帝都在上个星期终于供暖了，在一波又一波的降温中，小编科研之余朝思暮想的就是：吃！火！锅！
北风起，宜吃火锅
窗外刮着寒风，窗内雾气袅袅升起，飘满牛油的冒泡的锅底，边缘微卷的羊肉，更别提鲜嫩的毛肚、脆爽的黄喉。吃完之后大汗淋漓，再来点啤酒收尾，这才是冬天正确的打开方式。
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火锅和啤酒，大家可能觉得只是餐桌上一个再正常不过的组合。可实际上，它们的关系复杂多了，你可能不知道的是，我们能随时随地吃上火锅，离不开啤酒厂的努力。
我们现在之所以能够突破地域的限制，享受到牛肉、羊肉、毛肚、黄喉这些美味，离不开现在发达的冷链运输。冷链运输背后是现代制冷技术，而制冷技术广泛的应用，啤酒厂是其中的幕后推手。在这之前，我们需要先了解一下啤酒是怎么生产出来的。
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啤酒是怎样炼成的？
Beer manufacturing
说到啤酒，大家脑海中浮现的就是绿色的玻璃瓶，里面装着600mL棕色的、口感微苦的液体。这恐怕是大多数人对啤酒的第一印象。
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啤酒既然有个“酒”字，那自然就离不开酵母菌的发酵。酿造啤酒的过程简单地来说，首先是要让大麦发芽，大麦芽中含有丰富的淀粉酶，可以将淀粉水解成单糖（酵母菌可是无法直接利用淀粉的），这一步叫做淀粉糖化，得到的含糖液体叫做“麦芽汁” [1]。接下来就是将麦芽汁过滤、并加入啤酒花煮沸，冷却后加入酵母发酵，过滤后得到的就是啤酒。
啤酒酿造流程简图 | 来源：Wikipedia
要说酿造啤酒中哪一步最重要，那当然是发酵了。而根据发酵方法的不同，啤酒大致可以分成三类 [2]。
艾尔(Ale)：Ale指的是一种啤酒发酵术，艾尔酵母在顶层发酵，发酵时间短，发酵温度比较高，艾尔啤酒的典型发酵温度在20~22℃[3]。
拉格(Lager)：Lager来自于德语的Lagern（贮藏），所以拉格啤酒也叫做窖藏啤酒。拉格本身也是一种啤酒发酵术，拉格酵母在底层发酵，发酵时间长，发酵温度低，大约在7~13℃[3]。现在世界上绝大多数啤酒都是拉格啤酒，因为它发酵温度低，发酵速度慢，更容易控制品质，适合大规模量产。
艾尔啤酒和拉格啤酒发酵的差异 | 图片来源：justbeerapp.com
自然发酵啤酒(Wild)：使用空气中野生酵母来自然发酵，天然的野生酵母能将麦芽汁的糖分完全消耗，使得这种啤酒口感比较酸，喝起来比较“酸爽”。
说了这么多，制冷技术和啤酒之间究竟有什么关系？其中的玄机就在“发酵”这一步中。大家都知道，发酵会产生大量热量，而艾尔和拉格发酵时都要严格控制温度，尤其是拉格，它要求发酵的温度比较低。
在没有现代制冷技术之前，生产拉格需要挖出酒窖进行贮藏（这也是Lager的由来），冬天的时候用附近湖泊和河流的冰块填充酒窖，这样到了夏天才能维持一个较低的温度。为了避免夏天炎热的影响，酿酒商还会在酒窖上方种植板栗，因为板栗的树冠大，可以提供足够的阴凉，而它的根系浅，不至于破坏酒窖 [4]。就算采取了这么多措施，以前德国还是有很多地方都禁止夏天酿造啤酒（竟然有这种事？！）。
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所以在现代制冷技术出现之前，拉格啤酒由于发酵温度的原因，受制于季节，没法全年享用，产量也不高。所以，在18、19世纪的时候，夏天喝冰镇啤酒的场景就别想了，不仅空调和冰箱没有，就连啤酒也没有，只剩下酷暑。
制冷技术的历史
Refrigeration technology
制冷技术发展的历史，其实是人类追求食物保鲜的一段历史。为了保存来之不易的食物，人们发明了腌制的方法，让食物脱水，这样就有了火腿、腊肉、烟熏肉等等美味（让餐桌上的菜丰盛了不少）。
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说到制冷，人们最先想到的是冰。冰要冬天才有，人们想到的办法是用冰窖把冬天的冰保存下来夏天用。冰窖一般都建在地下深处，土壤是良好的隔热材料，冬天的时候选个水质好的湖泊或者河流，凿冰搬运到冰窖里，窖口用草、木屑等封口隔热。这种方法保存的冰会有损耗，一但打开窖口后，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 | 来源：Wikipedia
古代除了用冰窖保存冰来制冷，还有利用液体蒸发吸热来制冷的。比如在北非，就会使用一种叫做Zeer的陶罐来制冷。
Zeer陶罐实物 | 来源：Wikipedia
Zeer陶罐工作原理 | 来源：Wikipedia
陶罐的内胆和外壳之间填充湿沙子，然后在罐子上面盖上湿毛巾，当沙子中的水分蒸发时，会带走热量，这样就可以使陶罐里的食物保持比较低的温度，最低可以降到40℉（4.4℃）[5]。从它的原理就可以知道，这种“冰箱”要在干旱的地方使用，比如北非，因为那里空气干燥，露点低，水分蒸发快，这样才能使陶罐内的温度降低。
前面说到德国生产啤酒需要用到冰块冷却，可是工业革命之后，污水的随意排放使得干净的天然水源越来越难找到，用不干净的冰降低酒窖的温度可能会引起健康问题 [6]。用冰来给酒窖制冷的路子走不通了，酿酒商迫切地希望能有机械制冰技术，有需求就会有市场，需求催生了机械制冷。
机械制冷
Mechanical refrigeration
现代制冷技术依靠的也是液体蒸发吸热的原理，从冰箱的发明过程就可以看出来。
苏格兰教授威廉·库伦（William Cullen）在1720年率先研究真空中液体的蒸发。他随后于1748年在格拉斯哥大学展示一种人工制冷的办法——让乙醚在真空中沸腾 [6]。库伦在1755年设计一台小型制冷机，他用泵在乙醚容器上产生部分真空，然后使其煮沸，吸收周围空气中的热量。这个实验产生了少量的冰，但是没法实际应用。
乙醚的沸点为34.6℃，非常容易蒸发，饮水鸟里面封装的就是乙醚，头部被湿海绵套住的玻璃泡因为水分的蒸发，温度降低导致头玻璃泡气压低，从而将乙醚吸到了头部，头重脚轻
1805年，美国发明家奥利弗·埃文斯（Oliver Evans）提到了一个封闭的蒸气压缩制冷循环，通过醚在真空下的蒸发产生冰。1834年，雅各布·珀金斯（Jacob Perkins）建造了世界上第一个可以运行的蒸汽压缩制冷系统，但是商业上不成功。第一个实用的蒸汽压缩制冷系统是由移民到澳大利亚的英国记者James Harrison建造的，他1856年的专利是使用乙醚、酒精或氨气的蒸气压缩系统 [7]。
蒸汽压缩制冷 | 来源：Wikipedia
1870年S. Liebmann的Sons Brewing公司在纽约布鲁克林最先用上了机械制冷，到了1891年，几乎所有的啤酒厂都用上了机械制冷 [6]。机械制冷使得啤酒厂一年四季都可以不间断生产啤酒，而适合于大规模生产的拉格啤酒也大量普及，这也就是为什么现在绝大多数的啤酒都是拉格。多亏了现代制冷技术，拉格啤酒大规模生产，飞入寻常百姓家，让我们这些普罗大众只需花上几元钱就能喝上600mL一支的大绿棒子。
随后，现代制冷技术也被肉食加工厂和乳制品加工厂所采用，用于肉类和乳制品的保鲜，让乳畜业不发达的地区也能享受到肉的滋味。就这样，同样得益于现代制冷技术的生鲜竟和啤酒神奇地在餐桌上会面，成为火锅上的奇妙组合，当你以后和好朋友吃着火锅的时候，不妨给他们讲个火锅和啤酒之间的故事。
参考资料
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Beer
[2] 一篇文章带你读懂所有啤酒种类
[3] https://byo.com/article/controlling-fermentation-temperature-techniques/
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Lager
[5] https://www.instructables.com/id/A-Practical-Zeer-Pot-evaporative-cooler-non-electr/
[6] http://www.peakmechanical.ca/menu/resources/history-of-refrigeration.html
[7] https://en.wikipedia.org/wiki/Refrigeration
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