文：Stuart J. Williams｜譯：宋育徵
用水稀釋過的威士網波紋可偽美國威士忌小液滴蒸發後，會留下自組的忌之監測網狀圖案，這在蘇格蘭威士忌或白蘭地中是本威發現不到的。
「你們知不知道波本威士忌中有膠體？」幾年前，士忌位於肯塔基州路易維爾市（Louisville，有效與Kentucky）的品質百富門公司（Brown-Forman）（註1）的研究工程師提出了這個問題，那時的威士網波紋可偽我在參觀公司的研究機構，而肯塔基州有著幾乎是忌之監測人口兩倍之多的陳年波本威士忌酒桶。大多數的本威消費者期望他們的波本威士忌有著清澈又飽和的琥珀色。
為了確保能達到這樣的士忌品質，製造商通常會監控威士忌的有效與濁度（turbidity）。威士忌中的品質膠體通常在用水稀釋後產生，但如果其中酒精的威士網波紋可偽體積濃度（alcohol by volume，簡稱ABV）有超過46%，忌之監測這些物質仍可溶於液體中。本威
稀釋更多的威士忌會經過木炭，或所謂的冷凝過濾法（註2）進行過濾。但這個過程在某種程度上是門藝術，被認為是威士忌配方的一部分，並可能會影響其最終的顏色和風味。因為想了解更多資訊，我取得了多種百富門公司的陳年威士忌，以研究威士忌膠體的基本原理。那時候，我正準備在北卡羅來納州立大學（North Carolina State University）休假進修，以便和專門研究膠體的科學家歐林・畢利（Orlin Velev）一起研究。而我合理地認為拿著一盒威士忌去他的實驗室拜訪能幫助我給人留下良好的第一印象。
蒸發動力學
在研究過程中，畢利和我對威士忌液滴蒸發時的現象產生了興趣。2016年，在普林斯頓大學（Princeton University）的霍華德・史東（Howard Stone）研究小組以蒸發的蘇格蘭威士忌研究了這個問題，並注意到蒸發後的液滴會留下均勻的薄膜，此現象與咖啡液滴蒸發後會留下一道咖啡漬環的結果截然不同。液滴在蒸發的過程中，因為邊緣處的蒸發速度較快，會留下一道特殊的漬環。
咖啡裡的固體顆粒會向外漂流，並聚集在固定的液滴邊緣上，形成深色的漬環；而史東和他的同事發現，蘇格蘭威士忌中的流體運動實際上會因蒸發速率差所引起的向外漂流相反。界面活性劑的存在會降低威士忌液滴的表面張力。隨著液體的蒸發，界面活性劑會聚集在液滴的周圍並向內拉動液體，即所謂的馬蘭哥尼效應（Marangonieffect）。
波本威士忌與蘇格蘭威士忌的製備方式不同，我們好奇波本威士忌液滴的蒸發過程，是否也有與蘇格蘭威士忌一樣的情形。蘇格蘭威士忌被存放在重複使用的二手木桶中儲存；而波本威士忌是美國威士忌的其中一種，會被存放在全新且剛被烤過的橡木桶中儲存，且原材料中的穀物組成（或穀物比例，mashbill）有50%以上必須為玉米。另外，我們取得了不同酒齡的威士忌作為樣本，想看看能否藉由液滴蒸發後留下的薄膜來區分它們。
正如對蘇格蘭威士忌所做的研究一樣，我們觀察45%ABV微小液滴的蒸發過程，發現它也會留下一層均勻薄膜。接著，我們觀察不同稀釋倍率的酒的蒸發過程。一些威士忌的愛好者認為，加水可以提升威士忌的香氣和口感；但人們更廣泛地認為，加水可以加快同屬物（例如醛、酯、酚，以及其它的發酵產物）向液體表面的運輸，並改變威士忌的界面特性。
我們以不同酒精純度的液滴蒸發後所留下的痕跡組成了一幅拼貼畫，如圖1所示。當酒精濃度在20~25%的範圍內時，液滴蒸發後會產生奇怪的圖案，這是在對蘇格蘭威士忌所做的研究中沒有觀察到的發現。從那時起，我們將這些蒸發後所留下的圖案稱為「威士忌之網」。
Photo Credit：Stuart Williams 圖1、為1微升稀釋過的傑克丹尼波本威士忌滴在乾淨的蓋玻片上，蒸發後所留下的圖案。在高酒精純度(即高酒精體積濃度)下，蒸發後的液滴會形成均勻的薄膜；在酒精純度介於20至25%之間時，會形成錯綜複雜的「威士忌之網」；在低酒精純度下，會留下與咖啡漬環相似的圖案。圖中那些明亮的線條為波本威士忌中不溶於水的物質自組形成的單層膜裡面的皺褶。
在接下來的幾個月中，我們對「威士忌之網」背後的基本物理原理進行了研究。首先，我們想知道這些網狀圖案會在何時形成。如圖2所示，一滴1微升稀釋後的威士忌液滴的蒸發過程大約耗時10分鐘，在此過程中會有數種流體動力學的機制發生。在蒸發初期大約一分鐘內，液滴中乙醇的蒸發速率差會產生一股馬蘭哥尼流（Marangoni flow），將液滴中的膠體團簇（一些聚集在一起的不可溶同屬物）帶到液體與空氣的交界處。在那裡，膠體團簇會展開而分成不同的支鏈，開始自組形成單層膜。
Photo Credit：改編自A. D. Carrithersetal. ,ACSNano14, 5417, 2020 為了觀察到整體的流體運動，我們在樣品中添加螢光顆粒，並在蒸發過程中對其進行觀測。乙醇─水混和液中典型的不穩定渦流也會在蒸發過程初期約一分鐘內產生。在蒸發的第二階段，表面張力驅動的馬蘭哥尼流依然存在，伴隨著產生一股流向液滴邊緣的毛細管流（capillary flow）。在液滴的邊緣，液體蒸發的速率更快。藉由毛細管流，可將液體從液滴的中間帶向邊緣處，來彌補在液滴邊緣蒸發掉的液體（註4）。
視覺化、測試、再現
在蒸發過程進行到約一半時，網狀結構開始在液滴與空氣的交界處形成。使用散射光是可以讓我們最容易看到圖案的方法，且可以藉由相位差顯微鏡技術（phase-contrast microscopy）來觀察圖案的形成。「威士忌之網」不會移動或旋轉，它的剛性結構在蒸發過程中會保留在液滴表面上。「威士忌之網」的密度也會隨著液滴表面積的下降而增加。我們假設在液體與空氣的交界處會形成一層化學單層膜，且會因為液滴表面積減少所造成的應力而折疊並塌陷。