打開酒瓶，舉起酒杯，為物理和化學以及美好的事物而干杯。

在法國葡萄酒之鄉(xiāng)的一個實驗室里，一群研究人員小心翼翼地安裝著一臺超高速相機。像許多優(yōu)秀的科學家一樣，他們致力于解開宇宙的秘密，尋求用數(shù)學、物理學和化學的語言來描述物質(zhì)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了解香檳的泡沫。從 2001 年他的博士論文開始，利吉爾?貝萊爾就開始專注于研究杯子內(nèi)部和上方的起泡現(xiàn)象。他已經(jīng)寫了 100 多篇關于這個主題的論文，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?貝萊爾回憶說：“當我還是個孩子的時候，我就著迷于吹肥皂泡和看肥皂泡。這種迷戀一直持續(xù)著，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后升入天空形成的氣溶膠，并說明了海洋是怎么借此影響云層形成以及氣候變化的。他甚至幫助天文學家確定了土星衛(wèi)星土衛(wèi)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厘米大小的氮氣泡。

利吉爾?貝萊爾很高興在過去 20 年里，將工作重點放在香檳和包括可樂和啤酒在內(nèi)的其他發(fā)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(shù)量以及揮發(fā)到杯子上方空氣中的芳香族化合物。

為了尋求答案，他們轉(zhuǎn)向了氣相色譜法和其他分析技術。并且，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(fā)明了機器人來穩(wěn)定地倒酒，并開始關注我們享受氣泡時的心理學。

從葡萄到玻璃杯的香檳

傳說，當年法國香檳區(qū)一家修道院酒窖主人，修士唐?皮耶爾?培里儂（Dom Pierre Pérignon）喝下了有史以來第一支偶然產(chǎn)生的起泡酒，并感嘆道：“我在喝星星！” 事實證明，這可能是虛構(gòu)的。最早的起泡酒可能來自法國另一個修道院，而關于發(fā)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，這比培里儂當酒窖主人還要早幾年。

生產(chǎn)香檳的傳統(tǒng)方法包括對葡萄進行第一次發(fā)酵以生產(chǎn)基酒，再加入甘蔗或甜菜糖和酵母，讓其進行第二次發(fā)酵。然后，二次發(fā)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里，然后拔掉塞子，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，并決定了最終的二氧化碳溶解量。(對于那些想看數(shù)學題的人來說，有方程式來描述每個階段的氣體含量）。

科學家們發(fā)現(xiàn)，一個由帶有大量粘合劑的小顆粒制成的優(yōu)質(zhì)軟木塞，可以讓氣體在瓶子里保持至少 70 年。

當然，最終產(chǎn)品的味道在很大程度上取決于原材料。肯尼?麥克馬洪（Kenny McMahon）說：“葡萄是葡萄酒質(zhì)量的核心。”他是一名食品科學家，在創(chuàng)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于在最后階段加入多少糖，麥克馬洪說：“在‘咆哮的二十年代’（1920 年代），美國的香檳酒真的很甜。現(xiàn)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(zhì)，包括來自酵母細胞的蛋白質(zhì)，可以固定較小的氣泡，使香檳酒杯頂部出現(xiàn)理想的“慕斯”泡沫，在口中發(fā)出更清晰的爆裂聲。根據(jù)墨爾本大學西格弗雷多?富恩特斯（Sigfredo Fuentes）的說法：一個普通消費者對起泡酒的大部分印象來自于對氣泡的無意識評估。

研究數(shù)字農(nóng)業(yè)、食品和葡萄酒科學的富恩特斯說：“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，以致于人們會很喜歡一種倒酒之前臨時用聲波激發(fā)氣泡的廉價無氣葡萄酒，人們甚至愿意為這種葡萄酒支付更多的錢，”他笑著說：“對于這種真正的劣質(zhì)酒，它也可以賣到 50 美元。”

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(chǎn)生令人不快的刺痛感。在香檳笛（譯注：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(zhèn)的瓶子中倒出，那么刺激性則低于溫熱的瓶子。

利吉爾?貝萊爾的團隊發(fā)現(xiàn)，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里至少 70 年。在那之后，飲料變得平淡。2010 年考古人員在一艘沉船上發(fā)現(xiàn)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，他們和同事說，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（可能來自用于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溫度下進行了晚期發(fā)酵。雖然利吉爾?貝萊爾和西林德勒很遺憾沒有機會品嘗他們的樣品，但其他品嘗到的人用“俗氣”等詞語來描述它。

對于更常見的一瓶普通香檳，甚至倒酒的方法也會對氣泡產(chǎn)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?貝萊爾計算出杯子里有大約一百萬個氣泡。但是，從酒杯側(cè)面輕輕倒下的 "啤酒式倒法" 會使其增加數(shù)萬個氣泡。他說，“如果操作不當，溶解的二氧化碳會有巨大損失。”玻璃內(nèi)部的粗糙點也可以幫助形成氣泡，一些玻璃制造商在玻璃內(nèi)部蝕刻形狀以幫助這一過程。麥克馬洪說，為了避免引入產(chǎn)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(yè)應用。他的團隊創(chuàng)造了 FIZZeyeRobot—— 一個簡單的機器人設備（原型由樂高積木制成），可以進行穩(wěn)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，并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(zhì)的濃度水平。該團隊正在使用基于人工智能的軟件，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，因為啤酒的制造成本更低、速度更快，但它也適用于香檳酒）。

富恩特斯說：“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?yōu)槭裁磿矚g它。”這種預測是基于該團隊自己的品嘗者偏好數(shù)據(jù)集，以及包括體溫、心率和面部表情在內(nèi)的生物識別技術。他說，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，以便最大限度制造出好喝的飲品。他預計該系統(tǒng)將在 2022 年投入商業(yè)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(huán)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(jīng)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 攝氏度的溫度下，輕輕地倒入一個大的郁金香型玻璃杯（更傳統(tǒng)地用于白葡萄酒），并且不要倒太滿。

他說：“自從我成為一名科學家后，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(yè)生涯是圍繞著泡沫展開的，我在一個備有頂級香檳的實驗室里工作。”“我同意這個說法”，但他真正的職業(yè)樂趣，他補充說，“自于我仍然像小時候一樣對泡沫有著孩子般的迷戀，這種對泡沫的熱愛還沒有破滅。”

作者： Nicola Jones

翻譯：Nuor

審校：藏癡

原文鏈接：Champagne bubbles: the science

本文來自微信公眾號：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：Nicola Jones

總結(jié)

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