有一位詩人曾經說過：“整個宇宙就存在於一杯葡萄酒中。”我們大概永遠不可能知道他是在什麼含義上這樣說的，因為詩人的寫作並不是為了被理解。但是真實的情況是，當我們十分接近地觀察一杯葡萄酒時，我們可以見到整個宇宙。這裡出現了一些物理學的現象：彎彎的液麵，它的蒸發取決於天氣和風；玻璃上的反射；而在我們的想象中又添加了原子。玻璃是地球上的岩石的淨化產物，在它的成分中我們可以發現地球的年齡和星體演化的秘密。葡萄酒中所包含的種種化學制品的奇特排列是怎樣的？它們是怎樣產生的？這裡有酵素、酶、基質以及它們的生成物。於是在葡萄酒中就發現了偉人的概括：整個生命就是發酵。任何研究葡萄酒的化學的人也必然會像巴斯德（L.Pasteur）所做過的那樣發現許多疾病的原因。紅葡萄酒是多麼的鮮豔！讓它深深地留在人們美好的記憶中去吧！如果我們微不足道的有限智力為了某種方便將這杯葡萄酒——這個宇宙——分為幾個部分：物理學、生物學、地質學、天文學、心理學等等，那麼要記住大自然是並不知道這一切的。所以讓我們把所有這些仍舊歸併在一起，並且不要忘記這杯酒最終是為了什麼。讓它最後再給我們一次快樂吧！喝掉它，然後把它完全忘掉！
——費曼
葡萄酒是一種非常複雜的化學混合物，其中97%是水和酒精，但每瓶中還含有數千種（甚至數萬種）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是康奈爾大學的葡萄酒化學家，他的工作就是識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地位的，然後指導釀酒師按需求去提高或降低這些化合物的濃度。
鑑別葡萄酒中重要的風味和芳香分子是非常具有挑戰性的工作。這不僅是因為葡萄酒中含有太多不同的分子，還因為這些易揮發的化合物的含量往往非常低。有些鑑賞力特別強的品酒師可以辨別出一些濃度為萬億分率（ppt）的化合物。
一旦識別出化合物，要確定它來自哪裡也同樣困難。在葡萄中，很少出現葡萄酒裡的風味分子，這些分子多在葡萄酒的發酵和儲存過程中形成。Sacks說：”這就像有人去了一家化學品商店，把所有的瓶子都打翻了，然後指著亂糟糟的東西問你都發生了些什麼化學反應。這並不是些特別難以弄清的化學反應，只是它們有很多的可能性。“
在傳統化學家的眼中看來，這些反應也確有令人費解之處。Sacks解釋說：”葡萄酒與典型的有機化學基質非常不同。“ 他將釀酒過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的一鍋合成法（one-pot synthesis）。如果你翻看教科書就會發現，在這種條件下，很少能發生什麼有趣的事。但葡萄酒的獨特之處就在於，這樣的條件會持續很長的時間。而且這些反應在釀酒過程結束後也不會停止——裝瓶後，葡萄酒中的分子仍然會繼續演化。這就是為什麼葡萄酒經常被描述成一種有生命、會呼吸的東西。
1.
儘管存在這些挑戰，但仍有越來越多的風味分子被識別的例子，釀酒師利用這些知識改進他們的產品。賦予新西蘭的白蘇維翁以獨特的百香果香氣的3-巰基己醇和3-巰基乙酸己酯的組合就是一個例子。這些分子是由6個碳原子組成的直鏈，一端是乙醇或乙酸基團，另一端是在第三位碳原子上的硫醇基團（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的相同品種白蘇維翁的好幾倍。當科學家在尋找原因時，他們發現了一個意料之外的複雜故事。加州大學戴維斯分校的葡萄酒化學家Andrew Waterhouse解釋說，
新西蘭的獨特環境造就了一系列適宜白蘇維翁葡萄生長和加工的巧合。首先，這些化合物的前體——一種亞麻酸——更普遍的存在於生長在新西蘭的白蘇維翁葡萄中。Waterhouse說：“在涼爽的氣候條件下，細胞膜往往含有更多的不飽和脂質，以此來保持其雙層脂質結構的完整性。”
其次，新西蘭人力勞動力短缺，這意味著這裡的葡萄通常是用機器收割的。葡萄漿果被塑料打漿刀從藤上打下來，落在移動的傳送帶上。這是一個相當粗暴的過程，往往會打破葡萄漿果。一旦暴露在空氣中，脂質前體會迅速（在一分鐘左右）氧化生成六碳的α,β-不飽和醛。
然後，這個分子中的碳-碳雙鍵與一個含硫的親核物質（在有機化學反應中提供電子）反應，在第三位碳的位置插入一個含硫基團。根據Waterhouse的說法，這種親核物質究竟是什麼仍有待確定，但它很可能是谷胱甘肽或亞硫酸鹽——在葡萄離開葡萄園前，通常會被噴灑在收採完畢的葡萄上以防止其氧化。當Waterhouse開始探索新西蘭的白蘇維翁中的這種百香果味道時，他並不知道還有一些氧化反應需要存在。
當葡萄被送到釀酒廠後，會經歷一套標準的白葡萄酒釀造流程——碾碎、傾析（分離液體和固體）、用酵母發酵。酵母將醛轉化為乙醇（酒精），將含硫基團轉化為硫醇，還會將一些乙醇轉化成乙酸酯，所以最終會得到3-巰基己醇和3-巰基乙酸己酯，從而使葡萄酒獲得獨特的風味。
揭示隱藏在葡萄酒背後的科學原理，使得新西蘭的生產商能夠嚴格控制他們生產的白蘇維翁的味道。例如，避免手工採收，延長按壓過程中皮膚與果汁接觸的時間，還可以挑選更加適宜的酵母菌株。
成品酒的儲藏也發生了變化。在葡萄酒的陳化過程中，乙酸基會水解，破壞裝瓶時葡萄酒中存在的味道分子的完美平衡。一旦明白了這一點，新西蘭的釀酒師們開始把葡萄酒儲存在非常低的溫度裡，通過降低溫度來減緩水解過程。
2.
另一種被仔細研究的獨特風味，是生長於寒冷氣候中的設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家Leigh Francis解釋說：“直到不久前，我們還不知道是什麼化學物質導致了涼爽氣候下的設拉子葡萄酒具有這種黑胡椒味。”這種分子在葡萄酒中具有很高的生物活性，這使得這項研究變得更加困難——有的人能在16ppt中檢測到它。
2008年，Francis的同事們利用氣相色譜-質譜（GC-MS）技術，與一組專業的嗅覺靈敏者合作，辨別出這種分子就是倍半萜烯類物質莎草奧酮（rotundone）。他說：“我們發現，此前曾有報道稱在莎草（又名香附）中發現過這種化合物，但並沒有發現它是一種風味化合物。“後來的研究發現，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於葡萄中。
Francis團隊進一步研究發現，隨著葡萄逐漸成熟，莎草奧酮的濃度會增加。因此，在決定什麼時候開始採摘葡萄時，設拉子生產商要開始考慮他們想要葡萄酒中的黑胡椒味有多濃。
科學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，即使它們在視覺上看起來一樣、用同樣的材料種植、以同樣的方式養護，某些地區就是能生產出顏色更深或風味不同的葡萄酒。這種風味的變化意味著，一些釀酒師會將葡萄園一片片地收割，將在相似時間成熟的葡萄藤合在一起。
Francis的團隊一直在與一些酒廠合作，他們繪製不同葡萄園中設拉子葡萄果實中莎草奧酮的濃度分佈圖，以便更好地瞭解這種所謂的批次處理任務的過程。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，他們發現在一片6公頃的區域內，濃度變幅高達50倍。研究小組發現，莎草奧酮的含量變化與光照水平密切相關。遮蔭較多的葡萄中，這種胡椒化合物含量會較高。
3.
朗基基蘭山的葡萄栽培師Damien Sheehan解釋說，在與Francis合作之前，他們只分兩三個批次對這片6公頃的葡萄進行採摘，“我們從一行的一端開始，一直走到另一端，然後繼續重複。整個過程相當粗糙。現在我們分13個批次採摘葡萄，然後分別對每個批次進行發酵。”這樣一來，葡萄酒的質量就會更高。他的團隊現在採摘的葡萄含有最適合買家口味的莎草奧酮。一些釀酒廠也開始改變葡萄冠層的管理策略，以控制莎草奧酮的濃度水平。
涼爽氣候下的設拉子葡萄酒和白蘇維翁可能含有一到兩種主要的風味化合物，但這並不常見。通常情況下，化合物的組合會給不同的葡萄酒品種帶來獨特的風味。
Francis的團隊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源。早期的氣相色譜分析和人類嗅覺分辨並沒有發現是哪種共同的氣味化合物導致了這種所謂的核果（指桃、杏、櫻桃等內果皮木質化形成核的果實）特性——相反，人們懷疑這是一種混合物。
2018年，Francis的團隊報告說，通過感官復原研究，他們確定是單萜和內酯的混合物產生了這種核果風味。Francis說，一旦你認為已經確定了這些化合物是什麼，就會將猜測的物質添加到一箇中性介質中，看看是否可以複製出同樣的味道。到目前為止，葡萄酒研究中還沒有廣泛採取這種感官復原步驟。
另一種從葡萄酒中分辨出風味化合物的混合物的方法是從人工葡萄酒基質中“提出”單類分子，然後觀察味道的變化。這種方法是從已知的芳香化合物混合物中去除單個成分，看看它對混合物的影響。瞭解所有這些芳香成分之間的相互作用，以及它們在混合物中如何相互影響，已經成為葡萄酒研究、甚至是更廣泛的感官科學的一個主要領域。
4.
如今，大多數釀酒師都會採用科學技術來改進他們的葡萄酒——儘管許多釀酒師仍然傾向於以一種非常傳統的方式來呈現他們的產品，而將科學技術隱藏在傳統的背後。大多數釀酒廠會在內部進行簡單的化學分析，比如檢測糖和酸的含量。大型釀酒廠通常有工具來進行更深入的化學分析。對於其他必要的測試，還有專門的協議實驗室。但是目前還沒有一種能快速檢測低濃度的芳香分子或它們的前體的方法。
Sacks正在研製這樣一種方法。他設想這種方法可以用於大型商業釀酒廠，幫助確定哪些葡萄應該一起發酵。在大型釀酒廠的收穫季節，每隔15至30分鐘，就會有好幾噸從不同葡萄園運來的葡萄被裝進釀酒槽裡。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酵。
目前在其他行業中，低揮發性測量的黃金標準是氣相色譜-質譜法，測量每個樣本通常需要30-60分鐘。Sacks希望每次分析的時間能降低到30-60秒。他選擇的工具是環境離子化質譜法（AIMS），這種方法會將機器外部的樣品離子化，然後將樣品吸進機器內部進行分析。它能嗅出整個葡萄以及幾毫升葡萄汁或葡萄酒中的分子。但由於味道分子往往含量很低，它們的信號往往會淹沒在葡萄酒中那些更大的化學成分所產生的噪音中。
文中所提到的幾位葡萄酒化學家都認為，這份能將對化學研究的熱愛與最喜愛的酒結合起來的工作是他們夢寐以求的。Waterhouse說：“這份工作讓我更懂得享受葡萄酒，因為當我品嚐不同的葡萄酒時，我可以從不同的層面上理解自己品嚐到的味道。如果周圍有其他化學家，我們會從化學成分的角度來討論葡萄酒的味道。但如果我不和化學家在一起，我就不會那樣做，因為我不想表現得沒禮貌。“
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