לחיים! לשנה החדשה - על המדע שמאחורי משקאות אלכוהוליים

3...2...1...שנה טובה! בעוד מספר שעות מאות אלפים יצאו למקומות הבילוי וירימו כוסות משקה אלכוהולי לחגוג ולציין את השנה האזרחית החדשה. אז לכבוד המאורע, בחרנו לספר לכם על המדע שמאחורי אותם משקאות, ועל היצורים המיקרוסקופיים שמאפשרים לנו "לשמח לבב אנוש".

לחיים !

הספירה לאחור מתקרבת ומתחלפת שנה. רבים מתנשקים ורבים אחרים מרימים ושותים כוסית (או כמה - שתו באחריות ואל תתישבו מאחורי הגה לאחר מכן!) של משקה אלכוהולי קל - יין, שיכר, בירה ואולי אף שמפניה, או כבד (ויסקי, ליקר, ערק, וודקה ואחרים). מי המיקרואורגניזמים המסייעים לנו בייצור המשקאות הטעימים האלה? (על המיקרואורגניזמים המועברים בנשיקות נספר בהזדמנות אחרת).

המולקולה הכימית שאחראית לתחושות אותם אנו חשים לאחר שתיית משקה אלכוהולי קרויה "אתנול", ומקורה, ברוב המשקאות האלכוהוליים, בתהליכי תסיסה המבוצעים על-ידי שמרי האפייה (Saccharomyces cerevisiae), או שמרים אחרים הקרובים להם. בהיעדר חמצן, הם מתסיסים את הסוכרים שבנוזל המוצא (לרוב מיץ פירות) לאתנול ולפחמן דו-חמצני. במיעוט מהמשקאות מתסיסי הסוכר לאתנול הם חיידקים, מהסוג Zymomonas.

המבנה הכימי של אתנול - דגם תלת מימדי
Benjah-bmm27, wikimedia commons

משקאות אלכוהוליים רבים התפתחו כנראה במקרה ממיצי פירות שונים, ש"זוהמו" בשמרים או בחיידקים (שלרוב נמצאים על הקליפה של הפרי), ואוחסנו במיכלים אטוּמים עם מעט או ללא חמצן. השמרים עצמם צרכו את מעט החמצן שנותר וכשזה אזל החלו השמרים בתהליך התסיסה. יין או משקה אלכוהולי אחר, טוב במיוחד, שימש כתחל (סטרטר) ליצירת המשקה הבא מאותו הסוג. כך בעצם נעשתה ברירה לא מודעת (כי באותה תקופה, לא ידעו בכלל על קיומם של השמרים) לזני השמרים "המוצלחים" יותר.

חשוב לציין שהאתנול הנוצר בתהליך התסיסה הוא בעצם פסולת רעילה של המיקרואורגניזמים והצטברותו לריכוז של 14-18% במוצר קוטלת את השמרים ומפסיקה את תהליך התסיסה. זו הסיבה שמשקאות אלכוהולים טבעיים (יין, המיוצר ממיץ ענבים, ובירה, המיוצרת מלֶתֶת) אינם יכולים להכיל יותר מכ-16% אתנול. מוצרים המכילים יותר אלכוהול - ליקרים, וודקה, ויסקי וערק, עוברים תהליכי זיקוק להגדלת ריכוז האתנול (בעברית כונו יין שרף, יי"ש, בשל תהליך הזיקוק).

תושבי מסופוטמיה והשוּמרים יצרו כנראה בירה כבר לפני 12,000 שנה. לוחית חרס מבבל שעליה מרשם להכנת בירה היא העדות הכתובה הראשונה, ועל פיה התֶחל שהוסף ללתת והמים הוא לחם אפוי חלקית (שהשמרים שבתוכו עדיין בחיים - זה מה שאנחנו יודעים היום). תחשבו על התקופה, מדובר על זמן קדום למהפכה החקלאית! הסינים הקדומים הכינו בירה מאורז, והדרום אמריקנים (לפני בוא האירופאים) - מתירס לעוס. הלעיסה המקדימה הייתה חשובה כדי שעמילן התירס יפורק לסוכר על-ידי האנזים עמילז (amylase) שברוק של הלועס.

השמרים - Saccharomyces cerevisiae - מבעד למיקרוסקופMasur, wikimedia commons

למשקאות האלכוהוליים היה תפקיד חשוב בפולחנים קדומים, הבבלים הקדישו את הבירה לאל סיריס והרומאים לאלה קרס (Ceres), שבהקשר לבירה נקראה Cerevisia - ומכאן המילה הספרדית לבירה (cerveza) וגם שם המין המדעי של השמר. הבירה היתה המשקה המועדף במשך דורות, בעיקר במסעות, מכיוון שמים לא היו תמיד בנמצא וגם כשנמצאו לעתים הם לא היו ראויים לשתייה. מסיבה זו היה הצבא הרומאי מצויד בכמויות בירה גדולות שאיפשרה את ההתקדמות המהירה (יחסית) של צבא כבד.

יין נחשב משקה האלים, ויוחדו לו האלים דיוניסוס ביוון ובכחוס ברומא. היין טופח ביוון העתיקה כבר לפני כ-6000 שנה - אז החלו לגדל ענבים מיוחדים ליין. מניחים שלפני כן הכינו יין מענבי בר. גם ביהדות ליין יש תפקיד חשוב ונהוג לקדש איתו בשבתות, חגים ואירועים. בתעשיית היין אפשר להסתמך על השמרים הטבעיים, המצויים על קליפת הענבים, אך יש ייננים המוסיפים שמרים מיוחדים. אם כל הסוכר מותסס, מתקבל יין יבש. אם חלקו נשאר, מתקבל יין מתוק. אחוז האתנול ביין מוגבל ל-14. אך במשקאות אלכוהוליים מפירות אחרים, בהם כמות הסוכר נמוכה יותר, מגיע ריכוז האתנול רק ל-7-4 אחוזים. כדי לקבל יינות מוגזים (למשל שמפנייה) מוסיפים סוכר ליין ואוטמים היטב את הבקבוקים, אז מצטבר בבקבוק הפחמן הדו-חמצני (שגורם לרעש הפקיקה הייחודי).

הבעייה המרכזית בתהליכי ייצור היין והבירה היא קילקולם, דהיינו החמצתם המהירה על-ידי חיידקים. בתעשיית הבירה פתרו חלקית את הבעייה באמצעות הוספת פרחי כשות (Humulus lupulus) לתהליך הייצור - מלבד הוספת המרירות האופיינית מעכבים פרחי הכשות את גידול החיידקים. בתעשיית היין, לעומת זאת, מצא פסטר את הפתרון - חימום של היין לטמפרטורה של 60-50 מעלות למשך כ-2 דקות - רק ב-1857. תהליך נפוץ (גם בחלב) שנקרא היום על שמו - פיסטור. לפתרון זה היה חיסרון - טעם לוואי לא רצוי ליין, ולכן הוחלף במשך הזמן על-ידי תוספת ליין המוכן של תרכובות גופרית (ביסולפיט), כחומרי שימור.

החיידקים המחמיצים את היין, מהסוגים Geobacter ו-Acetobacter, מתסיסים בתנאים בהם יש חמצן את האתנול לחומצה אצטית. החומץ שנוצר בתנאים אלה מכונה חומץ בן יין. אותם חיידקים ואחרים מעורבים ביצירת מיני חומץ אחרים.

שנה אזרחית מוצלחת לכולם. כמו כן, לרוב מומלץ לשתות מים, אבל אם כבר שותים אלכוהול - שתו באחריות ובמידה (בכל זאת, גורם ללא מעט נזקים בטווח הקצר והארוך).

לקריאה נוספת:

(1) הידעת? אלכוהול משפיע שונה על נשים וגברים  - אפרת נתיב רונן ונטלי שמש - "מדע גדול בקטנה"

(2) הידעת? שתיית הכוהל "מתנול" עלולה לגרום לעיוורון ואפילו למוות - פלג בר ספיר  - "מדע גדול בקטנה"

פורסם באתר "מדע גדול, בקטנה"  ובדף הפייסבוק - 31 בדצמבר 2018