尼娜Notman谈判葡萄酒侦探揭露风味分子在我们喜爱的烈酒
“酒是一种罕见的例子,一个消费者打包好,变化不仅仅是容忍,庆祝,”解释Gavin麻袋,葡萄酒纽约州康奈尔大学的化学家,我们。超过400000种不同的葡萄酒目前可供销售在美国和饮酒者期望每一个独特的气味,外观和味道。虽然他们可能不会意识到它,因此他们希望化学在这些瓶子是不同的。
葡萄酒是一个令人惊讶的复杂的化学混合物。它是97%的水和酒精,但每个瓶子还包含成千上万,如果不是数以万计的不同的分子,从糖酸和酚类化合物和极低浓度的香气化合物。
葡萄酒化学家的工作如袋是确定这些化合物,甚至类化合物,在每个葡萄酒最主要的品种,然后直接酿酒师走向实践,增加或减少他们作为葡萄酒所需的浓度。这可能意味着改变葡萄园管理,如何以及何时采摘葡萄,酿酒过程甚至葡萄酒是如何存储的。
他们没有反应很难弄清楚但有很多可能性
识别重要的葡萄酒味道和香气分子是具有挑战性的。这部分是由于它包含大量不同的分子,也因为这些挥发性化合物往往出现在非常低的水平。一些可以探测到的饮酒者在兆分之(ppt)浓度。
一旦确定,确定分子来自哪里可以同样困难。这是罕见的葡萄酒风味分子存在于葡萄本身,而在发酵过程中形成和葡萄酒存储。这就像有人去化学商店,把所有的瓶子打翻了,然后指着这个烂摊子,问什么反应发生,”萨克斯说。他们没有反应很难弄清楚但有很多可能性。”
反应也很模糊,至少传统化学家的眼睛。典型的有机化学的酒是如此不同矩阵,”他解释说。他描述了酿酒合成发生在温和的酸性水溶液条件下,在室温和在存在轻微的还原剂。如果你看看教科书没有什么有趣的事情发生在这些条件下,但独特的葡萄酒是很长一段时间发生的,”萨克斯说。和这些反应时不要停止酿酒过程——一旦瓶装葡萄酒中的分子继续发展。这就是为什么葡萄酒通常被描述为一个生活,呼吸的东西。
长相思的秘密
尽管存在这些挑战,还有越来越多的例子的风味分子识别和酿酒师然后使用这些知识来提高他们的产品。结合相关的硫醇3-mercaptohexanol和醋酸3-mercaptohexyl新西兰白苏维浓独特的西番莲之果实香气就是这样一个例子。这些分子连续六个碳原子链与酒精或醋酸集团一端和硫醇三个碳链,安德鲁·沃特豪斯解释说,美国葡萄酒化学家加州大学戴维斯。几乎任何一个硫醇,波动也将有一个强有力的香气,因为我们的嗅觉探测器就是喜欢SH组,”他说。
这些分子通常在从新西兰白苏维浓发现多方面的浓度更高,在同一品种在其他地方,当科学家们去寻找他们发现意外的原因复杂的故事。它是由于一系列的幸福的事故在新西兰的独特环境种植和加工的长相思葡萄,沃特豪斯解释说。
首先,他们的前身-亚麻酸是在新西兰的长相思葡萄种植更为普遍比在温暖的气候。在凉爽的气候条件下,细胞膜往往有更多的不饱和脂质为了维持他们的脂质双分子层的完整性,”沃特豪斯说。其次,缺乏体力劳动在新西兰通常意味着葡萄收获机。葡萄的葡萄浆果抨击和塑料搅拌器栏和下拉到下面的一个移动的传送带。说,这是一个相当暴力的过程。沃特豪斯,会打开葡萄。一旦开放的空气,脂质前体迅速氧化(在一分钟左右),形成六元α,β-unsaturated醛。
这个分子的碳碳双键与含硫亲核试剂反应,插入一个含硫组C3位置。据沃特豪斯亲核试剂的身份仍待确定,但可能是谷胱甘肽,葡萄的天然抗氧化剂,或亚硫酸盐,定期喷洒到machine-harvested葡萄在他们离开之前葡萄园,以防止氧化(参见下面的盒子氧化原理)。当沃特豪斯开始探索这个有味道在新西兰白苏维浓他不知道,有些需要氧化。
葡萄然后带进酒庄的接受标准的白色酿酒过程——破碎、卸载,然后用酵母发酵。酵母将醛的酒精和含硫组硫醇,沃特豪斯解释说。的酵母也将一些醇乙酸酯,所以最后3-mercaptohexanol和醋酸3-mercaptohexyl给葡萄酒独特的味道。
发现他们的葡萄酒背后的科学使得新西兰生产商严格控制生产的白苏维浓的味道。Hand-harvesting可以避免,皮肤汁接触的长度在紧迫的推动和酵母菌株,尤其善于把乙酸组选择,例如。成品酒的储存也发生了变化。在乙酸组倾向于水解老化,扰乱味道的完美平衡分子存在于葡萄酒在装瓶,沃特豪斯说。一旦理解,新西兰葡萄酒开始保持葡萄酒很冷,直到他们被出售,因为你可以通过降低温度缓慢水解的过程。”
氧化原理
酿酒师与氧有复杂的关系,解释了我们酒化学家安德鲁·沃特豪斯从加州大学戴维斯。“传统上,氧气被视为酿酒的敌人,因为可用的技术,直到大约几百年前无法保持氧气。酒,当时一年多的老会尝起来像醋。
今天,几乎可以完全排除氧气从酿酒和存储过程。但这并不总是想要的氧气可以推动一些可取的风味分子的形成。酿酒师不得不学习如何控制使用氧气在酿酒,”沃特豪斯说。自1990年代中期以来,例如,增加氧气控制——被称为microoxygenation——被广泛实践。在赤霞珠,例如,它削弱了蔬菜、椒香气和水果品尝葡萄酒,你最终的沃特豪斯说。“有很多感兴趣的理解发生的反应。很复杂,因为有很多组件酒,他们都可以以不同的方式做出反应。”
看着这是英国约翰Danilewicz另一个化学家。之前他的“退休”20年前,Danilewicz药物发现化学家的制药巨头辉瑞三明治网站在肯特郡。当他离开辉瑞Danilewicz栽了一个葡萄园小型商业附近建造了一个酒厂,他最近出售。他还建立了一个运行时在家葡萄酒化学研究实验室在他的花园里。在这里,他研究葡萄酒氧化的机理。我非常感兴趣氧气氧化的机制,因为不与任何葡萄酒组件直接反应;其反应是催化了铁,总是存在少量的葡萄酒,Danilewicz解释说。铁(II)是第一个氧气氧化的单电子转移步骤生产铁(III)。这是氧化剂,氧化各种酒,茶多酚等。
他还致力于改善基本的认识亚硫酸盐是如何工作的。通常添加到葡萄酒是防止氧化在生产过程的各个阶段和最后完成葡萄酒。Danilewicz看到亚硫酸盐的最终目标是使用更科学地提高葡萄酒的质量。
破解胡椒神秘
另一个独特的葡萄酒的味道一直在显微镜下了黑胡椒字符在设拉子生长在凉爽的气候。直到最近我们不知道化学是导致黑胡椒味在凉爽气候设拉子,“李解释说弗朗西斯,葡萄酒澳大利亚阿德莱德葡萄酒研究所的化学家。的追求是困难的分子的高生物活性的葡萄酒——有些人可以检测16 ppt。
2008年,弗朗西斯的同事使用气相色谱分析-质谱法(gc - ms)与一个专家小组人类嗅探器来识别分子的倍半萜烯rotundone。我们发现它之前报告的螺母草香附子但它没有以前被公认为是风味化合物,”他说。后来的研究发现,rotundone流行黑色花椒和许多其它药草和香料。也是——不同寻常的酒风味化合物——也出现在葡萄。
进一步的工作由弗朗西斯的研究小组发现,rotundone浓度增加葡萄成熟。设拉子生产商因此开始考虑如何暴躁的他们希望自己的酒葡萄收获在决定何时开始。
科学家们也一直在看着rotundone水平如何不同个体的葡萄园。“众所周知,葡萄园不一定是制服,”弗朗西斯解释道。即使它看起来视觉效果相同,用同样的材料种植和生长在同样的方式,可以产生一个深色的或某些领域different-flavoured酒。“这味道变化意味着一些酿酒师在包裹收获他们的葡萄园;成排的葡萄园组成的,在同样的时间成熟。
弗朗西斯的团队已经与一些葡萄酒厂合作,更好的通知这个所谓的批处理过程,通过映射的浓度rotundone设拉子葡萄浆果在他们的葡萄园。山Langi Ghiran葡萄园在邻国澳大利亚州维多利亚rotundone水平很高,他们发现一个6公顷地区50倍浓度的变化。研究小组发现,强烈的水平变化与光水平。的藤蔓更材质有高水平的胡椒化合物,”弗朗西斯解释道。
寻找完美的融合
达米安•希恩,葡萄栽培者和总经理山Langi Ghiran,解释说,之前与弗朗西斯他们选择了六公顷用于生产旗舰酒仅在两个或三个不同的批次。我们将开始一端的行和一直到另一端的行,然后继续工作。这是相当粗糙。现在我们选择多达13个单独的包裹的水果块,单独发酵与每一个包裹。结果,他解释说,是一个高质量的葡萄酒。他的团队正在挑选水果,其中包含的浓度rotundone最适合买家的口味。一些葡萄酒厂也开始改变树冠管理策略操纵rotundone水平。
凉爽的气候设拉子和白苏维浓可能有一个或两个主要风味化合物,但这是不寻常的。通常是他们独特的风味化合物的组合给葡萄酒品种,弗朗西斯解释道。他的团队正在探索杏和桃子的起源在霞多丽和其他一些白葡萄酒口味。气相色谱法配合早些时候人类嗅探工作没有找到一个共同的香气化合物这所谓的核果的角色——一个负责混合物被怀疑。2018年,弗朗西斯的团队使用感觉重建研究报道,他们认为这是一个单萜和内酯的混合物,产生这种核果的味道。一旦你觉得你已经确定的化合物是什么,他们被添加到一个中立的媒介角色是否可以复制,”弗朗西斯解释道。这调整步骤还没有完成在葡萄酒的研究到目前为止非常。
另一种方法被拆开葡萄酒风味化合物的混合物是单个分子的“删除”功能从人造酒矩阵,看看味道变化。的方法包括将单个组件从一个已知的香味化学物质的混合物,看看它如何贡献,”沃特豪斯解释说。理解所有这些香气成分之间的相互作用以及它们如何互相影响混合物中已成为一个主要的研究领域在酒,和更广泛的感官科学。”
建立了分析工具
今天,分析化学是经常用于在整个酿酒过程中几乎所有的葡萄酒厂。马克·巴恩斯监视器的糖和酸性内容他的葡萄在成熟过程中帮助决定什么时候采摘。他是首席酿酒师和总经理eight-hectare葡萄园Chilford大厅在英国剑桥附近。他使用手持折射仪测量比重和糖含量和计算估计酒精含量。”它告诉我们如果所有的酒精含量将葡萄中的糖转化为酒精,”巴恩斯说。滴定法是用于确定的总酸度葡萄,它充当一个代理确定酸产生的葡萄酒。
大酒厂开始投资于小型红外和紫外/可见光谱机器能够测量糖和酒精含量在葡萄和其他有用高科技分析工具,允许更彻底检查葡萄汁和葡萄酒,加文·萨克斯解释说,葡萄酒在美国康奈尔大学的化学家。合同分析实验室还提供一系列不同的葡萄的测试中,Eric Herve说从美国独立实验室ETS在加州葡萄酒。是最受欢迎的测试在客户中总氮含量水平铵盐和主要氨基酸等化合物。氮营养可以添加到一个发酵罐如果这些所谓的葡萄酵母可吸收的氮水平过低——这可能发生,如果发现是过熟的葡萄的收成。低氮水平会导致发酵陷入或rotten-egg-smelling硫化氢的酵母生产过量。
Chilford大厅使用折射计在酵母发酵,一个标准的方法来确定当所有的糖转化成酒精。对于那些想要更详细的关于残糖含量,酶的方法确定glucose-fructose比率是可能的,Herve解释道。发酵注定要成为红酒然后进行第二次发酵。这里苹果乳酸的细菌转化为苹果酸酸性乳酸越少,解释为什么红酒比大多数白人往往味道不那么酸。
亚硫酸盐含量是另一个典型的测量在酿酒过程中。自然发酵的副产品,亚硫酸盐存在于所有的葡萄酒。但其人为地制造水平也在生产过程的各个阶段来减缓氧化变质(见附表1)。滴定是一个典型的工具检查亚硫酸盐的水平。
作为欧盟葡萄酒质量计划的一员,Chilford大厅还必须检查金属含量和蛋白质稳定性的葡萄酒在装瓶之前。如果葡萄酒不是蛋白质稳定和变得温暖,它可以抛出一个阴霾的蛋白质,得到小棉花球发展的瓶,”巴恩斯说。这是绝对可以喝酒,但人们不喜欢看。
葡萄酒实验室如ETS提供主机的测试旨在诊断off-flavours酒,Herve解释道。Smoke-taint是一个日益严重的问题。这给葡萄酒的气味让你想到一个火坑,”他解释说。在最坏的情况下,葡萄酒留下了回味,让你觉得你舔一个烟灰缸。”他的实验室使用气相色谱-光谱法测试烟雾污染的主要标志,愈创木酚和4-methylguaiacol,在葡萄或酵母发酵后。
无论显卡,气?
今天,大多数酿酒师接受科学的使用来改善他们的葡萄酒——尽管许多仍然倾向于把它藏在幕后的传统产品。大多数酒厂进行简单的化学分析内部,如糖和酸的水平(见上图)。大酒厂通常有更深入的化学分析的工具。其他必要的测试有专家合同实验室。但目前还没有快速为低级的香气分子或其前驱物被检测出来。袋子是开发一个乏味的人工作。他设想这是用于大型商业酒厂,来帮助确定哪些葡萄应该一起发酵。在大型葡萄酒厂在收获的季节,吨来自不同葡萄园的葡萄到进入坦克每15 - 30分钟。一个酿酒师必须做出最重要的决定是要找出哪些葡萄发酵与其他葡萄,”他解释说。
这份工作增强了我享受葡萄酒
当前黄金标准低水平波动的测量在其他行业是气相,通常需要30 - 60分钟/样品。“我们想降下来30 - 60秒/分析,“麻袋解释道。他选择的工具环境电离质谱(目标),而电离化样本外机然后吮吸他们内部进行分析。它可以嗅分子从整个葡萄或几毫升的葡萄汁或葡萄酒。但因为风味分子往往是在低水平,他们的信号常常迷失的噪音从葡萄酒的更大的化学成分。袋子的实验室正在开发一个简单的样品制备步骤来克服这个问题。
我们打开我们的样品多井板和位置上吸着剂的聚合物薄膜,”他说。这将创建一个不稳定的“图像”样品的薄膜,然后通过前面的目标探测器,使每个有气味的量化。袋可以嗅出六个香气分子在不到30秒在他的实验室里,但计划增加这个数字大约一打。他的方法不久将被测试在E & J Gallo酒厂在加州,在美国最大的一个。的希望明年收获[2019],我们将有一个明确的知道是否这是一个合适的常规技术行业使用,”他说。
葡萄酒化学家接受这篇文章采访都认为他们是一个梦想的工作,允许他们把爱的化学研究与他们最喜欢的酒。这份工作增强了我享受葡萄酒,因为当我品尝不同的葡萄酒我能理解我品味不同的水平,”沃特豪斯解释说。如果还有其他化学家,我们会讨论葡萄酒风味的化学成分。但是如果我不是化学家,我不会这样做,因为我想要有礼貌!”
尼娜Notman位于索尔兹伯里的科学作家,英国
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