撰文丨nagashi
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
酒，是人类文明的产物，酒文化伴随着整个人类文明的发展而不断壮大。何以解忧？唯有杜康。无论是悲欢，还是离合，酒从不缺席。 有趣的是，古有温酒斩华雄，今有冰啤加烧烤，关于饮酒的最适温度一直广为争论，就像豆腐脑是吃咸还是甜，这一问题长期争吵不休而没有定论。
2024年5月1日，中国科学院理化技术研究所仿生材料与界面科学重点实验室江雷院士团队及 五粮液技术研究中心的研究人员在 Cell Press 旗下期刊Matter上发表了题为： Ethanol-water clusters determine the critical concentration of alcoholic beverages 的研究论文。
该研究发现，乙醇-水混合物在疏水表面上独特的润湿性——随着乙醇浓度的升高，酒精-水混合物的接触角呈不连续的逐步变化趋势，并且不受芳香化合物或酒精饮料中单宁的影响。 因此，在不同的温度下，酒精饮料的口感会大有不同，即“酒味”会随温度的变化而变化，并且不同乙醇浓度的酒精饮料（例如白酒和啤酒）会有截然不同的、温度相关的口感变化。这项研究从科学的角度上解释了“酒应该喝温的还是冰的”这一争议性问题。
酒文化在人类文明中源远流长，关于酒的最早记录可以追溯到13000年之前。数千年的时间里，诞生了白酒、啤酒、葡萄酒等不同品种的酒，其口感和滋味也截然不同。传统上，酒精饮料是根据乙醇-水混合物（EWM）浓度按酒精体积（ABV）分类的，这其实是一种经验主义，几乎没有科学依据。
有趣的是，在两年前的一次喝啤酒的经历中，江雷院士偶然间注意到一个问题——为什么中国白酒有一个非常特殊的酒精浓度区间，要么是38%~42%，要么是52%~53%，要么是68%~75%？
于是，江雷院士和该论文的第一作者杨晓涛博士决定探究酒精浓度对其物理性质的影响，他们在实验室中测量随着酒精浓度的增加，一系列乙醇-水溶液的接触角。
接触角（Contact Angle），是一种测量液体表面张力的常用方法，它可以描述液滴内部的分子是如何相互作用的，以及如何与液滴下面的表面相互作用的。例如，水在像玻璃这样的表面上的接触角很小，所以一滴水会看起来像“珠子”，而一滴高浓度的乙醇-水溶液会有更大的接触角，反而会变平并散开。
乙醇-水混合物的接触角与酒精含量有关
进一步的研究发现，接触角并没有随着酒精浓度的增加而线性增加，而是随着酒精浓度的增加而呈现出一系列不规则的稳定区间。高分辨率核磁共振和红外实验以及分子动力学模拟证实，不同浓度的乙醇-水混合物中存在不同的乙醇-水分子簇类型。在低浓度下，乙醇在水分子周围形成更多的金字塔形状（即四面体形）的团簇结构，然而，当浓度增加时，乙醇开始像链条一样首尾相连。
更有趣的是，乙醇-水混合物的这些团簇结构受到冷却和加热的影响，表现出接触角的数值变化。例如，38%~42%和52%~53%的白酒在室温条件下有不同的团簇结构，但这种差异在温度更高时（比如40℃）消失了。
乙醇-水混合物的团簇结构随温度的变化而发生改变
这也解释了为什么经常喝酒的人在室温下能分辨出不同浓度的白酒，但在加热之后却分辨不出来。换而言之，在加热之后，不同浓度的白酒在更高的温度下表现出更多的链状结构，因此更有“酒味”。
江雷院士
江雷院士表示，虽然只有1%的酒精体积差别，但51%和52%白酒的口感却有明显的不同——51%白酒的口感与38%~42%的白酒更为相似。因此，为了保证具有相同的口感，白酒产品的酒精浓度会划定一个较为明确的区间，即要么是38%~42%，要么是52%~53%，要么是68%~75%。
乙醇-水混合物团簇中水分子的配位态
与白酒相反，研究团队还发现，酒精浓度较低的啤酒在冷藏后反而会有一种更强烈的“类似乙醇”的味道。进一步实验表明，在5%和11%低浓度乙醇-水溶液中，在5℃低温下，其链状结构有明显的增强而表现得“酒味”更足。
不仅如此，研究团队还计算了接触角与酒精浓度的一阶导数，发现临界点在5%-7%、9%-11%、14%-17%、28%-31%、35%-42%、50%-52%、68%-70%、75%-78%和91%-94%的范围内，几乎符合全球著名酒精饮料的酒精体积（ABV）分布， 通常为啤酒（~4%）、葡萄酒/米酒（11%–16%）、清酒（14%-19%）、烧酒（~19%）、威士忌（40%-43%）、白兰地（40%-43%）、伏特加（40%）、中国白酒（38%-42%、~52%、~68%~75%）等等。
总的来说，这项研究表明，乙醇-水混合物中存在两种团簇结构——金字塔形团簇和链状团簇，并且会随着温度的变化而相互转化，其中链状团簇更接近乙醇溶液的团簇结构而更具“酒味”。在白酒中，较高的温度有助于链状团簇的形成，而在啤酒中，较低的温度反而有助于链状团簇的形成。
温度对乙醇-水混合物团簇结构的影响
因此，无论是温热还是冰镇，喝酒的目的是尝出“酒味”，通过温度变化最大程度地还原酒的风味很是关键。酒精饮料行业可以利用这项研究成果帮助其生产，以尽可能低的乙醇浓度让人品尝“美酒”的滋味！
论文链接：
https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(24)00149-8