來源丨中科院物理所（ID：cas-iop）
作者丨重光
編輯丨重光
帝都終于供暖了，在一波又一波的降溫中，小編科研之余朝思暮想的就是：吃！火！鍋！
北風起，宜吃火鍋
窗外刮著寒風，窗內霧氣裊裊升起，飄滿牛油的冒泡的鍋底，邊緣微卷的羊肉，更別提 鮮嫩的毛肚、脆爽的黃喉。吃完之后大汗淋漓，再來點啤酒收尾，這才是冬天正確的打開方式。
圖丨giphy
火鍋和啤酒，大家可能覺得只是餐桌上一個再正常不過的組合。可實際上，它們的關系復雜多了，你可能不知道的是，我們能隨時隨地吃上火鍋，離不開啤酒廠的努力。
我們現在之所以能夠突破地域的限制，享受到牛肉、羊肉、毛肚、黃喉這些美味，離不開現在發達的 冷鏈運輸。冷鏈運輸背后是現代制冷技術，而制冷技術廣泛的應用，啤酒廠是其中的幕后推手。在這之前，我們需要先了解一下啤酒是怎么生產出來的。
啤酒是怎樣煉成的？
Beer manufacturing
說到啤酒，大家腦海中浮現的就是綠色的玻璃瓶，里面裝著600毫升棕色的、口感微苦的液體。這恐怕是大多數人對啤酒的第一印象。
圖丨pixabay
啤酒既然有個“酒”字，那自然就離不開 酵母菌的發酵。釀造啤酒的過程簡單地來說，首先是要讓大麥發芽，大麥芽中含有豐富的淀粉酶，可以將淀粉水解成單糖（酵母菌可是無法直接利用淀粉的），這一步叫做 淀粉糖化，得到的含糖液體叫做“ 麥芽汁” [1]。接下來就是將麥芽汁過濾、并加入 啤酒花煮沸，冷卻后加入酵母發酵，過濾后得到的就是啤酒。
啤酒釀造流程簡圖丨Wikipedia
要說釀造啤酒中哪一步最重要，那當然是發酵了。而根據發酵方法的不同，啤酒大致可以分成三類 [2]。
艾爾(Ale)：Ale指的是一種啤酒發酵術，艾爾酵母在頂層發酵， 發酵時間短，發酵溫度比較高，艾爾啤酒的典型發酵溫度在 20~22℃[3]。
拉格(Lager)：Lager來自于德語的Lagern（貯藏），所以拉格啤酒也叫做 窖藏啤酒。拉格本身也是一種啤酒發酵術，拉格酵母在 底層發酵，發酵時間長，發酵溫度低，大約在 7~13℃[3]。現在世界上絕大多數啤酒都是拉格啤酒，因為它發酵溫度低，發酵速度慢，更容易控制品質，適合大規模量產。
艾爾啤酒和拉格啤酒發酵的差異丨justbeerapp
自然發酵啤酒(Wild)：使用空氣中野生酵母來自然發酵，天然的野生酵母能將麥芽汁的糖分完全消耗，使得這種啤酒口感比較酸，喝起來比較“酸爽”。
說了這么多，制冷技術和啤酒之間究竟有什么關系？其中的玄機就在“發酵”這一步中。大家都知道，發酵會產生大量熱量，而艾爾和拉格發酵時都要嚴格控制溫度，尤其是拉格，它要求發酵的溫度比較低。
在沒有現代制冷技術之前， 生產拉格需要挖出酒窖進行貯藏（這也是Lager的由來），冬天的時候用附近湖泊和河流的冰塊填充酒窖，這樣到了夏天才能維持一個較低的溫度。為了避免夏天炎熱的影響，釀酒商還會在酒窖上方種植板栗，因為板栗的樹冠大，可以提供足夠的陰涼，而它的根系淺，不至于破壞酒窖 [4]。就算采取了這么多措施，以前德國還是有很多地方都 禁止夏天釀造啤酒（竟然有這種事？！）。
圖丨pixabay
所以在現代制冷技術出現之前，拉格啤酒由于發酵溫度的原因，受制于季節，沒法全年享用，產量也不高。所以，在18、19世紀的時候，夏天喝冰鎮啤酒的場景就別想了，不僅空調和冰箱沒有，就連啤酒也沒有，只剩下酷暑。
制冷技術的歷史
Refrigeration technology
制冷技術發展的歷史，其實是人類追求食物保鮮的一段歷史。為了保存來之不易的食物，人們發明了腌制的方法，讓食物脫水，這樣就有了火腿、臘肉、煙熏肉等等美味（讓餐桌上的菜豐盛了不少）。
圖丨pixabay
說到制冷，人們最先想到的是冰。冰要冬天才有，人們想到的辦法是用冰窖把冬天的冰保存下來夏天用。冰窖一般都建在地下深處，土壤是良好的隔熱材料，冬天的時候選個水質好的湖泊或者河流，鑿冰搬運到冰窖里，窖口用草、木屑等封口隔熱。這種方法保存的冰會有損耗，一但打開窖口后，就要把冰全部用完，不然冰窖里的冰保存不了太久。
伊朗的古冰窖丨Wikipedia
古代除了用冰窖保存冰來制冷，還有利用 液體蒸發吸熱來制冷的。比如在北非，就會使用一種叫做 Zeer的陶罐來制冷。
Zeer陶罐實物丨Wikipedia
Zeer陶罐工作原理丨Wikipedia
陶罐的內膽和外殼之間填充濕沙子，然后在罐子上面蓋上濕毛巾，當沙子中的水分蒸發時，會帶走熱量，這樣就可以使陶罐里的食物保持比較低的溫度，最低可以降到 40℉（4.4℃） [5]。從它的原理就可以知道，這種“冰箱”要在干旱的地方使用，比如北非，因為那里 空氣干燥，露點低，水分蒸發快，這樣才能使陶罐內的溫度降低。
前面說到德國生產啤酒需要用到冰塊冷卻，可是工業革命之后，污水的隨意排放使得干凈的天然水源越來越難找到，用不干凈的冰降低酒窖的溫度可能會引起健康問題 [6]。用冰來給酒窖制冷的路子走不通了，釀酒商迫切地希望能有機械制冰技術，有需求就會有市場，需求催生了 機械制冷。
機械制冷
Mechanical refrigeration
現代制冷技術依靠的也是液體蒸發吸熱的原理，從冰箱的發明過程就可以看出來。
蘇格蘭教授威廉·庫倫（William Cullen）在1720年率先研究真空中液體的蒸發。他隨后于1748年在格拉斯哥大學展示一種人工制冷的辦法——讓 乙醚在真空中沸騰 [6]。庫倫在1755年設計一臺小型制冷機，他用泵在乙醚容器上產生部分真空，然后使其煮沸，吸收周圍空氣中的熱量。這個實驗產生了少量的冰，但是沒法實際應用。
乙醚的沸點為34.6℃，非常容易蒸發，飲水鳥里面封裝的就是乙醚，頭部被濕海綿套住的玻璃泡因為水分的蒸發，溫度降低導致頭玻璃泡氣壓低，從而將乙醚吸到了頭部，頭重腳輕
1805年，美國發明家奧利弗·埃文斯（Oliver Evans）提到了一個封閉的 蒸氣壓縮制冷循環，通過醚在真空下的蒸發產生冰。1834年，雅各布·珀金斯（Jacob Perkins）建造了世界上第一個可以運行的蒸汽壓縮制冷系統，但是商業上不成功。第一個實用的蒸汽壓縮制冷系統是由移民到澳大利亞的英國記者James Harrison建造的，他1856年的專利是使用乙醚、酒精或 氨氣的蒸氣壓縮系統 [7]。
蒸汽壓縮制冷丨Wikipedia
1870年S. Liebmann的Sons Brewing公司在紐約布魯克林最先用上了機械制冷，到了1891年，幾乎所有的啤酒廠都用上了機械制冷 [6]。機械制冷使得啤酒廠一年四季都可以不間斷生產啤酒，而適合于大規模生產的拉格啤酒也大量普及，這也就是為什么現在絕大多數的啤酒都是拉格。多虧了現代制冷技術，拉格啤酒大規模生產，飛入尋常百姓家，讓我們這些普羅大眾只需花上幾元錢就能喝上600毫升一支的大綠棒子。
隨后，現代制冷技術也被肉食加工廠和乳制品加工廠所采用，用于肉類和乳制品的保鮮，讓乳畜業不發達的地區也能享受到肉的滋味。就這樣，同樣得益于現代制冷技術的生鮮竟和啤酒神奇地在餐桌上會面，成為火鍋上的奇妙組合，當你以后和好朋友吃著火鍋的時候，不妨給他們講個火鍋和啤酒之間的故事。
參考資料
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Beer
[2] https://zhuanlan.zhihu/p/20735750
[3] https://byo/article/controlling-fermentation-temperature-techniques/
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Lager
[5] https://instructables/id/A-Practical-Zeer-Pot-evaporative-cooler-non-electr/
[6] peakmechanical.ca/menu/resources/history-of-refrigeration.html
[7] https://en.wikipedia.org/wiki/Refrigeration
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