培育让啤酒更美味的酵母菌
研究人员根据香气、口味以及啤酒花的新鲜程度等指标给新品啤酒打分，满分为6分。
韦斯特里彭实验室的冷库里保存着3万多种酵母菌，其中包括野生菌株、工业用菌株和其他创新品种。
炎炎夏日，你是否想在下班之后喝上一杯冰啤酒呢?
在比利时鲁汶大学的一个实验室，每周要举办两次别开生面的啤酒品尝会，参与者每人喝上十几杯风味各异的啤酒。这对啤酒爱好者来说很有吸引力，但这并不是真正的啤酒聚会。研究人员们聚在这里，是要实现一个宏大的梦想——培育完美的酵母菌株，开发出风味独特啤酒。
凯文·韦斯特里彭举起酒杯抿了一小口，“乙酸乙酯的味道。”他说。乙酸乙酯是一种用于甜食、让人尝起来有梨子味的化学物质，高浓度的乙酸乙酯散发的气味像指甲油。
在韦斯特里彭实验室工作的一名研究生布里吉达·加洛尼检测到了乙酸乙酯和另一种气味——4-VG，她在品尝分析表上写下：
一种像烟味、丁香味和牙科诊所味道的混合气味。“我喜欢4-VG，但我觉得气味太浓烈了一点。”另一位名叫斯蒂恩·默滕斯的博士生闻到的是湿纸板的味道——这是陈啤酒中常有的气味。“我闻到了反-2-壬烯醛的气味，”他说。
博士后米格尔·罗尼科洛尼主持这样的品酒会已有一年多了。
他们的啤酒品尝会是一个研究项目的一部分：对市场上200多种比利时啤酒的性状及特点进行描述。他们的分析评价，以及对产生啤酒各种不同口味和香气的几十种化学物质的精确检测，让消费者能够将自己喜爱的啤酒与实验室的介绍作比较，挑选出想要尝试的新口味。
酵母菌与啤酒风味
韦斯特里彭不仅仅是要帮助啤酒爱好者选择美味佳酿，他还有一个更宏伟的梦想：培养完美的酵母。在他的实验室里，研究人员将产生啤酒风味的化学和遗传学基础知识运用于培育新的酵母菌株上，以开发出新的独特风味和令酿酒者和啤酒爱好者追捧的品质。
实验室里的啤酒研究者在进行啤酒研究的同时，也参与到了啤酒的工业酿造过程中，他们的研究领域包括：酵母的演化和生物化学机制，甚至还包括神经科学的研究。他们与来自世界各地的啤酒制造商签订合同，从跨国企业集团到带动潮流的工艺小啤酒厂。
实验室在一篇发表于《细胞》杂志的论文中，报道了他们与一家向啤酒制造商提供酵母的主要供应商和一家合成生物公司合作完成的项目：用于酿造啤酒、日本米酒以及其他发酵制品的150种酵母菌株的基因组。
对于依赖于化学与微生物学间复杂反应的啤酒产业来说，能给啤酒带来更佳风味的酵母菌株可是热门商品。“凯文的实验室是啤酒爱好者关注的焦点，人们很想知道那里开发了哪些新东西。”美国科罗拉多州科林斯堡精酿啤酒厂酿酒师彼得·伯卡特说。
决定啤酒风味的，其实只有寥寥几种原料。其中谷物(主要是麦芽)提供糖和酒体，但也能对啤酒风味产生影响;啤酒花会带来苦味，一些工艺啤酒会带有热带水果味;溶解在水中的矿物质会影响谷物和啤酒花的味道;酿酒酵母则提供酒精、气泡和上百种香味化合物。发酵过程中产生许多不同的化学物质，从给德国小麦啤酒带来香蕉味的乙酸异戊酯到让啤酒产生丁香味的4-VG。
啤酒制造商引领了酵母科学的发展。丹麦的嘉士伯啤酒厂在1875年建立了全世界最早的酵母生物学实验室，埃米尔·克里斯汀·汉森于1883年在那里首次分离出酿酒酵母的纯菌株。上世纪三四十年代，另一位就职于嘉士伯啤酒公司的科学家杰维德·温吉发现，酵母既可有性繁殖，也可无性繁殖，于是利用这一特点来培育具有实用酿造性状的新菌株。
酵母从酿酒厂走进生物实验室
温吉的研究让酵母从酿酒厂走进了生物实验室，如今许多科学家都以酿酒酵母作为探索细胞内部复杂机制的模型。尽管酵母研究与生命科学的结合历史悠久且成果斐然，但韦斯特里彭指出，许多啤酒制造商在酵母使用上仍然停留在十九世纪的水平。“啤酒制造商，尤其是传统的啤酒制造商，通常所用的都不是经优化的酵母。”大多数啤酒商在所有啤酒产品中只使用一种菌株，抑或是酿酒厂自己分离的菌株，或者是几十年前从其他酿酒厂借用的菌株。
韦斯特里彭决心要改变这一切。他起初在南非的一家葡萄酒酵母菌实验室工作，1999年加入鲁汶大学的啤酒实验室攻读博士学位。但他发现大部分研究都只是为酿酒商解决问题。“没有人认真地进行任何生物学的研究。”他说。失望之下，他转而来到美国马萨诸塞州剑桥市的怀特黑德生物医学研究所，跟随于上世纪70年代开创了酵母菌基因工程研究的杰拉尔德·芬克，从事博士后研究工作。然而，尽管那里的科学家热衷于酵母研究，但却没人对啤酒感兴趣，至少不会在白天工作时间对啤酒有兴趣。韦斯特里彭的研究重点是致病性酵母菌附在人体组织上的蛋白质。他发现，酵母菌的粘附性由某个特定基因上的DNA序列的重复次数决定。“这就好比越长的尼龙搭扣越容易粘住东西一样。”他解释道。
这种蛋白质还与酵母菌的絮凝过程有关，即酵母菌细胞在啤酒中凝聚成团，并从液体中析出的过程。不同菌株的絮凝特性也有所不同，由此影响啤酒的风味、清澄度和酒精浓度。
2005年，韦斯特里彭在哈佛大学建立了自己的实验室，重点研究不同的DNA序列重复在产生啤酒风味多样性方面所起的作用。他还将啤酒酿制融入哈佛大学本科生生物学课程中。但在2009年回到鲁汶大学前，啤酒都不是他主要的研究课题。
上万种菌株提供多样化选择
韦斯特里彭希望能将他所从事的研究与他对啤酒和葡萄酒的兴趣结合起来，但他与啤酒行业的合作却始于瑞士一家巧克力公司打来的一个电话。总部位于苏黎世的百乐嘉利宝公司是世界上最大的可可生产厂家之一，要将苦味可可豆转为可可粉，传统做法是由酵母菌来完成的。当时他问：“巧克力也要发酵吗?”然后才意识到这是一个很傻的问题。
尽管如此，百乐嘉利宝公司还是成了向韦斯特里彭实验室咨询的第一家客户。如今他的实验室年收入在50万欧元左右。实验室的25位科学家中有一半人都在从事与啤酒、生物燃料和其他发酵产品相关的应用研究，其他人从事的则是表观遗传学、分子演化等基础研究。
初一看，韦斯特里彭的实验室和其他微生物实验室没什么不同，实验桌上摆满了离心机、培养皿和吸量管等实验器具，还有一个装满了小玻璃瓶的细菌培养箱，瓶子里装满了麦芽、糖和啤酒花。韦斯特里彭指着几个箱子说：“现在这里的啤酒并不很多。”实验室的储藏室里存放着上百个用于测试的不透明的黑色玻璃杯，品酒师品酒时是看不到杯子里的啤酒的。
实验室的冰箱里存放着3万多种酵母菌，其中包括全世界范围内用于酿酒、烘焙等的上千种菌株，以及从水果、花卉、昆虫中分离出来的近千种野生菌株。对这些酵母菌影响啤酒口味以及啤酒制造商关注的其他性状的基因，研究人员都已进行了归类描述。实验室正与加州一家酵母供应商实验室以及拉霍亚附近克雷格·文特尔的合成基因组公司合作，建立工业用酵母菌的系谱。
冰箱里还保存着实验室开发的全新菌种，它们是由培育新品啤酒所需的性状独特的菌种组合而成。实验室最近正在筛选导致这些性状的相关基因，韦斯特里彭认为，这种通常用于农业育种中的遗传标记辅助育种法，将从根本上改变啤酒酿造业。例如，加拿大一家啤酒制造商订制了其中一种菌株，他们想要开发一种酒精含量低但风味浓烈的啤酒，另一家啤酒制造商则想要订制一种可产生巧克力香味的酵母。
机器人帮忙大规模自动配种
实验室用机器人配种，一天可完成上百次酵母配种，产生的菌株多得根本来不及分析和品尝。为解决生产过剩问题，研究者们正在研发一种可自动检测酒精含量和产生啤酒香味化合物的微流体芯片，并尽快引进一套每次能酿造500升啤酒的大型装置，以更好地解决工业规模啤酒酿造的问题。
韦斯特里彭大量保存的各种酵母品种，让他的实验室成为了啤酒制造商寻找独特风味的一站式服务点。例如，伯卡特想要某种“特别”的香味，如谷仓或马毯的味道，但不要通常与之相伴的水果味，他品尝了实验室里有可能满足要求的四种菌株，但没有一种能用在他想要的新品种啤酒上，至少现在还不能。“但这并不意味着我们不看好它们的未来商机。”他说。
韦斯特里彭指出，之前酿酒酵母的开发主要是通过自然变异对风味和其他性状进行调整和选择，如今还可以在这个基础上，通过基因改造作进一步的改进。“传统育种方法可增强风味十倍，而基因改造方法可增强风味百倍甚至千倍，我们已经做到了。”啤酒制造商对此感到兴奋。目前，实验室为啤酒产业提供菌株主要用的还是更为传统的技术，比如传统育种和定向进化。基因编辑技术(如，CRISPR)，也能用于自然产生的各种风味的酵母菌株，能更快地达到传统育种的目标。
全球有名的啤酒制造集团——百威英博集团(百威和时代啤酒的制造商)，目前与韦斯特里彭的实验室有着合作关系。公司酵母与发酵部门高级科学家菲利普·玛尔克普斯说：“百威英博感兴趣于开发野生酵母菌的多样性，以获得传统酿酒菌株中无法获得的风味和其他性状。”
韦斯特里彭与这些企业的大多数合作都签署了严格的保密条约。“我们一些优秀的应用研究成果既不允许发表，也不允许讨论，这对于想要分享的科学家来说是很沮丧的。”他说。
但一些规模较小的酿酒厂在这方面通常更为自由。奥瓦尔(Orval)是比利时六家由修士管理的啤酒厂之一，这家啤酒厂拒绝签署保密协议，在要求韦斯特里彭为他们啤酒厂自己的菌株测序时，甚至不愿意签合同。“如果你连修士都不能相信了，那你还能做什么呢?”韦斯特里彭说。他自己家的冰箱里放满了奥瓦尔啤酒，这是他最喜爱的啤酒之一。伯卡特说，实验室曾提议他们把自己开发的一种酵母菌株独家享有，但他拒绝了，他的回答是：“我是一个工艺酿酒者，我不想独家享有菌株，而是希望能将菌株送给更多的人。”
应用和理论研究形成互动
应用研究给理论研究带来了新的启示。韦斯特里彭的团队一直在努力解决从啤酒制造商那里听来的一个问题：啤酒制造商通常会重复使用某种酵母以节省成本，但也会用葡萄糖(酵母菌偏爱的食物)定期进行新菌株培养，然后，将酵母菌放进主要成分为麦芽糖的未发酵啤酒中;由于酵母菌对新的食物源有时反应比较迟缓，因此，啤酒完全发酵的时间较长，有时需要几天时间，增加了啤酒被周围环境污染的风险。“酵母菌不仅能够记得自己之前吃过什么，还记得它们的曾曾祖母吃过的是什么。”韦斯特里彭说。这一机制似乎与DNA或蛋白质的表观遗传修饰继承有关，这也是实验室目前的研究重点之一。
实验室发现，优质啤酒与优质科研成果通常是携手并进的。默滕斯的博士课题是发明一种用于制作拉格啤酒的新酵母菌株。拉格啤酒的酿造温度比其他啤酒低，用的是几个世纪前的一种酵母。尽管拉格啤酒销量很大，但风味多样化有限。
为生产出具有更多风味拉格啤酒，默滕斯在多种菌株之间进行配种，以产生新的酵母。用这些酵母酿出的啤酒有的有洋葱味，有的发酵不好，但一种将上好比尔森啤酒(一种淡拉格啤酒)的清爽口感与拉格啤酒中不常见的淡淡水果味结合起来的新品啤酒，在实验室成员中大受欢迎，实验室冷藏室里保存的这种啤酒常常被一扫而空。一些酿酒厂正在对产生这种啤酒风味的 H29菌株进行测试。
默滕斯很乐意看到自己新开发的酵母菌能应用于啤酒产业，但他同时也希望，能为他开发的其他菌株进行基因组测序，以理解不同的菌种之间是如何杂交的，或许还能找出拉格啤酒酵母产生的初始条件。“我们有了啤酒制造商们喜欢的新酵母菌，但我们正在研究菌种杂交的基本机制，这已经超出了啤酒科学的范畴。”
