Американский виски опознали по «паутинке» на дне бокала

Американские ученые исследовали процесс испарения и образования следов капель 66 образцов виски в разных степенях разбавления. За счет смятия пленки из органических компонентов виски на поверхности капли при ее полном высыхании образовывались уникальные рисунки, которые авторы работы сравнивали между собой. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Nano.

То, как будет высыхать капля зависит от свойств ее компонентов, природы нелетучих растворенных веществ и частиц, а также условий окружающей среды. Понимание поведения нелетучих компонентов очень важно для создания новых покрытий. Одной из проблем, которые возникают при попытке создания равномерного покрытия — это так называемый эффект кофейного пятна. За счет капиллярного эффекта растворенные нелетучие вещества при высыхании оказываются у краев капли. Иногда это может быть полезно, например для создания наноструктур, но обычно от него стараются избавиться.

Для подавления этого эффекта ученые добавляют в смеси различные вещества для выравнивания концентрации нелетучих компонентов на поверхности, в том числе виски. Структура образующейся пленки сильно зависит от состава смеси: смятие ровного слоя за счет межмолекулярных взаимодействий, степень влияния которых зависит от природы компонентов виски, может приводить к образованию полостей, формирующих уникальный рисунок. Виски состоит в основном из растворимых в спирте и амфифильных, то есть содержащих в себе как гидрофильные, так и гидрофобные участки, молекул. Разбавление напитка водой способствует переносу химических веществ к поверхности капли, а также образованию наноразмерных (30-90 нанометров) агломератов.

Адам Карритерс (Adam D. Carrithers) с коллегами из Луисвиллского университета надблюдали за поведением таких наноразмерных агломератов из нелетучих компонентов 66 образцов американского виски, которые образуют уникальные рисунки при высыхании пятна. Исследователи тестировали 56 марок бурбона, а также пшеничный, ржаной, солодовый и теннесийский виски. Авторы разбавили сорокаградусный напиток до объемного содержания спирта от 10 до 35 процентов шагом в пять процентов и сравнили полученные с помощью сканирующего электронного миикроскопа изображения паттернов после испарения летучих компонентов. Следить за возникающими потоками жидкости ученым позволили флуоресцентные микрочастицы диаметром в пол микрона.

При попадании на твердую поверхность, агломераты в капле разбавленного виски поднимались к ее поверхности за счет возникновения потока Марангони. Вместе с этим, так как этанол имеет меньшее поверхностное натяжение, он также стремился к поверхности и захватывал с собой нерастворимые в воде вещества, которые образовали однослойную пленку. По мере испарения летучих компонентов, пленка «сминалась», а в объеме капли возникли капиллярные потоки, направившие флуоресцентные частицы периметру пятна.

Элементный анализ пленок показал, что содержание углерода в местах складок на 17 процентов выше, чем в однослойных областях пленки, что свидетельствует о повышенной концентрации органических веществ в «складках».

Единственным американским виски, который не образовывал паттерна, оказался образец 42-летнего напитка. Авторы объясняют это наличием большого количества поверхностно-активных веществ в выдержанном виски. При этом капли разбавленного неамериканского виски, такого как скотч, бренди и ирландский виски, также не образовывали рисунка при высыхании. Исследователи предполагают, что так произошло из-за того, что в этих образцах снижено содержание растворенных веществ, в том числе и нерастворимых в воде.

Основываясь на полученных данных, авторы предложили метод определения марки американского виски и степени его разбавления по изображениям высохшей капли с помощью смартфона. Так, например можно увидеть, что капля более разбавленного напитка оставляет более редкие «паутинки». По словам исследователей, подобный анализ фотографий поспособствует развитию более простых методов контроля качества спиртосодержащих напитков.

Весной 2016 года мы поговорили с фотографом Эрни Баттоном, который превратил остатки высохших капель скотча в фотопроект. Сложный состав из тысяч различных органических веществ подобных алкогольных напитков позволяет образовываться таким уникальным картинам, но наличие большого числа компонентов также делает их очень сложными объектами для химического анализа. Совсем недавно ученые определили какие вещества придают выдержанному коньяку особый аромат и вкус, отличающий его от молодых.

Алина Кротова