苏格兰格拉斯哥大学发明人造舌头来鉴别威士忌真伪

2019-08-13 15:09:41     来源: DeepTech深科技

近年来,假酒泛滥,为了鉴别真伪、区分不同品牌的威士忌,苏格兰格拉斯哥大学(University of Glasgow)的科学家们发明出一种“人造舌头”,这将为打击国际市场上的假冒威士忌提供一个极其有力的工具,同时也为中国白酒及其他饮品的鉴别提供了良好的借鉴办法。


苏格兰格拉斯哥大学发明人造舌头来鉴别威士忌真伪

图 | 苏格兰威士忌酒窖(来源:网络)


研究人员的这种鉴别方式并不是去寻找、分析一种特定的化学物质,而是参考人类舌头对不同饮品味道的辨别来设计的。所以他们更喜欢将这个发明称为“人造舌头”,而不是一个简单的传感器。该研究论文于近日发表在 Nanoscale 杂志上。


假酒横行,催生“人造舌头”研究


威士忌是英国的著名烈酒品种,其中以有 1000 多年历史的苏格兰威士最负盛名。


在中世纪,炼金术士偶然发现了制作蒸馏酒的技术,之后这种技术传入了古爱尔兰,他们把当地的麦酒通过蒸馏技术做成了“usquebaugh”(生命之水),这就是威士忌的前身和名字的由来。


随着人们生活水平的不断提高,市场对价格昂贵并且产量稀少的单麦芽威士忌的需求激增。因此,随之而来的就是市场上的假酒问题也日益严重。


2018年的一项调查从拍卖行、私人收藏家和零售商的手中随机挑选了 55 瓶威士忌,对它们进行放射性碳年代测定。结果发现,其中有 21 瓶酒要么是彻头彻尾的赝品,要么就根本不是在标签上声称的那个年份蒸馏出来的。


接近于四成的假酒比例让人吃惊,这其中更有 10 瓶之前还被认为是 1900 年甚至更早期酿造的纯麦芽威士忌。该调查结果刺激了 Rare Whisky 101 的创始人 David Robertson,他公开表示:“我们每个人对待任意一瓶传说中 1900 年以前酿造的威士忌时,首先都应该假设它是瓶假酒,直到有切实证据证明其真实性,尤其当这瓶酒的标签上写的是单一麦芽苏格兰威士忌时。”


实际上,不仅高端威士忌,英国市场中的普通威士忌也有不少假酒。在 2016 年底的一桩假酒案中,英国警方缴获了 100 万瓶假冒威士忌,但英国酒商表示,这个数字只是英国假酒现象的冰山一角而已。


假酒横行,让格拉斯哥大学的 Alasdair Clark 萌生了研发“人造舌头”的想法。他所在的实验室,主要致力于制造用在生物检测和成像上的纳米金属,发明这个如此独特的应用的想法,也源于他对苏格兰威士忌的喜爱。


苏格兰格拉斯哥大学发明人造舌头来鉴别威士忌真伪

图 | Alasdair Clark 与他的“人造舌头”的材料模型展示 (来源:University of Glasgow)


纳米金属结构因其化学稳定性、等离子体共振对环境变化的敏感性以及易于化学功能化,而成为“(光学)人造舌头”的理想候选材料。格大的研究团队正是利用该原理,发明了一个可重复使用的,由两种材料的纳米阵列组成的双金属器件。它可让每个区域显示出两个不同的共振峰,其正交表面的化学性质还可以选择性地调整其“品尝”的敏感性。


Alasdair Clark 团队发明的独特之处,在于其结合了两种不同的金属:黄金和铝。通常情况下,“人造舌头”有一个金制“味蕾”和一个铝制“味蕾”。每一个“味蕾”都经过化学修饰,然后来监测纳米金属与光的相互作用如何随着与液体的接触而改变。


Clark 和他的同事们决定将这两个“味蕾”放在一起,排列成棋盘状,因为他们发现这样可以进一步缩小这个装置的尺寸。“人造舌头”上的两个味蕾,让他们对实验中使用的三种不同威士忌(Glenfiddich、Glen Marnoch和Laphroaig)在一次测量的情况下,可以得到两种独特的光学特征轮廓(optical profiles)。


“该发明的特性使我们能够将传感器的尺寸和必要的数据采集时间减半,同时仍然能够根据 PCA(principal component analysis,主成分分析)提供数据集聚类,并使用 LDA(linear discriminant analysis,线性判别分析)成功地进行分类,”Clark 说。“目前我们通过 LDA 对威士忌鉴别的准确度为 99.7%。”


“人造舌头”不只能品酒


Clark 和他的同事们并不是在寻找一种特定的化学物质来分析酒的成分,这就是为什么它是“舌头”,而不是传感器。例如,人类的舌头能够区分出咖啡和苹果汁,并不是因为我们能感觉到咖啡或苹果汁中特定的化学物质。而是因为随着时间的推移,我们逐渐学会了将每种咖啡或者果汁的特定味道与它们本身在我们大脑中的印象联系起来。这也正是 Clark 发明的“人造舌头”的作用。


苏格兰格拉斯哥大学发明人造舌头来鉴别威士忌真伪

图 | “人造舌头”建立了一个类似于人类味觉的风味特征统计 (来源:University of Glasgow)


“这种鉴别方式更类似于味觉,我们正在建立不同液体中化学混合物的特征轮廓统计。”Clark 对此表示,“我们用一束光照射这些小的“味蕾”,并通过“味蕾”上的威士忌来监测这些“味蕾”的颜色是如何变化的。然后在通过一个复杂的算法来运行它,这个算法本质上给我们提供了一个味道的整体轮廓。”


Clark 说:“人类本身是极易被操纵的。除此之外,味道也会受到人的心情影响。既然它会受到不同氛围的影响,那么单纯依靠人来品鉴酒的真假是不那么可靠的。所以用某些冰冷客观的、经过计算的机器给人提供一个根据统计来进行的判断,是更为准确和可靠的。同时,这种鉴别方式也是可稳定进行不断重复的。”


英国的威士忌制造商似乎也同意这一观点。Quaich 是一个威士忌专家协会,其负责人 Annabel Meikle 在接受 BBC 采访时表示:“作为一个行业从业者,我们非常欢迎能够帮助鉴别假酒的工具。同时,我并不认为酿酒师们会被此吓到,我真的非常感谢 Clark 的这项发明。”


实际上,假酒早已是一个世界性难题。根据欧盟知识产权局在 2018 年发布的一项研究,由于假冒葡萄酒和烈酒,英国经济每年损失近 2.2 亿英镑(约合 19 亿人民币)。


根据市场调研机构 Vandagraf 在 2016 年初发布的报告,目前全球市场范围内有高达 30% 的酒类饮料是假酒。在中国等新兴市场,这个比例或许还要更高;即使在法律规范相对完善的西欧、北美市场,也仍然存在 10%——15% 的假酒。


在中国,闲暇时与朋友相聚,酒几乎与理想、自由、性格和回忆等话题时刻相伴。但若错饮假酒,轻则经济损失,高价喝劣酒;重则危害健康。喝了假酒之后,会产生头晕、恶心或呕吐等症状,若是摄入过多,还会对身体造成诸如视力减退、失明,各器官衰竭等不可逆的损伤。因为假酒中毒而死的新闻,也屡见不鲜。


因此,如何鉴别假酒,是一个全球酒友们所共同关注的话题。


虽然从 Clark 的研究论文和现有的新闻报道中,鉴别赝品威士忌可能是最被关注的,但这种方式,对中国白酒应该同样有效。因为威士忌和中国的白酒有许多相似点:一方面,它们都具有非常浓烈的酒精味;另一方面,在制作工艺上,它们同样都是谷物发酵后蒸馏出来的高度蒸馏酒。当然,中国白酒的主要原料是小麦、高粱等,而威士忌的主要原料是大麦,这样在做“人造舌头”的风味特征统计数据上会有些许差异。


但是,这项用大数据统计并辅以特殊算法的方式来对酒(或其他液体)的真伪进行判断的发明,值得中国白酒业参考借鉴。当然,其关键在于能够找到可以体现不同饮品光学等特性的纳米金属材料。


实际上,“人造舌头”的意义并不止于鉴酒,它可以用来“品尝”几乎所有的液体。Clark 认为这项发明还可以用在食品工业生产线的质量监控上,例如,食品或饮料制造商可以依靠“人造舌头”来确保生产的食物或饮品具有统一的风味。


此外,Clark 还希望这项研究未来能被用于水资源的环境监测上,不过为此将需要对不同的金属和不同的化学物质进行更深入的研究,但背后的基本技术仍然是一样的。目前,他的实验室团队已经为此着手进行各种各样的测试了。


关于威士忌


威士忌(Whisky、Whiskey),是一种由大麦等谷物酿制,在橡木桶中陈酿多年后,调配成43度左右的烈性蒸馏酒。英国人称之为“生命之水”。 按照产地可以分为:苏格兰威士忌、爱尔兰威士忌、美国威士忌和加拿大威士忌四大类。

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