Экспериментальная винная бутылка отслеживает движение кислорода через пробку.

Небольшое количество воздуха в бутылке обеспечивает циркуляцию кислорода и других химических веществ.

Источник: d3sign Источник: d3sign

Большинство людей воспринимают пробку в винной бутылке как простую пробку, предназначенную для того, чтобы удерживать жидкость внутри и не пропускать воздух снаружи. Однако в недавнем исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, группа французских ученых продемонстрировала, что пробка выполняет гораздо больше функций. Регулируя перенос кислорода внутрь и наружу винной бутылки, она действует практически как еще один ингредиент.

«Двадцать лет назад наша группа сосредоточилась на окислении и старении вина и всех его параметрах», — сказал Томас Карбовяк. «Диффузия кислорода через пробковые пробки — один из таких параметров». Карбовяк — химик из Университета Бургундии, Франция, и ведущий автор исследования.

Эксперимент с мини-бутылочками

Окисление — один из ключевых факторов старения вина. Медленное, ограниченное поступление кислорода способствует созреванию вина, смягчая резкие танины и раскрывая ароматическую сложность. Но когда слишком много кислорода попадает в бутылку слишком быстро, это может привести к застоям вина, появлению коричневатого цвета и неприятному вкусу. Это происходит потому, что кислород также вступает в реакцию с алкоголем и фенолами в том же процессе, что и потемнение разрезанного яблока.

Проблема исследования этого явления заключается в том, что в стандартной винной бутылке объемом 750 мл объем жидкости и толщина стекла затрудняют точное выделение, мониторинг и измерение кинетики кислорода в реальном времени без введения внешнего воздуха или нарушения внутренней среды. «Настоящая бутылка вина — это сложная система. Мы хотели чего-то более простого и понятного», — сказала Жюли Шаню, исследовательница из Университета Бургундии и ведущий автор исследования.

Чтобы обойти эту проблему, команда разработала специальную экспериментальную установку, которую они назвали системой миниатюрных бутылок. «Идея заключалась в том, чтобы посмотреть, какие механизмы работают в этой системе», — сказал Чанут.

Установка состояла из небольших стеклянных флаконов, имитирующих стандартную цилиндрическую геометрию горлышка коммерческой винной бутылки. Каждый флакон был запечатан с помощью уменьшенных пробковых пробок длиной от 6 до 42 миллиметров; внутреннее пространство можно было точно заполнить либо газом, либо определенным объемом модельного вина. Уменьшение общего объема как жидкой, так и газовой фаз искусственно усиливало любые изменения концентрации кислорода. Система действовала как химическая увеличительная линза, позволяя ученым точно измерять чрезвычайно тонкие физические и химические механизмы, такие как выделение газов через пробку или реакции на границе раздела между пробкой и вином.

Вооружившись своей установкой для миниатюрных бутылок, команда заполнила половину флаконов вином, другую половину оставила пустой, запечатала их пробками разной длины, вставила датчики и оставила на 18 месяцев для созревания. Оказалось, что динамика кислорода во флаконах гораздо сложнее, чем простая, равномерная утечка через пробку.

Четыре фазы дыхания

В ходе эксперимента исследователи выяснили, что перенос кислорода через пробку происходит в четыре этапа, начиная с момента, когда пробка вставляется в горлышко бутылки. Первый этап длился первые 15 дней после закупоривания флаконов. «Это было выравнивание между жидкой фазой модельного вина и газовой фазой», — сказал Чанут. Существует разница в содержании газа между вином, выдержанным в герметичных емкостях, и небольшим количеством воздуха, которое задерживается и сжимается при вставке пробки. В эксперименте кислород, растворенный в жидкой фазе флаконов, переходил обратно в газовую фазу.

Однако на втором этапе всё стало немного удивительнее. Команда Шану обнаружила, что в течение первых шести месяцев большая часть кислорода, попадавшего в вино, поступала не из внешней среды. Оказалось, что кислород поступал из самой пробки, диффундируя из микроскопических пространств в клеточной структуре пробки. По сути, пробка выделяла газы в бутылку.

На общий уровень кислорода, который меняется со временем, влияют три фактора. Источник: Chanut и др.

Именно здесь исследователи обнаружили первые различия между своими образцами: в пробирки, запечатанные более длинными пробками, попадало больше кислорода, потому что в более крупных пробках содержалось больше кислорода, чем в коротких.

Пробка стала не просто герметиком, а полноценным ингредиентом, примерно через четыре месяца после начала эксперимента, когда она начала химически взаимодействовать с вином.

В пробирках, где модельное вино контактировало с пробкой, жидкость начала действовать как растворитель, извлекая фенольные соединения из пробки. Эти соединения включали галловую кислоту, эллаговую кислоту и протокатеховую кислоту, которые начали проникать в вино. Оказавшись там, они действовали как химические поглотители, которые, катализируемые микроэлементами, такими как железо и медь, реагировали с кислородом, выделяющимся из дегазирующей пробки. Этот процесс вызвал заметное снижение содержания кислорода в вине — пробка фактически высвобождала химические вещества, которые поглощали ранее выделенный ею кислород.

В конце концов, через 15 месяцев вино перешло в четвертую, длительную фазу. На этом этапе кислород из внешней среды постепенно и медленно проникал через пробку. На 18-м месяце, в конце эксперимента, команда отметила, что в флаконах, запечатанных более длинными пробками (более 30 миллиметров), скорость переноса кислорода на этой последней фазе была настолько низкой, что изменения были едва заметны.

«Поскольку в эксперименте мы использовали модельное вино и сосредоточились на переносе кислорода, мы не проводили никаких дегустаций», — сказал Карбовяк. Но насыщение кислородом действительно влияет на вкус, и, по словам Карбовяка, команда уже получает большой интерес как от виноделов, так и от производителей пробок.

Идеальный момент

«Вино — это особый случай продукта без срока годности. Поэтому вопрос звучит так: „Когда мне следует пить вино?“ — сказал Карбовяк. — И, честно говоря, мы не можем ответить на этот вопрос». Его команда надеется, что получение подробных данных о том, как конкретные типы и размеры пробок регулируют насыщение вина кислородом после розлива в бутылки, однажды позволит винодельням и производителям пробок решить эту проблему. Но нам еще многое предстоит узнать, прежде чем мы достигнем этой цели.

В будущем лаборатория Карбовяка планирует сосредоточиться на количественной оценке точного баланса и взаимодействия между четырьмя обнаруженными ими механизмами переноса кислорода. Хотя команда выделила отдельные фазы, определить, как они работают с различными типами пробок и различными условиями старения в окружающей среде, остается неясным.

Кроме того, поскольку пробка — это по своей природе изменчивый биологический материал, ученые хотят изучить, как ее свойства меняются в течение нескольких лет хранения. Для Карбовяка и его команды цель состоит в разработке методов оценки начального окислительного потенциала вина, чтобы виноделы могли подобрать для конкретного урожая пробку, гарантирующую желаемый вкус в точно определенный момент времени. «Нам нужно знать, сколько кислорода должно содержать вино, когда оно оптимально для дегустации», — сказал Карбовяк. «Если у вас есть эта информация, вы можете выбрать пробку, необходимую для правильного сохранения вина в течение определенного периода времени, чтобы точно определить момент, когда ваше вино находится в наилучшем состоянии».

Science Advances, 2026. DOI: 10.1126/sciadv.aed3023

Источник: arstechnica.com