从谷物到酒精

顾名思义，威士忌酒是由谷物制成的蒸馏饮料。谷物如何变成酒精？-当然是通过发酵。-但是为此必须进行一系列的化学和生物反应。
 

 

麦芽糖分子

（图片由Bernd Meynhardt博士/基尔大学提供）

 

1.糖

 

谷物主要由淀粉组成。其他成分是蛋白质，脂肪和微量元素。淀粉是酒精生产的基本原料。为了更简单地解释化学背景，我想从糖而不是淀粉开始。糖和淀粉都是碳水化合物。一旦了解了糖的基本特性，您也可以轻松地了解淀粉。

 

历史上欧洲人只知道蜂蜜和水果是糖的来源。当甘蔗从南半球抵达时，这随着世界的探索而突然改变。直到最近才发现甜菜是糖源。自19世纪中叶以来，欧洲才开始种植甜菜植物。今天，我们在甜菜和淀粉糖厂生产糖，此外，我们还向欧盟（例如，从南非或毛里求斯）进口大量的蔗糖。某些糖类型在食品广告中是众所周知的。除了下面列出的糖以外，还有许多其他类型的糖，其化学结构相似。
 

 

所有这些糖都具有共同的基本化学式（C6H12O6）。一个简单的糖分子由6个碳原子，12个氢原子和6个氧原子组成。以下结构显示了拉伸的d-葡萄糖分子。

 

d-葡萄糖分子

重要的糖，葡萄糖和果糖都具有六个碳原子（C6H12O6）。但是也有具有五个或七个碳原子的糖（例如核糖）。它们在链中缺少HC-OH基团或具有一个额外的基团。

 

 

果糖的链结构略有不同。第二个HC-OH基团被酮基（C = O）取代，而链末端的醛基功能缺失。

d-果糖分子

什么使糖甜？是OH基，与舌头上的受体反应。但是，OH基的量无关紧要。决定性因素是这些OH基团的空间位置，因为它们只能在特定位置与舌头上的受体接触。有些物质的OH基团在空间上是类似排列的（人造甜味剂，乙二醇等），使它们也尝起来很甜。

葡萄糖中的碳环

通过来自高级醛基的双键氧原子，糖的C1和C5原子现在可以连接到由5个碳原子和1个氧原子组成的环上。没有原子被消除；它们都包含在新的环结构中。第六碳原子从环侧向突出。该环在空间上具有椅子状的结构，在能量上比直链更有利。据统计，在葡萄糖溶液中发现有99％的环和1％的链的混合物。

 

对于对于酒精生产很重要的糖（麦芽糖，葡萄糖）而言，这种成环是典型的。但是，蔗糖不仅由6个碳原子的环组成，而且还可以形成5个原子的环。

 

α-葡萄糖

现在，第一个C原子上的OH基团（以前是链中的醛基）现在可以被同一C原子上的H原子取代。这导致称为β排列的不同空间排列。

 

β-葡萄糖
 

2.淀粉

 

淀粉是通过将这些环中的几个连接到链上，同时消除水分子而由葡萄糖制成的。所述水是在C1和C4原子间切断。

 

连接两个α-葡萄糖分子，形成麦芽糖

该化合物是麦芽糖。简而言之，您可以为化合物编写以下代码：

 

麦芽糖（麦芽糖）

 

化学符号如下：

 

这意味着α-葡萄糖环的C1原子 连接至第二α-葡萄糖环的C4原子 。淀粉是根据通用公式通过反复连接这些糖而形成的：

 

上式描述了化学纯净的淀粉，称为直链淀粉。纯直链淀粉在空间上弯曲。天然淀粉的结构不是很规则。除了链，还出现了分支形式。

 

当您使用相同的方法连接β-葡萄糖时，会得到纤维素，可以在威士忌酒 桶的木材中找到纤维素。纤维素分子是相互粘附并通过氢键连接的长链。因此，纤维素比淀粉更具纤维性和稳定性。

 

来自大麦的淀粉酶现在可以在键处分裂谷物的淀粉。但是，由于不能识别β形式，因此它不能分裂纤维素链。相比之下，山羊能够借助肠道内的微生物将纤维素分解为糖。

 

该酶攻击链，将其分裂，并从链末端切下双糖（二聚体，麦芽糖）。当整个链分开时，仅保留双链和三链（三聚体）。该酶也不能进一步分裂三聚体。

 

注意，淀粉酶仅在大 麦芽中存在。但是，它也可以将淀粉分解成其他类型的谷物，不仅是大麦。这就是为什么醪的波本威士忌和谷物威士忌通常含有10％的大麦 麦芽。

 

大型谷物酒厂，淀粉糖厂以及美国威士忌酒 厂都利用淀粉的另一特性。淀粉也可以在高温下通过酸水解而分解。的波本 酿酒使用其中炊具玉米是在酸性环境中（熟酸味醪下轻微的过压（1.14巴= 2 psi的超压））在105℃/ 221°F 25分钟，从而加快了淀粉的分裂。

 

从谷物到酒精的最后一步是发酵。酒精发酵是通过酵母进行的。酵母是真菌，而不是细菌。它们在自然界中随处可见。特别是在秋天，当果实成熟时，它们的孢子在空气中大量传播。它们根据以下公式在糖/水溶液中进行简单的化学反应：

 

 

3.酒精发酵

 

所述酵母真菌分割一个葡萄糖分子，产生两个乙醇分子（醇）和两个二氧化碳每个环分子，以及热能。此外，该反应及其随后的副反应会产生芳香物质（酯），使威士忌具有多种口味。酵母只能分解葡萄糖，而不能分解淀粉。 

 

在苏格兰，通常使用两种不同的干酵母：面包酵母和啤酒酵母。（例如，参见Glen Moray或Dallas Dhu）。贝克酵母使发酵过程迅速开始。同时洗涤液被酸化。布鲁尔的酵母在酸性环境下效果更好，并在稍后达到最佳性能。确保洗涤液中酒精含量高。美国威士忌生产商非常重视特殊酵母的果味酯。这就是每个波本威士忌都有自己的酵母的原因（s）。它们已从野生酵母中分离出来，并获得了公司的专利。所有酵母都在内部设施中繁殖（例如，参见《四朵玫瑰》及其实验室），并以液态形式添加到土豆泥中。

 

的二氧化碳从上升发酵，起泡溶液和涂抹在空气中，而在乙醇溶液中累积。该酵母真菌生命不息所释放的能量。这个过程要么持续到所有糖都用完（对于威士忌来说是典型的），要么直到酒精含量上升到足以使酵母通过自己的产品杀死自己（对于具有残留甜味的葡萄酒才典型）。

 

醋-乙酸-醋细菌

 

每个酿酒厂，酿酒厂或酿酒师都必须处理醋细菌。像酵母一样，醋菌也存在于自然界中。他们以酒精为食，产生乙酸。一旦反洗（或发酵罐）被醋细菌感染，其内含物将无法再使用。这就是为什么苏格兰的洗碗池要用化学物质清洗的原因，而美国的发酵罐甚至要在高温下进行消毒。醋细菌进行的基本化学反应如下：

 

乙醇转化为乙酸

由于反应需要氧气，因此通常可以通过严格排除空气来避免醋细菌感染。

 

 

除了此处描述的醋细菌外，还有一些特殊的细菌，它们在产生乙酸之前会先产生自己的酒精。但是，还有更多高度发达的真菌与醋细菌竞争，并且还可以与过程中出现的每种产物发生反应，从淀粉到乙酸。

 

 

大自然对我们来说仍有许多奇观。在对它们进行所有调查之前，我们应该简单地享受大自然的产物。