用光鑒別茅臺品質?借助“丁達爾現象”研發鑒酒筆,準確率超95%|新科普

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摘要:如何鑒別茅臺酒的品質?現在,只需要隨身帶著“鑒酒筆”,用光透過玻璃杯,照一下杯中的白酒,就能一目了然地鑒別出茅臺的品質。經過3年的反復大量實驗,在對比各種光源之後,鄒軍教授創新性地設計出了用於視覺鑒定的鑒酒筆,鑒定效果準確率可以達到95%以上。雲海中的丁達爾現象。借助丁達爾現象,還能鑒別氣溶膠。

如何鑒別茅臺酒的品質?看商標、看包裝?還是靠鑒酒大師的望、聞、品、拈、溢?……這些方法,可能都有點過時了。現在,只需要隨身帶著“鑒酒筆”,用光透過玻璃杯,照一下杯中的白酒,就能一目了然地鑒別出茅臺的品質。

真有這麼准?是的。借助神奇的“丁達爾現象”,上海應用科技大學(簡稱“上應大”)光資訊科學與工程系鄒軍團隊將光學鑒酒方法物化,實現了利用白酒中丁達爾現象的强弱定量定性地鑒別白酒品質。經過3年的反復大量實驗,在對比各種光源之後,鄒軍教授創新性地設計出了用於視覺鑒定的鑒酒筆,鑒定效果準確率可以達到95%以上。

雲海中的丁達爾現象。(資料照片)

【神秘的“耶穌光”】

什麼是“丁達爾現象”?這還要從“光”說起。

現在地球上看到的太陽光,其實是8分鐘前,從太陽表面發出的。當光通過臭氧層進入大氣層時,如果遇到大氣層的雲層比較多,或有霧氣、灰塵的時候,太陽光就會被分割成一條條,或一大片,顯得特別壯觀。攝影界稱這樣的光叫“耶穌光”,科學上稱之為“丁達爾效應”

丁達爾效應由英國物理學家約翰·丁達爾首次發現。1869年,英國物理學家約翰·丁達爾首先發現和研究了膠體中的上述現象,這條光亮的“通路”是由於膠體粒子對光線散射形成的。丁達爾效應是區分膠體和溶液的一種常用物理方法。

樹林間的丁達爾現象。(資料照片)

我們也會有這樣的生活經驗。當陽光穿透叢林或雲層,這時雲、霧、煙塵,就成為一種膠體,空氣就是這些膠體的分散劑,微小的塵埃或液滴則是分散質,在這些充滿巧合的自然條件下,林海雲間的“丁達爾現象”便形成了。

而當一束光照進醬香型白酒中的時候,從入射光的垂直方向,可以觀察到,酒中出現的一條輪廓清晰、光暈柔和、剔透光亮的“通路”,這就是醬香型白酒的丁達爾效應。醬酒的丁達爾效應在一定程度上反映出了醬香型白酒的品質。

【為何可用來鑒酒】

為什麼可以用“丁達爾效應”衡量醬酒的品質?這還要從醬酒的釀造和貯存來講。

生產醬酒的原材料是優質糯高粱,採用茅臺酒傳統的釀酒古法,經過“12987”釀造端工藝,即端午制曲、重陽下沙、1年生產週期、2次投料、9次蒸煮、8次發酵、7次取酒。整個釀造週期要長達一年,七次取的酒要存放三年以上才能成為基酒,然後再勾調常用的醬香型調味老酒,讓優質醬香老酒剝離了最初的辛辣燥烈,成為“醬蘊眾香”的溫潤醇厚。

清香型白酒的丁達爾現象,十分不明顯。

在儲存過程中,整個酒體呈現電負性,而金屬離子是帶正電的,這也在一定程度上促進了容器中金屬離子融進醬酒。溶解在酒體中的金屬離子在電負性的溶液環境下,極易與酒中的帶負電基團的化合物結合,形成膠粒,膠粒具有緊密的吸附層,吸附其他成分後進而形成了膠團。經過時間的洗禮,醬酒進行緩慢而有序的轉化反應,由溶液逐步向溶膠轉變,酒體中穩定的分子結構為獨特的“醬酒中的丁達爾效應”創造了前提。並且,優質醬酒經過二三十年的老熟,分子結構形成了完美締結,從而出現大分子團,呈膠狀,更能呈現完美的“丁達爾效應”。

濃香型白酒的丁達爾現象,較强。

因為膠體能有丁達爾現象,而溶液幾乎沒有,囙此通常採用丁達爾現象來區分膠體和溶液。經儲存的醬酒中,呈香呈味物質和膠團含量越來越高,這也是“醬酒存儲時間越長,味道和品質越好”的原因。上海應用科技大學光資訊科學與工程系鄒軍教授解釋,由於膠團含量的增多,當用適當波長的光照射時,膠團容易在光的照射下發生散射,出現丁達爾效應。

醬香型白酒的丁達爾現象,十分明顯。

膠團顆粒在光的散射作用下出現的丁達爾效應,在不同膠團含量的醬酒中表現是不同的。“當光照強度保持一致時,膠團顆粒濃度越大,膠團顆粒對光的散射程度越大,我們所看到的丁達爾效應就越明顯。”鄒軍教授進一步介紹,這是因為膠體顆粒在不斷地運動,當一個膠團顆粒被光散射時,散射光線繼續照射到其他膠團上,由於膠團的布朗運動,在宏觀表現上,看到的就是一條光亮的通路。囙此,品質越好的醬酒,膠體顆粒含量越多,膠體粒子散射强度越大,光照通路越亮,丁達爾現象越明顯。

【還可鑒別空氣品質、農藥殘留】

借助丁達爾現象,經過3年的反復實驗,鄒軍團隊在研究了醬酒對不同波段的敏感程度、不同醬酒膠體顆粒與品質的關係等數據之後,創新性地設計出了用於視覺鑒定的鑒酒筆,鑒定效果準確率可以達到95%以上。

鑒酒筆的光,可是經過精心挑選的。一般來說,紫外線的光波波長在200納米至400納米之間,而360納米以下的紫外光對人體有害,使用時需要注意防護。為此,鄒軍教授團隊研發的鑒酒筆,選取波長在360納米至400納米之間的紫外光,進行丁達爾現象的測試、分析和應用。這樣,既能鑒別出茅臺酒的品質,又方便攜帶。

醬酒在藍光激發下,與藍光複合,形成白色通路。

不僅能鑒別茅臺,鑒酒筆還能鑒別紅酒、茶水的品質好壞,甚至可以鑒別牛奶的品質高低。“鑒別牛奶時,牛奶的濃度不能太高,否則光透不過去。”鄒軍強調,如果一瓶牛奶的丁達爾現象明顯,說明牛奶中的脂肪和蛋白質分子比較多,營養成分比較高。

借助丁達爾現象,還能鑒別氣溶膠。這一科技現時被廣泛應用在空氣品質的鑒別中,用於進行空氣品質檢測。因為霧霾在pm2.5以上屬於膠體,氣溶膠能够引起丁達爾效應。同時,借助丁達爾現象,這支“鑒酒筆”還能鑒別新鮮蔬菜上的農藥殘留。鄒軍教授介紹,當這種特殊的紫外光照在蔬菜上,如果有農藥殘留,就會出現綠色等其他顏色的光。

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