Хіміки знайшли користь у розбавленні віскі водою

Колектив з двох шведських дослідників розібрався, як речовина гваякол - один з компонентів характерного «димного» аромату острівного шотландського віскі - веде себе в різних сумішах води і етанолу. Вчені таким чином промоделювали поведінку відразу цілого ряду схожих на гваякол смакових і ароматичних компонентів міцних алкогольних напоїв. Згідно з даними комп'ютерної моделі, виявилося, що при вмісті етанолу від 27 до 45 об'ємних відсотків гваякол поводиться як поверхнево-активна речовина, тобто перерозподіляється ближче до кордону «рідина-газ», звідки йому легше випаруватися і дістатися до нюшних рецепторів людини. На думку авторів, це говорить про те, виробники віскі не дарма перед розливом розбавляють свій продукт від 59 градусів (така концентрація етанолу в бочковому віскі) до 45. Дослідження опубліковане в .Проблема «розбавляти віскі водою чи ні» відома давно, причому обидва підходи мають як прихильників так і супротивників. Окремою варіацією цієї дилеми є питання «охолоджувати віскі льодом або спеціальним камінням?». Лід допоможе довести напій до значно нижчих температур, але розбавить його при цьому водою і знизить концентрацію як етанолу, так і інших розчинених речовин. При цьому камені не так добре виступають в якості холодильника, зате не змінюють склад напою. Досі доводи в ту чи іншу сторону залишалися більш-менш умоглядними і не мали міцних наукових засад. У новій роботі Бьорн Карлссон і Ран Фрідман розглянули найпростішу модель віскі: суміш води, етанолу і гваякола. Останній виступав як типовий представник низькомолекулярних ароматичних речовин. Гваякол дійсно присутній у багатьох сортах шотландського віскі, особливо тих, що виробляються на острові Айлей (Islay). Їх характерний «димний» присмак з'являється під час копчення солоду над тліючим торфом, в дегті якого і міститься гваякол. До речі, з гваякола роблять і інші добре відомі ароматизитори, наприклад, ванілін.

Вчені використовували комп'ютерне моделювання методом атомістичної молекулярної динаміки. У такому підході до віртуального осередку поміщається певне число молекул, взаємодія яких визначається так званими «силовими полями». На відміну від науково-фантастичних силових полів із Зоряних воєн, силові поля в моделюванні - це просто набір математичних рівнянь, що описують силу взаємодії між різними атомами і молекулами. Для кожного розташування молекул можна точно розрахувати, яка сила буде діяти на кожен атом, а потім за допомогою другого закону Ньютона так само розрахувати, на скільки і куди цей атом переміститься за якийсь дуже короткий час. Після того, як всі атоми перемістилися, заново розраховуються сили і далі цей процес повторюється потрібне число кроків. У цій роботі один віртуальний прогін відповідав реальним 10 наносекундам, при цьому один крок тривав 0,002 пікосекунди. Метод молекулярної динаміки часто називають «комп'ютерним експериментом», оскільки в ньому заздалегідь не накладається ніяких «макро» обмежень на систему: всі атоми і молекули поводяться так, як захочуть, тому дослідник заздалегідь не може передбачити, чим все закінчиться.

За допомогою моделювання автори вивчали, як розподіляються молекули етанолу, води і гваякола за системою залежно від їх концентрації. При цьому вчені свідомо «відключили» в системі гравітацію, тому модельована рідина більше походила на величезну краплю, ніби дія проходила на МКС. Через таку постановку заздалегідь виключалися всі ефекти, пов'язані з силою тяжкості і силою Архімеда. Тим не менш, в моделюванні явно спостерігалося перерозподіл молекул за системою. Так, оскільки етанол у своїй структурі має і гідрофільний і гідрофобний фрагмент, його молекули вели себе як типові поверхнево-активні речовини і при помірних концентраціях спирту (до 80 відсотків) концентрувалися поблизу поверхні «рідина-газ». Гваякол вів себе схожим чином, але піки його поверхневого надлишку відповідали «фортеці» від 27 до 45 градусів, а при 59 градусах молекули гваякола залишалися в товщі розчину. Щоб пояснити спостережувані ефекти, автори простежили за тим, як змінюється оточення окремих молекул гваякола залежно від концентрації етанолу в системі. Виявилося, що гваякол, будучи амфіфільним, вважав за краще перебувати в оточенні етанолу. Тому при великих концентраціях етанолу гваяколу було все одно, де бути, - біля поверхні або в товщі розчину. Вчені наводять кілька висновків зі своєї роботи. З них головним є важливість розбавлення віскі водою з 59 градусів хоча б до 45, як зазвичай і відбувається на виробництві: віскі витримується в бочках у концентрації близько 59 градусів, а потім розбавляється під час розливу в пляшки. Молекули ароматичних речовин, аналогічні гваяколу, при такій фортеці напою будуть концентруватися поблизу кордону «рідина-газ», звідки їм буде простіше випаруватися. При подальшому розбавленні до 27 градусів цей ефект посилиться, хоча і незначно. Автори також застерігають, що в розбавленому віскі виникне і сторонній ефект: зниження загальної концентрації смакових і ароматичних компонентів. Тому правильний баланс завжди варто визначати окремо для кожного конкретного випадку. Віскі, нарівні з кавою, являє собою один з улюблених об'єктів вивчення для колоїдної фізики. У краплях обох цих напоїв вже давно відомі незвичайні ефекти. Так, крапля кави, випаровуючись, залишає характерний слід у вигляді кільця, оскільки зважені частинки при випаровуванні рідини спрямовуються до краю краплі. А крапля віскі - навпаки, випаровується більш рівномірно, оскільки в ній виникають два конкуруючих ефекти. Бувають і курйозні випадки, коли на основі віскі винаходять, наприклад, біопаливо для автомобілів. Зрозуміло, в Шотландії.