵州国台酒在实际的酿造过程中,就检测出了451个属的1073种微生物,它们通过相互配合、协同作用,完成了酱香型白酒的发酵。
那么,中国的白酒是如何做到多菌共酵的呢?这里要提到一个概念,叫做“开放式生产”,通俗讲,就是白酒的整个酿造过程,都是和外界是相通的、开放的。
以啤酒和葡萄酒的发酵容器为对照,它们的酿造基本都采用的是不锈钢发酵罐,这种设备要求严格的灭菌和封闭,外界的微生物无法进入其中,为的是只允许纯粹的酿酒酵母执行生产。而中国白酒的酿造,比如酱酒的堆积、摊晾、发酵等工艺环节,不仅不密封,而且酒醩直接与大地相贯通。此外,用于白酒酿造的酒曲,也是源于自然环境中微生物的采集。
因此,在中国白酒的整个酿造过程中,都有环境微生物的进入与参与,如此便实现了多菌共酵。而也正因为中国白酒的酿造需要如此庞大的微生物菌群,让其对微生物的依赖,远远高于其他酒种。
那么,酿制中国白酒的微生物有哪些?这些微生物又是如何协同的呢?
目前,根据功能,可大致将酿造白酒的微生物分为三类,一是糖化菌,它们把淀粉等营养基质分解为可发酵性糖的微生物菌群,主要为霉菌;二是发酵菌,它们利用糖化菌产生的葡萄糖等小分子营养物质,进一步生成以乙醇为主的小分子发酵产物,主要为酵母菌类;其三是生香菌,它们利用各种营养基质,生成酯、酸、醇、醛等丰富复杂的香味成分,主要是细菌。
以茅台酒、国台酒等茅台镇酱香型白酒的酿造为例,起到产酒作用的有东方伊萨酵母、粟酒裂殖酵母、酿酒酵母、粉状毕赤酵母等;生香的有解淀粉芽孢杆菌、乳酸杆菌、魏斯氏菌属、高温放线糖莱斯菌、嗜温高温放线菌黑曲霉等;还有其他作用的冠突散囊菌、红曲霉、阿姆斯特丹散囊菌、魏斯氏菌、甲基营养型芽孢杆菌等。而这不过是目前能够检测到的一部分。
而从产区角度来看,茅台镇之所以能够酿造出好酒,就得益于微生物的丰富。根据研究结果,茅台镇核心产区内拥有的细菌多达233个属,785个种,其中特有18个属91种;真菌426个属,611个种,特有79个属117种。
因此,微生物,是中国白酒的核心科技。谁掌握了微生物,谁就掌握了核心科技。为了能维持良好的酿酒微生态,酒企就必须研究酿酒微生物的习性、为其生存创造适宜的环境,天士力数智健康产业集团董事长、国台创始人、国台酒业集团终身荣誉董事长、创新生产力总师闫希军先生曾说:“我们的核心工作,就是给这些看不见的酿酒大师做好‘保姆’工作。”
风味、健康、体感=国台酒里的微生物学
多微共酵的复杂性,让白酒的酿造实属不易控制,很长时期都处于“黑匣子”的状态,人们发现有时酿的好、有时酿的差。历史上,酿酒甚至成为一种神乎其神的学问,酿酒人时常会祈求“天命”,比如,莫言小说《红高粱》的作品中,就有在酿酒前祭拜酒神的片段。
目前,随着现代微生物学以及相关技术手段的不断完善,白酒酿造的密码也逐渐被打开。比如,“茅台镇第二大酿酒企业”贵州国台酒业集团,依靠天士力的先进技术和团队经验,较早在白酒产业中就开启了数字化、智能化酿酒的先河,研究人员将传统的酱酒“12987”工序,细化为30道工序、269个环节、1000多项指标,还率先将红外光谱技术、指纹图谱相似度技术、荧光定量PCR技术等先进科技应用于白酒生产。
而数智酿造的实现,首先在于微生物的探秘。如前文所言,国台在酿造过程中已经鉴定出451个属的1073种微生物。但不仅如此,他们还更进一步确定了优势微生物菌种,其中,细菌包含醋酸杆菌属、分支杆菌属、克罗彭斯特菌属、大洋芽孢杆菌属、芽孢杆菌属、乳杆菌属等;真菌包含哈萨克斯坦酵母属、酿酒酵母菌属、接合酵母菌属、毕赤酵母菌属、裂殖酵母菌属等,国台酒的酿造微生态达到“千种百属”级别,纵观整个行业,这项研究是非常前沿的。
而微生物的多样性,也造就了国台酒风味物质的丰富性,目前在国台酒中发现的挥发性成分1182种,非挥发性成分392种,共计1574种。
与此同时,国台酒还建立了酿造微生物菌种资源库,目前已经将酿造过程中发挥重要作用的13个种属的201株酵母、5个种属的25株乳酸菌、11个种属的112株芽孢菌,收藏在库。
菌种库有什么作用呢?就好比一个庞大的“工具箱”,酿酒师可以随时选择趁手的工具,对酿酒过程和美酒品质进行提升。来看下面几个例子,更容易理解。
比如,国台酒的科技团队研究清楚酿造过程,他们从“国台酒细菌菌种库”中,筛选出枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、耐热芽孢杆菌、索诺拉沙漠芽孢杆菌在内的5个种,共计18株菌进行了窖面酒风味的研究。
窖面酒是酱香型白酒中3种典型体之一,其他的还有窖底酒和醇甜酒。窖面酒体现的主要是酱香和曲香,很大程度上决定了酱香白酒主体香的风格。国台研究人员通过微生物种类的确定与发酵调控后,让国台窖面酒的感官明显高于之前,且通过对窖面酒挥发性物质的成分分析,还让2-丁酮、硬脂酸乙酯、十四碳烯酸乙酯、丙酸乙酯等十五种风味物质的构成得到优化。
第二个例子,是关于健康方面。众所周知,酱香型白酒中有多种健康物质,其中重要的一种叫做四甲基吡嗪(tetramethylpyrazine,TTMP),它不仅具有多重生理活性功能,还是一种天然的香料,赋予酱香型白酒烤焙、坚果、可可等香气。
国台酒的研发人员同样分离出了13株菌种,然后在其中,筛选出了一株产TTMP含量较高的地衣芽孢杆菌GTBL-168,产TTMP含量可达12.22mg/L,对于四甲基吡嗪的产生机制更加清晰。
第三方面,国台酒还建立中国白酒生产的“菌系”评价体系,他们通过与天津科技大学合作,确立了《酱酒酿造微生态三系标准评价体系及调控技术开发》,在白酒常规的、传统的理化检测基础之上,增加了微生物与酶系评判标准,这让国台酒的发酵控制更加精准,提升了风味物质生成的同时,也规避了一些不适物质的生成,促进了国台酒的饮用体感。
像这样先进性的微生物研究成果与实践应用,在国台酒中还有很多,正因为国台酒通过掌握微生物的密码,才实现了风味、健康、体感三方面的不断提升,带给消费者更高价值的饮用体验。闫希军曾表示:“科研努力方向要始终围绕‘酿好酒、酒好喝、酒喝好’这三个根本问题开展,在实践上始终坚持以消费需求为导向,不断破解影响健康和风味的基础、重大科学问题,努力让酒酿得明白、让消费者喝得明白”。国台对于微生物的研究与应用,正是最好的实践。
科技的进步,我们有目共睹,数字化、智能化的潮流已经势不可挡,分子生物学的发展日益更新,微生物资源的科学驯化和利用逐渐深入,因此,从这个角度来看,国台酒走到了中国白酒的时代前沿。
(作者:李虓,发酵工程硕士,酒类食品评论作家、策划人,酒食评论创办人。)
(文章来源:证券日报)