乾杯！你想了解香檳酒杯裏氣泡的科學嗎_風聞

撰文 | Nicola Jones

翻譯 | Nuor

審校 | 藏痴

打開酒瓶，舉起酒杯，為物理和化學以及美好的事物而乾杯。

在法國葡萄酒之鄉的一個實驗室裏，一羣研究人員小心翼翼地安裝着一台超高速相機。像許多優秀的科學家一樣，他們致力於解開宇宙的秘密，尋求用數學、物理學和化學的語言來描述物質世界。他們的研究對象是：香檳酒中的氣泡。

化學物理學家熱拉爾·利吉爾·貝萊爾（Gérard Liger-Belair）是蘭斯大學“泡沫與香檳”八人小組的負責人，他可能比地球上其他任何人都更瞭解香檳的泡沫。從2001年他的博士論文開始，利吉爾·貝萊爾就開始專注於研究杯子內部和上方的起泡現象。他已經寫了100多篇關於這個主題的論文，包括2021年在《分析化學年度評論》中對香檳和起泡酒的深入研究，以及一本暢銷書《開瓶：香檳的科學》。

利吉爾·貝萊爾回憶説：“當我還是個孩子的時候，我就着迷於吹肥皂泡和看肥皂泡。這種迷戀一直持續着，支撐我做了很多實際工作。氣泡有很多吸引人的地方，不僅僅是氣泡酒的樂趣。”利吉爾·貝萊爾展示了由海霧中微小氣泡破裂之後升入天空形成的氣溶膠，並説明了海洋是怎麼藉此影響雲層形成以及氣候變化的。他甚至幫助天文學家確定了土星衞星土衞六的雷達掃描圖中的一些神秘亮點可能是其極地海洋表面爆出的幾釐米大小的氮氣泡。

利吉爾·貝萊爾很高興在過去20年裏，將工作重點放在香檳和包括可樂和啤酒在內的其他發泡飲料的氣泡上。他的實驗室研究了所有影響氣泡的因素，從軟木塞的類型到酒的成分，再到飲料的傾倒方式。他們研究二氧化碳氣泡是如何影響口感的，包括氣泡的大小和數量以及揮發到杯子上方空氣中的芳香族化合物。

為了尋求答案，他們轉向了氣相色譜法和其他分析技術。並且，在這一過程中，他們拍攝了一些引人注目的照片。世界各地的其他人也將目光投向了氣泡，甚至發明了機器人來穩定地倒酒，並開始關注我們享受氣泡時的心理學。

香檳研究者利吉爾·貝萊爾將高速攝像機對準玻璃杯，捕捉氣泡的變化和上升過程。

從葡萄到玻璃杯的香檳

傳説，當年法國香檳區一家修道院酒窖主人，修士唐·皮耶爾·培裏儂（Dom Pierre Pérignon）喝下了有史以來第一支偶然產生的起泡酒，並感嘆道：“我在喝星星！” 事實證明，這可能是虛構的。最早的起泡酒可能來自法國另一個修道院，而關於發泡問題的第一篇科學論文來自英國人克里斯托弗·梅雷特（Christopher Merret），他在1662年向新成立的倫敦皇家學會提出了這個想法，這比培裏儂當酒窖主人還要早幾年。

生產香檳的傳統方法包括對葡萄進行第一次發酵以生產基酒，再加入甘蔗或甜菜糖和酵母，讓其進行第二次發酵。然後，二次發酵的葡萄酒至少放置15個月（有時是幾十年），期間死亡的酵母細胞會改變葡萄酒的味道。死掉的酵母被冷凍到瓶頸的一個塞子裏，然後拔掉塞子，去掉這些酵母。這中間會散失飲料中的一些氣體。

葡萄酒會被重新裝瓶，有時會加入額外的糖分，瓶子中空氣層和液體層之間建立了新的平衡，並決定了最終的二氧化碳溶解量。(對於那些想看數學題的人來説，有方程式來描述每個階段的氣體含量）。

一個軟木塞從香檳瓶上彈出的短片

科學家們發現，一個由帶有大量粘合劑的小顆粒製成的優質軟木塞，可以讓氣體在瓶子裏保持至少70年。

當然，最終產品的味道在很大程度上取決於原材料。肯尼·麥克馬洪（Kenny McMahon）説：“葡萄是葡萄酒質量的核心。”他是一名食品科學家，在創辦自己的酒廠之前，曾在華盛頓州立大學研究起泡酒。酒的味道很大程度上也取決於在最後階段加入多少糖，麥克馬洪説：“在‘咆哮的二十年代’（1920年代），美國的香檳酒真的很甜。現代人的口味改變很多，而且因國家而異。”

但氣泡也是非常重要的：葡萄酒中的蛋白質，包括來自酵母細胞的蛋白質，可以固定較小的氣泡，使香檳酒杯頂部出現理想的“慕斯”泡沫，在口中發出更清晰的爆裂聲。根據墨爾本大學西格弗雷多·富恩特斯（Sigfredo Fuentes）的説法：一個普通消費者對起泡酒的大部分印象來自於對氣泡的無意識評估。

研究數字農業、食品和葡萄酒科學的富恩特斯説：“你基本上可以通過視覺上的第一反應來判斷喜不喜歡一款香檳。這個效應很強大，以致於人們會很喜歡一種倒酒之前臨時用聲波激發氣泡的廉價無氣葡萄酒，人們甚至願意為這種葡萄酒支付更多的錢，”他笑着説：“對於這種真正的劣質酒，它也可以賣到50美元。”

香檳酒泡沫的黑白照片。

香檳酒杯頂部的泡沫對飲酒者的享受至關重要，不過，過多的二氧化碳會刺激鼻子。

通常情況下，為使飲料具有理想的泡沫爆裂口感和碳酸口味，飲料中每升液體至少需要包含1.2克二氧化碳。但過多的二氧化碳也不合適，杯中空氣中超過35.5%的二氧化碳會刺激飲酒者的鼻子，產生令人不快的刺痛感。在香檳笛（譯註：一種醒酒器）處的刺激性可能更大，因為香檳笛中液體上方的二氧化碳濃度幾乎是寬口的蝶形杯的兩倍。如果從冰鎮的瓶子中倒出，那麼刺激性則低於温熱的瓶子。

利吉爾·貝萊爾的團隊發現，一個好的軟木塞（由用大量粘合劑粘在一起的小顆粒組成）可以將氣體保持在瓶子裏至少70年。在那之後，飲料變得平淡。2010年考古人員在一艘沉船上發現的一瓶沉睡水下170多年的香檳就是一個例證。

利吉爾·貝萊爾和他的同事克拉拉·西林德勒（Clara Cilindre）收到了幾毫升這種珍貴的“靈藥”來研究。在2015年，他們和同事説，這些葡萄酒有一些有趣的特性，包括異常高的鐵和銅的比例（可能來自用於陳釀的木桶中的釘子，或者甚至來自葡萄上的殺蟲劑）。它們還有大量的糖分，但酒精含量卻出奇的低，這也許是因為在比平時更低的温度下進行了晚期發酵。雖然利吉爾·貝萊爾和西林德勒很遺憾沒有機會品嚐他們的樣品，但其他品嚐到的人用“俗氣”等詞語來描述它。

一瓶被淤泥覆蓋的香檳酒，它正躺在一艘水下沉船的殘骸中。這瓶有170年曆史的香檳酒令人失望地平淡無奇，喝起來很“俗氣”。

對於更常見的一瓶普通香檳，甚至倒酒的方法也會對氣泡產生影響。如果將100毫升的香檳直接倒入垂直的香檳笛中，利吉爾·貝萊爾計算出杯子裏有大約一百萬個氣泡。但是，從酒杯側面輕輕倒下的 “啤酒式倒法"會使其增加數萬個氣泡。他説，“如果操作不當，溶解的二氧化碳會有巨大損失。”玻璃內部的粗糙點也可以幫助形成氣泡，一些玻璃製造商在玻璃內部蝕刻形狀以幫助這一過程。麥克馬洪説，為了避免引入產生氣泡的表面活性劑，有些人甚至不會用肥皂來清洗他們的杯子。

香檳口味測試

富恩特斯正在追求另一個角度的商業應用。他的團隊創造了FIZZeyeRobot——一個簡單的機器人設備（原型由樂高積木製成），可以進行穩定的倒酒。機器人使用攝像頭測量玻璃頂部泡沫的體積和壽命，並有金屬氧化物傳感器來檢測玻璃上方空氣中的二氧化碳、酒精、甲烷等物質的濃度水平。該團隊正在使用基於人工智能的軟件，利用這些因素來預測飲料本身的芳香化合物，重要的是，它可以預測酒的味道。(這項研究大部分是針對啤酒進行的，因為啤酒的製造成本更低、速度更快，但它也適用於香檳酒）。

富恩特斯説：“我們可以預測不同消費者對氣泡酒的接受程度，他們是否會喜歡它，以及他們為什麼會喜歡它。”這種預測是基於該團隊自己的品嚐者偏好數據集，以及包括體温、心率和面部表情在內的生物識別技術。他説，使用這一信息可以確定任何起泡酒與死酵母一起放置的最佳時間，以便最大限度製造出好喝的飲品。他預計該系統將在2022年投入商業使用。

當然，人類的味覺是不同的，也是可以被欺騙的。許多研究表明，品酒體驗深受由酒的外觀或環境決定的心理預期影響，包括從陪伴的人到房間的燈光和音樂。然而，利吉爾·貝萊爾通過幾十年的經驗，形成了個人對陳年香檳的偏好（陳年酒往往含有較少的二氧化碳），在接近12攝氏度的温度下，輕輕地倒入一個大的鬱金香型玻璃杯（更傳統地用於白葡萄酒），並且不要倒太滿。

他説：“自從我成為一名科學家後，許多人告訴我，我似乎找到了所有物理學中最好的工作，因為我的職業生涯是圍繞着泡沫展開的，我在一個備有頂級香檳的實驗室裏工作。”“我同意這個説法”，但他真正的職業樂趣，他補充説，“自於我仍然像小時候一樣對泡沫有着孩子般的迷戀，這種對泡沫的熱愛還沒有破滅。”

本文經授權轉載自微信公眾號“中科院物理所”，原題目為《每天喝可樂，你知道碳酸飲料背後的氣泡科學嗎？》。

原文鏈接：https://knowablemagazine.org/article/food-environment/2021/champagne-bubbles-science

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