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香檳泡泡的金色魔力

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2006-07-04
  到底香檳泡泡是如何形成? 它如何在上浮、迸裂的過程中帶動香氣?  

氣泡品質(zhì)茲事體大

    開瓶香檳,為自己倒上一杯,然后啜飲一口吧!那翻騰的氣泡上浮、迸裂,在液面發(fā)出優(yōu)雅的嘶嘶聲,把上千個金色泡泡拋入空中,同時也釋放出酒中那撩人鼻息、鼓動味蕾的香醇。伴隨那滿口芳香、清涼沁透脾胃卻又暖人心窩的酒氣,微小金色泡泡譜出了節(jié)奏輕快的交響曲。而這,正是法國東北香檳區(qū)典型氣泡酒的迷人之處,也是世界各地慶典中不可或缺的一員。

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    沿著玻璃杯壁一列列緩緩上升的氣泡,就像是許多迷你的熱氣球一樣,這是一瓶好香檳的眾多特質(zhì)之一。在滿盈香檳的笛形杯里,氣泡升至酒液平面之后,就會形成一個項(xiàng)圈般的環(huán)(collerette)。雖然沒有任何科學(xué)證據(jù)顯示香檳的品質(zhì)和氣泡的大小有什么連帶關(guān)系,人們還是把兩者聯(lián)想在一起。由于確保香檳能有氣泡翻騰的傳統(tǒng)特色是一件攸關(guān)生意的大事,因此對于香檳釀酒廠來說,制造出極致完美的小泡泡就至為重要了。有鑒于此,數(shù)年前我和法國藍(lán)斯香檳阿丹尼大學(xué)以及"酩悅香檳"(Moet & Chandon)酒廠的幾位研究伙伴,便決定來研究碳酸飲料中氣泡的行為。整個氣泡生命史里包含許多因素,我們的目標(biāo)是要決定、描述并進(jìn)一步了解這些因素各自扮演的角色。在玻璃杯中斟滿了氣泡酒、啤酒或汽水,然后進(jìn)行這種簡單卻仔細(xì)的觀察,竟在視覺上展現(xiàn)出它從未被發(fā)掘的迷人現(xiàn)象。我們最初的研究結(jié)果專注在氣泡生命史中的三個主要階段:氣泡的生成、上浮,以及迸裂。


氣泡的生成

    在香檳、氣泡酒以及啤酒中的氣泡,主要是由二氧化碳所形成,這是由于糖在經(jīng)過酵母菌發(fā)酵后,會轉(zhuǎn)換成酒精及二氧化碳分子。但是汽水之類的飲料之所以會發(fā)出嘶嘶聲,則是工廠將之碳酸化的結(jié)果。在裝瓶或裝罐后,溶解在液體中的二氧化碳會依循亨利定律(Henry's law),與軟木塞、瓶蓋或拉環(huán)下的氣體達(dá)到平衡;這個定律說明,在平衡時,氣體溶解于液體中的數(shù)量,會和氣體的壓力成正比。

    打開一個瓶罐,液面上二氧化碳?xì)怏w的壓力就會急遽下降,破壞了原先已達(dá)到的熱力學(xué)平衡;如此一來,液體中的二氧化碳分子便呈現(xiàn)過飽和狀態(tài)(super saturation)。為了要與大氣壓力重新取得平衡,二氧化碳分子就必須從這個呈過飽和狀態(tài)的液體逃逸。而當(dāng)我們把飲料倒入杯中時,有兩個機(jī)制會讓溶解的二氧化碳逃離:從液體的表面擴(kuò)散出去,或是形成氣泡。

    但是,若要群聚這些溶解的二氧化碳,使氣泡誕生,這些氣體分子就必須擠開周圍那些受到凡得瓦力(van der Waals force,一種偶極吸引力)強(qiáng)力牽系在一起的液態(tài)分子,因此氣泡的形成會受到這個能量障礙的牽制。然而,要克服能量障礙所需達(dá)到的過飽和比例,根本就超過氣體溶解于碳酸飲料中的量。

    這樣一來,要在只稍稍過飽和的液體中(包括香檳、氣泡酒、啤酒及汽水皆是如此)形成氣泡,就必需要有事先存在的氣體空腔,而且空腔的曲率半徑必須大到足以克服這個成核作用(nucleation)的能量障礙,氣泡才可以自由地成長。之所以會如此,完全是因?yàn)闅馀荼砻娴那蕰绊懙剿鼉?nèi)部氣體的壓力,而根據(jù)拉普拉斯定律(Laplace's law),氣泡內(nèi)外的壓力差會和氣泡半徑成反比,也就是說,氣泡越小,里面的壓力就越大。若低于某個臨界半徑,空腔內(nèi)部的氣體壓力過大,便會阻止液體中溶解的二氧化碳擴(kuò)散到空腔里。對新開瓶的香檳來說,這個臨界半徑約略是0.2微米。
       
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    為了要仔細(xì)觀測氣泡產(chǎn)生的位置(或稱為"氣泡溫床"),我們把裝有顯微鏡頭的高速攝影機(jī)對準(zhǔn)數(shù)百串氣泡的底部。和一般想法相反的是,這些成核點(diǎn)(nucleation site)并非坐落于玻璃杯表面不規(guī)則的坑洞里,因?yàn)樗鼈兊膶挾冗h(yuǎn)低于氣泡形成所需要的臨界曲率半徑。其實(shí)啊,這些氣泡溫床根本就是附著在玻璃壁上的雜質(zhì),大部份是中空且呈圓柱狀的纖維,它們是從空氣中掉落,或者是在擦拭玻璃杯的過程中遺留下來的。由于這些外來粒子的幾何形狀無法被飲料完全沾濕,所以在杯子斟滿時就可以包住一些氣袋。

    在氣泡的形成過程中,溶解的二氧化碳分子會跑進(jìn)這些微小的氣袋中,最后就長成一個肉眼可見的氣泡。氣泡受到毛細(xì)力的拉扯,起初一直停留在成核點(diǎn),隨后這個氣泡所受的浮力會不斷增大,最后從成核點(diǎn)分離出來,而這也提供了讓另一個新泡泡形成的契機(jī)。同樣的過程會不斷重復(fù),直到溶解的二氧化碳都用盡,氣泡也就不會再繼續(xù)產(chǎn)生了。
 
    在每個成核點(diǎn)上產(chǎn)生氣泡的循環(huán)過程,其特性就由"發(fā)泡頻率"(也就是每秒鐘能產(chǎn)生幾個氣泡)來界定,這個頻率可以利用頻閃儀(stroboscope)來觀測。當(dāng)頻閃儀的閃光頻率與氣泡的產(chǎn)生頻率相等時,這一串氣泡看起來就像凍結(jié)住一樣。

    由于氣泡生成的動力學(xué)特性也取決于二氧化碳的溶解濃度,因此,不同的碳酸飲料就有不同的氣泡生成頻率。例如香檳,它的二氧化碳?xì)怏w含量大約是啤酒的三倍,所以在最活躍的成核點(diǎn),每秒鐘冒出來的氣泡可以高達(dá)30個。相對的,在啤酒的氣泡溫床處,每秒鐘頂多只產(chǎn)生10個氣泡。

氣泡慢慢上浮

    當(dāng)一個氣泡從成核點(diǎn)釋放出來后,它會一邊奔向表面,一邊不斷成長(見中圖)。在氣泡上升的過程中,溶解的二氧化碳會不斷自氣泡表面擴(kuò)散到氣泡里頭去,因此氣泡會不斷變大。一旦氣泡擴(kuò)大,浮力也跟著增加,使得它們在上升過程中不斷加速,氣泡彼此之間的間距也就越來越大了 。

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    啤酒與氣泡酒并不是純液體。除了酒精與溶解的二氧化碳之外,還包含了其它許多的有機(jī)化合物,會和肥皂分子一樣展現(xiàn)出表面活性。這些表面活性劑(surfactant)泰半是由蛋白質(zhì)與醣蛋白所組成,同時具有水溶性與非水溶性的部份。因此,表面活性劑不會乖乖溶解在液體中,反而是喜歡群聚在氣泡表面,讓疏水端對準(zhǔn)氣體,而親水端則一頭栽入液體中。

    一旦浮力不斷增強(qiáng),便會導(dǎo)致氣袋與氣泡溫床分離,驅(qū)使氣泡在液體分子間破浪前行,此時,周圍的表面活性劑對于氣泡會展現(xiàn)何種行為就非常重要了。附著在氣泡上的表面活性分子會在表面形成一個防護(hù)罩,強(qiáng)化氣泡的結(jié)構(gòu)。根據(jù)流體力學(xué)理論,在流體中上升的球形剛體,其所遭受的阻力會比表面不含表面活性劑的彈性球體要大,而且在上升過程中所碰到的表面活性分子,還會逐漸在氣泡表面累積,這使它不易變形的面積更加擴(kuò)大。因此,一個半徑固定的氣泡,在上升時所受到的流體力學(xué)阻力會逐漸增加,當(dāng)這個液-氣態(tài)界面完全被表面活性分子覆蓋而"污染"后,氣泡的速度也將降到最低。嚴(yán)格來說,在氣泡表面完全被"污染"之前,氣泡的邊界就已經(jīng)完全硬化了,這個現(xiàn)象最近才由法國斯特拉斯堡市路易巴斯德大學(xué)的團(tuán)隊(duì)所證實(shí)。

    可是,一邊上升、一邊擴(kuò)大的氣泡,其行為遠(yuǎn)比半徑固定的氣泡還來得復(fù)雜。對于前者而言,氣泡在過飽和溶液中上升時,體積膨脹會導(dǎo)致表面積增加,這就使表面活性劑有更大的空間可以附著其上,所以膨脹中的氣泡會被互相抗衡的效應(yīng)所影響。如果氣泡膨脹的速率超過表面活性劑使氣泡表面硬化的速度,氣泡就會不斷"清潔"它的界面,這是因?yàn)楸砻婊钚詣┧采w的表面積與不含活性劑的表面積之比值一路下降。如果這個比值增加,氣泡的表面就會遭受表面活性劑單層分子膜的無情污染,并開始硬化。

    測量香檳與啤酒氣泡一路上升到表面的阻力系數(shù),然后再和氣泡動力學(xué)科學(xué)文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)相比較之后,我們獲致的結(jié)論是:啤酒氣泡的表現(xiàn)就像是個球形剛體。相形之下,香檳、氣泡酒與汽水中的氣泡在上升過程中,界面就比較容易變形。這結(jié)果當(dāng)然不會讓人太意外,因?yàn)槠【扑谋砻婊钚詣┚薹肿訑?shù)量(每公升約有數(shù)百毫克)比香檳多了許多(每公升只有數(shù)毫克),而且由于啤酒的氣體含量比較低,啤酒氣泡的成長速率也會比香檳氣泡來得慢。正因如此,啤酒氣泡因膨脹所導(dǎo)致的清潔效應(yīng)或許太弱,以致無法避免氣-液體界面的硬化。而在香檳、氣泡酒與汽水中,氣泡因?yàn)殚L得太快,界面活性劑分子的數(shù)量還不足以使它們變硬。

給我泡泡,其余免談

    根據(jù)酒類專家的說法,喝香檳最好是使用杯身較長的"笛形香檳杯"(champagne flute,其形狀有如郁金香或圓錐體,如右圖,容量多達(dá)180 cc左右),如下圖所示。這種狹長形的設(shè)計(jì)可以延伸并凸顯氣泡浮升至頂端的流暢性,而向內(nèi)收斂的杯口則會匯聚氣泡所攜帶的香氣,并使它們迸裂時釋放出來的芳香得以集中。它狹窄的杯身則會延長飲品的冰涼,使它持續(xù)冒泡。

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    笛形香檳杯比所謂的"碟形香檳杯"(champagne coupe,過去相當(dāng)流行的一種杯身短、開口如碟狀的玻璃杯,如下圖)更適合用來喝氣泡酒。傳說中,這種碟形杯是根據(jù)18世紀(jì)末法國瑪麗皇后(Marie Antoinette)那對出名的胸部塑造而成的。時至今日它雖然仍很流行,但是根據(jù)品酒專家的說法,這種碟形杯的設(shè)計(jì)從來都不是用來喝香檳的,所以也無法讓品嘗的人得以充份享受香檳的特質(zhì)。由于碟形杯的杯身淺、杯緣寬,會比較站不穩(wěn)、容易潑灑出來,也不能像笛形杯一樣,能夠長時間保持酒的冰涼。更何況,碟形杯也無法以最佳的方式呈現(xiàn)出一串串氣泡的優(yōu)雅姿態(tài)。

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    要打開一瓶香檳,你應(yīng)該讓瓶口以45度傾斜向上,不要讓軟木塞對準(zhǔn)自己或任何人。手握軟木塞,并朝同一個方向輕輕旋轉(zhuǎn)瓶身。你應(yīng)該讓軟木塞輕喟一聲跳出來,而不是砰一聲讓它彈射出去。砰一大聲只會徒然浪費(fèi)泡沫;正如俗話所說的:"爽了耳朵,虧了舌頭。"

氣泡在砰聲中遽逝

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    一個香檳氣泡幾乎在它從飲料表面探頭而出的那一瞬間,就開始迸裂了(見上圖連續(xù)圖)。第二張圖中,構(gòu)成一個氣泡突出部份的液體薄膜剛剛破裂。在這個極為短暫的事件中,將近一公厘大小的氣泡,形狀仍然保持不變?涨坏谋帕褧纬梢还筛咚俚囊后w噴束迸飛出表面(第三圖),由于它本身速度的關(guān)系,噴束并不穩(wěn)定,還會形成表面張力波,把噴流裂解成許多小水滴。自你倒酒進(jìn)去后,每秒鐘都會有數(shù)百個泡沫迸裂,所以液體表面會充斥著許多圓錐狀結(jié)構(gòu),只可惜它們持續(xù)的時間太短,所以肉眼看不到。

 
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    泡沫花叢:由于表面泡沫的迸裂非常迅速(少于100微秒),很少有照片能夠捕捉到這個過程。當(dāng)鄰近的一個泡沫迸裂時,它所造成的吸力會使群聚在一起的泡沫變形,形成賞心悅目的花朵狀結(jié)構(gòu)(見上圖)。中心沒有泡沫的區(qū)域,會把它近鄰的泡蓋(氣泡露出液面的部份)拉扯至新形成的空腔處。
 

 

 
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