有一位詩(shī)人曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“整個(gè)宇宙就存在于一杯葡萄酒中?！?/span>

   葡萄酒是一種非常復(fù)雜的化學(xué)混合物，其中97%是水和酒精，但每瓶中還含有數(shù)千種（甚至數(shù)萬(wàn)種）不同的分子，從酸和糖到各種酚類化合物，以及濃度極低的芳香化合物。

   Gavin Sacks是康奈爾大學(xué)的葡萄酒化學(xué)家，他的工作就是識(shí)別出每種不同的葡萄酒是由哪些化合物或哪些種類的化合物在占主導(dǎo)地位的，然后指導(dǎo)釀酒師按需求去提高或降低這些化合物的濃度。

   鑒別葡萄酒中重要的風(fēng)味和芳香分子是非常具有挑戰(zhàn)性的工作。這不僅是因?yàn)槠咸丫浦泻刑嗖煌姆肿樱€因?yàn)檫@些易揮發(fā)的化合物的含量往往非常低。有些鑒賞力特別強(qiáng)的品酒師可以辨別出一些濃度為萬(wàn)億分率（ppt）的化合物。

   一旦識(shí)別出化合物，要確定它來(lái)自哪里也同樣困難。在葡萄中，很少出現(xiàn)葡萄酒里的風(fēng)味分子，這些分子多在葡萄酒的發(fā)酵和儲(chǔ)存過(guò)程中形成。Sacks說(shuō)：”這就像有人去了一家化學(xué)品商店，把所有的瓶子都打翻了，然后指著亂糟糟的東西問(wèn)你都發(fā)生了些什么化學(xué)反應(yīng)。這并不是些特別難以弄清的化學(xué)反應(yīng)，只是它們有很多的可能性?！?/span>

   在傳統(tǒng)化學(xué)家的眼中看來(lái)，這些反應(yīng)也確有令人費(fèi)解之處。Sacks解釋說(shuō)：”葡萄酒與典型的有機(jī)化學(xué)基質(zhì)非常不同。“ 他將釀酒過(guò)程描述為是在室溫且溫和的酸性水溶液條件下，以及有溫和的還原劑作用下出現(xiàn)的一鍋合成法（one-pot synthesis）。如果你翻看教科書(shū)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，在這種條件下，很少能發(fā)生什么有趣的事。但葡萄酒的獨(dú)特之處就在于，這樣的條件會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)的時(shí)間。而且這些反應(yīng)在釀酒過(guò)程結(jié)束后也不會(huì)停止——裝瓶后，葡萄酒中的分子仍然會(huì)繼續(xù)演化。這就是為什么葡萄酒經(jīng)常被描述成一種有生命、會(huì)呼吸的東西。

   盡管存在這些挑戰(zhàn)，但仍有越來(lái)越多的風(fēng)味分子被識(shí)別的例子，釀酒師利用這些知識(shí)改進(jìn)他們的產(chǎn)品。賦予新西蘭的白蘇維翁以獨(dú)特的百香果香氣的3-巰基己醇和3-巰基乙酸己酯的組合就是一個(gè)例子。這些分子是由6個(gè)碳原子組成的直鏈，一端是乙醇或乙酸基團(tuán)，另一端是在第三位碳原子上的硫醇基團(tuán)（巰基）。

   這些分子在新西蘭的白蘇維翁中的濃度通常是其他地方生產(chǎn)的相同品種白蘇維翁的好幾倍。當(dāng)科學(xué)家在尋找原因時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)意料之外的復(fù)雜故事。加州大學(xué)戴維斯分校的葡萄酒化學(xué)家Andrew Waterhouse解釋說(shuō)，新西蘭的獨(dú)特環(huán)境造就了一系列適宜白蘇維翁葡萄生長(zhǎng)和加工的巧合。

   首先，這些化合物的前體——一種亞麻酸——更普遍的存在于生長(zhǎng)在新西蘭的白蘇維翁葡萄中。Waterhouse說(shuō)：“在涼爽的氣候條件下，細(xì)胞膜往往含有更多的不飽和脂質(zhì)，以此來(lái)保持其雙層脂質(zhì)結(jié)構(gòu)的完整性。”

   其次，新西蘭人力勞動(dòng)力短缺，這意味著這里的葡萄通常是用機(jī)器收割的。葡萄漿果被塑料打漿刀從藤上打下來(lái)，落在移動(dòng)的傳送帶上。這是一個(gè)相當(dāng)粗暴的過(guò)程，往往會(huì)打破葡萄漿果。一旦暴露在空氣中，脂質(zhì)前體會(huì)迅速（在一分鐘左右）氧化生成六碳的α,β-不飽和醛。

   然后，這個(gè)分子中的碳-碳雙鍵與一個(gè)含硫的親核物質(zhì)（在有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中提供電子）反應(yīng)，在第三位碳的位置插入一個(gè)含硫基團(tuán)。根據(jù)Waterhouse的說(shuō)法，這種親核物質(zhì)究竟是什么仍有待確定，但它很可能是谷胱甘肽或亞硫酸鹽——在葡萄離開(kāi)葡萄園前，通常會(huì)被噴灑在收采完畢的葡萄上以防止其氧化。當(dāng)Waterhouse開(kāi)始探索新西蘭的白蘇維翁中的這種百香果味道時(shí)，他并不知道還有一些氧化反應(yīng)需要存在。

   當(dāng)葡萄被送到釀酒廠后，會(huì)經(jīng)歷一套標(biāo)準(zhǔn)的白葡萄酒釀造流程——碾碎、傾析（分離液體和固體）、用酵母發(fā)酵。酵母將醛轉(zhuǎn)化為乙醇（酒精），將含硫基團(tuán)轉(zhuǎn)化為硫醇，還會(huì)將一些乙醇轉(zhuǎn)化成乙酸酯，所以最終會(huì)得到3-巰基己醇和3-巰基乙酸己酯，從而使葡萄酒獲得獨(dú)特的風(fēng)味。

   揭示隱藏在葡萄酒背后的科學(xué)原理，使得新西蘭的生產(chǎn)商能夠嚴(yán)格控制他們生產(chǎn)的白蘇維翁的味道。例如，避免手工采收，延長(zhǎng)按壓過(guò)程中皮膚與果汁接觸的時(shí)間，還可以挑選更加適宜的酵母菌株。

   成品酒的儲(chǔ)藏也發(fā)生了變化。在葡萄酒的陳化過(guò)程中，乙酸基會(huì)水解，破壞裝瓶時(shí)葡萄酒中存在的味道分子的完美平衡。一旦明白了這一點(diǎn)，新西蘭的釀酒師們開(kāi)始把葡萄酒儲(chǔ)存在非常低的溫度里，通過(guò)降低溫度來(lái)減緩水解過(guò)程。

   另一種被仔細(xì)研究的獨(dú)特風(fēng)味，是生長(zhǎng)于寒冷氣候中的設(shè)拉子葡萄酒中的黑胡椒味。澳大利亞葡萄酒研究所的葡萄酒化學(xué)家Leigh Francis解釋說(shuō)：“直到不久前，我們還不知道是什么化學(xué)物質(zhì)導(dǎo)致了涼爽氣候下的設(shè)拉子葡萄酒具有這種黑胡椒味?！边@種分子在葡萄酒中具有很高的生物活性，這使得這項(xiàng)研究變得更加困難——有的人能在16ppt中檢測(cè)到它。

   2008年，F(xiàn)rancis的同事們利用氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）技術(shù)，與一組專業(yè)的嗅覺(jué)靈敏者合作，辨別出這種分子就是倍半萜烯類物質(zhì)莎草奧酮（rotundone）。他說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)，此前曾有報(bào)道稱在莎草（又名香附）中發(fā)現(xiàn)過(guò)這種化合物，但并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)它是一種風(fēng)味化合物。“后來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，莎草奧酮在黑胡椒和許多其他草藥和香料中普遍存在。它也作為一種特殊的酒味化合物存在于葡萄中。

   Francis團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，隨著葡萄逐漸成熟，莎草奧酮的濃度會(huì)增加。因此，在決定什么時(shí)候開(kāi)始采摘葡萄時(shí)，設(shè)拉子生產(chǎn)商要開(kāi)始考慮他們想要葡萄酒中的黑胡椒味有多濃。

   科學(xué)家還研究了莎草奧酮的含量在不同葡萄園之間的變化。眾所周知，葡萄園不一定是整齊劃一的，即使它們?cè)谝曈X(jué)上看起來(lái)一樣、用同樣的材料種植、以同樣的方式養(yǎng)護(hù)，某些地區(qū)就是能生產(chǎn)出顏色更深或風(fēng)味不同的葡萄酒。這種風(fēng)味的變化意味著，一些釀酒師會(huì)將葡萄園一片片地收割，將在相似時(shí)間成熟的葡萄藤合在一起。

   Francis的團(tuán)隊(duì)一直在與一些酒廠合作，他們繪制不同葡萄園中設(shè)拉子葡萄果實(shí)中莎草奧酮的濃度分布圖，以便更好地了解這種所謂的批次處理任務(wù)的過(guò)程。在鄰近的澳大利亞維多利亞州的朗基基蘭山（Mount Langi Ghiran）葡萄園中，莎草奧酮的含量非常高，他們發(fā)現(xiàn)在一片6公頃的區(qū)域內(nèi)，濃度變幅高達(dá)50倍。研究小組發(fā)現(xiàn)，莎草奧酮的含量變化與光照水平密切相關(guān)。遮蔭較多的葡萄中，這種胡椒化合物含量會(huì)較高。

   朗基基蘭山的葡萄栽培師Damien Sheehan解釋說(shuō)，在與Francis合作之前，他們只分兩三個(gè)批次對(duì)這片6公頃的葡萄進(jìn)行采摘，“我們從一行的一端開(kāi)始，一直走到另一端，然后繼續(xù)重復(fù)。整個(gè)過(guò)程相當(dāng)粗糙?，F(xiàn)在我們分13個(gè)批次采摘葡萄，然后分別對(duì)每個(gè)批次進(jìn)行發(fā)酵。”這樣一來(lái)，葡萄酒的質(zhì)量就會(huì)更高。他的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在采摘的葡萄含有最適合買(mǎi)家口味的莎草奧酮。一些釀酒廠也開(kāi)始改變葡萄冠層的管理策略，以控制莎草奧酮的濃度水平。

   涼爽氣候下的設(shè)拉子葡萄酒和白蘇維翁可能含有一到兩種主要的風(fēng)味化合物，但這并不常見(jiàn)。通常情況下，化合物的組合會(huì)給不同的葡萄酒品種帶來(lái)獨(dú)特的風(fēng)味。

   Francis的團(tuán)隊(duì)目前正在探索霞多麗（Chardonnay）和其他一些白葡萄酒中杏味和桃味的來(lái)源。早期的氣相色譜分析和人類嗅覺(jué)分辨并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)是哪種共同的氣味化合物導(dǎo)致了這種所謂的核果（指桃、杏、櫻桃等內(nèi)果皮木質(zhì)化形成核的果實(shí)）特性——相反，人們懷疑這是一種混合物。

   2018年，F(xiàn)rancis的團(tuán)隊(duì)報(bào)告說(shuō)，通過(guò)感官?gòu)?fù)原研究，他們確定是單萜和內(nèi)酯的混合物產(chǎn)生了這種核果風(fēng)味。Francis說(shuō)，一旦你認(rèn)為已經(jīng)確定了這些化合物是什么，就會(huì)將猜測(cè)的物質(zhì)添加到一個(gè)中性介質(zhì)中，看看是否可以復(fù)制出同樣的味道。到目前為止，葡萄酒研究中還沒(méi)有廣泛采取這種感官?gòu)?fù)原步驟。

   另一種從葡萄酒中分辨出風(fēng)味化合物的混合物的方法是從人工葡萄酒基質(zhì)中“提出”單類分子，然后觀察味道的變化。這種方法是從已知的芳香化合物混合物中去除單個(gè)成分，看看它對(duì)混合物的影響。了解所有這些芳香成分之間的相互作用，以及它們?cè)诨旌衔镏腥绾蜗嗷ビ绊?，已?jīng)成為葡萄酒研究、甚至是更廣泛的感官科學(xué)的一個(gè)主要領(lǐng)域。

   如今，大多數(shù)釀酒師都會(huì)采用科學(xué)技術(shù)來(lái)改進(jìn)他們的葡萄酒——盡管許多釀酒師仍然傾向于以一種非常傳統(tǒng)的方式來(lái)呈現(xiàn)他們的產(chǎn)品，而將科學(xué)技術(shù)隱藏在傳統(tǒng)的背后。大多數(shù)釀酒廠會(huì)在內(nèi)部進(jìn)行簡(jiǎn)單的化學(xué)分析，比如檢測(cè)糖和酸的含量。大型釀酒廠通常有工具來(lái)進(jìn)行更深入的化學(xué)分析。對(duì)于其他必要的測(cè)試，還有專門(mén)的協(xié)議實(shí)驗(yàn)室。但是目前還沒(méi)有一種能快速檢測(cè)低濃度的芳香分子或它們的前體的方法。

   Sacks正在研制這樣一種方法。他設(shè)想這種方法可以用于大型商業(yè)釀酒廠，幫助確定哪些葡萄應(yīng)該一起發(fā)酵。在大型釀酒廠的收獲季節(jié)，每隔15至30分鐘，就會(huì)有好幾噸從不同葡萄園運(yùn)來(lái)的葡萄被裝進(jìn)釀酒槽里。釀酒師要做的最重要的決定之一就是弄清楚這些葡萄中的哪一種將和其他葡萄一起發(fā)酵。

   目前在其他行業(yè)中，低揮發(fā)性測(cè)量的黃金標(biāo)準(zhǔn)是氣相色譜-質(zhì)譜法，測(cè)量每個(gè)樣本通常需要30-60分鐘。Sacks希望每次分析的時(shí)間能降低到30-60秒。他選擇的工具是環(huán)境離子化質(zhì)譜法（AIMS），這種方法會(huì)將機(jī)器外部的樣品離子化，然后將樣品吸進(jìn)機(jī)器內(nèi)部進(jìn)行分析。它能嗅出整個(gè)葡萄以及幾毫升葡萄汁或葡萄酒中的分子。但由于味道分子往往含量很低，它們的信號(hào)往往會(huì)淹沒(méi)在葡萄酒中那些更大的化學(xué)成分所產(chǎn)生的噪音中。

   文中所提到的幾位葡萄酒化學(xué)家都認(rèn)為，這份能將對(duì)化學(xué)研究的熱愛(ài)與最喜愛(ài)的酒結(jié)合起來(lái)的工作是他們夢(mèng)寐以求的。Waterhouse說(shuō)：“這份工作讓我更懂得享受葡萄酒，因?yàn)楫?dāng)我品嘗不同的葡萄酒時(shí)，我可以從不同的層面上理解自己品嘗到的味道。如果周圍有其他化學(xué)家，我們會(huì)從化學(xué)成分的角度來(lái)討論葡萄酒的味道。但如果我不和化學(xué)家在一起，我就不會(huì)那樣做，因?yàn)槲也幌氡憩F(xiàn)得沒(méi)禮貌。