샴페인 잔에 담긴 복잡한 과학

스파클링 와인을 채운 플루트나 쿠페는 축하의 핵심이 되었지만 거품에는 생각보다 많은 일이 일어나고 있습니다. 프랑스 와인 산지의 심장부에 있는 실험실에서 한 그룹의 연구원들이 초고속 카메라를 조심스럽게 배치합니다. 많은 훌륭한 과학자들처럼, 그들은 우주의 비밀을 푸는 연습에 전념하고 있으며, 수학, 물리학 및 화학의 언어로 물질 세계를 설명하려고 노력합니다. 연구 대상: 샴페인의 거품.

Reims Champagne-Ardenne 대학의 8명으로 구성된 " Effervescence & Champagne " 팀의 책임자인 화학 물리학자인 Gérard Liger-Belair는 아마도 지구상의 누구보다 샴페인 거품에 대해 더 잘 알고 있을 것입니다. Liger-Belair는 2001년 박사 학위 논문을 시작으로 유리 안과 위의 발포성 거품에 집중했습니다. 그는 2021년 분석 화학 연례 검토  에서 샴페인과 스파클링 와인 에 대한  심층 분석  과 인기 있는 책( Uncorked: Science of Champagne )을 포함하여 이 주제에 대해 100개 이상의 기술 논문을 작성했습니다  .

Liger-Belair는 "어렸을 때 비눗방울을 불고 보는 것에 매료되었습니다."라고 회상합니다. 그 매력은 더 많은 실용적인 작업과 함께 지속되었습니다. 거품에 관심을 가져야 할 충분한 이유가 있으며, 스파클링 와인의 즐거움을 훨씬 뛰어넘습니다.  Liger-Belair는 구름 형성과 기후 변화에서 바다의 역할에 영향을 미치는 바다 스프레이의 작은 파열 거품에 의해 어떤 에어로졸이 하늘로 날아가는지 보여주는 데 도움이 되었습니다  . 그는 토성의 위성인 타이탄의 레이더 스캔에서 일부 신비한 밝은 점이  북극해 표면에서 터지는 센티미터 크기의 질소 기포일 수 있다는 것을 결정하는 데 도움을 주기까지  했습니다.

Gérard Liger-Belair는 약 20년 동안 샴페인 거품을 연구해 왔습니다(Credit: Francois Nascimbeni/AFP/Getty Images).

그러나 Liger-Belair는 지난 20년 동안 콜라와 맥주를 비롯한  샴페인  과 기타  탄산 음료 의 거품에 집중하는 기쁨을  누렸습니다 . 그의 연구실은 코르크의 종류부터 와인 성분, 음료를 붓는 방법에 이르기까지 거품에 영향을 미치는 모든 요인을 조사합니다. 그들은 기포의 크기와 수, 그리고 유리 위의 공기 중으로 올라오는 방향족 화합물을 포함하여 이 이산화탄소 기포가 맛에 어떤 영향을 미치는지 조사합니다.

답을 찾기 위해 그들은 가스 크로마토그래피 및 기타 분석 기술로 눈을 돌렸고 길을 따라 멋진 사진을 몇 장 찍었습니다. 전 세계의 다른 사람들도 거품에 시선을 돌렸고, 심지어 일관성 있는 음료를 생산하는 로봇을 발명하고 우리가 거품을 즐기는 방법에 대한 심리학에 초점을 맞췄습니다.

프랑스 샹파뉴(Champagne) 수도원의 셀러 마스터로 임명된 수도사 돔 피에르 페리뇽(Dom Pierre Pérignon)은 사상 처음으로 우연히 스파클링 와인을 마신 뒤 “나는 별을 마시고 있다!”고 외쳤다고 한다. 이것은 아마도 픽션인 것으로 밝혀졌습니다. 최초의 불꽃은 다른 프랑스 수도원에서 나왔을 가능성이 높으며, 이 문제에 대한 최초의 과학 논문은 영국인 Christopher Merret에게서 나왔습니다 . 그는 Pérignon이 그의 직위를 받기 몇 년 전인 1662년에 새로 설립된 런던 왕립 학회에 아이디어를 제출 했습니다.

샴페인을 생산하는 전통적인 방법은 기본 와인을 생산하기 위해 포도를 1차 발효하는 것입니다. 기본 와인은 사탕수수 또는 사탕무 설탕과 효모로 보충되고 두 번째 발효됩니다. 이중 발효된 와인은 이제 죽은 효모 세포가 와인의 풍미를 바꿀 수 있도록 최소 15개월(때로는 수십 년) 동안 숙성됩니다. 그 죽은 효모는 병 목의 플러그에 얼려 얼린 덩어리를 밖으로 내보냄으로써 제거되며, 도중에 음료에서 가스의 일부를 잃게 됩니다.

와인은 때때로 추가 설탕과 함께 다시 마킹되며, 최종 용해된 이산화탄소의 양을 결정하는 병 안의 액체와 공기 공간 사이에 새로운 평형이 설정됩니다. ( 수학  이 궁금하신 분들을 위해 각 단계 의 가스 함량을 설명하는 방정식 이 있습니다  .)

자극의 가능성은 액체 위의 CO2 농도가 더 넓은 프랑스 스타일 쿠페의 거의 두 배인 플루트에서 더 큽니다.

최종 제품의 맛은 물론 시작 성분에 따라 크게 달라집니다. 자신의 와이너리를 시작하기 전에 워싱턴 주립 대학에서 스파클링 와인을 공부한 식품 과학자 케니 맥마흔(Kenny McMahon)은 "포도는 와인 품질의 핵심입니다."라고 말합니다. 많은 것은 또한 최종 단계에서 얼마나 많은 설탕이 첨가되는지에 달려 있습니다. 광란의 20년대에 미국에서 소개된 샴페인은 정말 달콤했다고 McMahon은 말합니다. 현대의 취향은 국가마다 변하고 다양합니다.

그러나 거품도 매우 중요합니다. 폭발한 죽은 효모 세포의 단백질을 포함하여 와인의 단백질은 더 작은 거품을 안정화시켜 샴페인 잔 상단에서 원하는 "무스" 거품을 만들고 입안에서 더 날카로운 팝을 만듭니다. 멜버른 대학의 Sigfredo Fuentes에 따르면 아마추어가 스파클링 와인에 대해 느끼는 인상은 대부분 거품에 대한 무의식적 평가에서 비롯됩니다  .

디지털 농업, 식품 및 와인 과학을 연구하는 Fuentes는 "기본적으로 시각적인 첫 번째 반응으로 샴페인이나 스파클링 와인을 좋아하거나 좋아하지 않습니다."라고 말합니다. 그는 이 효과가 매우 강력하여 사람들이  따르기 직전에 음파 로 거품 을 내어 거품 을 낸 싸고 잔잔한 와인을 높게 평가할 것이라는 사실을 발견  했습니다. 사람들은 소리가 나는 거품이 나는 와인에 기꺼이 더 많은 돈을 지불할 의향이 있었습니다. "정말 형편없는 와인이 50달러까지 올랐어요." 그가 웃는다.

샴페인을 플루트에 똑바로 부으면 약 100만 개의 거품이 발생하지만 잔을 기울이면 그 숫자가 더 늘어납니다(Credit: Ian Shaw/Alamy).

일반적으로 병은 탄산에서 원하는 반짝임과 바이트를 제공하기 위해 액체 1리터당 최소 1.2g의 CO2를 보유해야 합니다. 그러나 너무 많은 것이 있습니다. 유리잔에 들어 있는 공기 중 35.5% 이상의 CO2는 불쾌한 따끔거림으로 마시는 사람의 코를 자극할 것입니다. 자극의 가능성은 액체 위의 CO2 농도가 더 넓은 프랑스 스타일 쿠페의 거의 두 배이고 미지근한 것보다 차가운 병에서 부을 경우 더 낮은 플루트에서 더 큽니다.

Liger-Belair의 팀은 좋은 코르크(많은 양의 접착제와 함께 붙어 있는 작은 입자로 구성됨)가 적어도 70년 동안 병에 가스를 보관할 수 있음을 발견했습니다. 그 후 음료는 실망스러울 정도로 평평해집니다. 2010년 난파선에서 발견된 샴페인 병은 수중 170년 만에 닥친 운명이었다.

Liger-Belair와 그의 동료 Clara Cilindre는 연구를 위해 이 비약을 몇 밀리리터 받았습니다. 이  와인에는 비정상적으로 높은 비율의 철과 구리(아마도 와인 숙성에 사용된 배럴의 못이나 포도의 살충제에서 비롯된 것일 수 있음)를 포함하여 2015년에 보고된 몇 가지 흥미로운 특성 이 있습니다. 그들은 또한 당분은 많았고 놀랍게도 알코올은 거의 없었습니다. 아마도 평년보다 낮은 온도에서 년말 발효했기 때문일 것입니다. Liger-Belair와 Cilindre는 슬프게도 샘플을 한 모금 마실 기회가 없었지만 맛을 본 다른 사람들은 "젖은 머리카락"과 "치즈 같은"이라는 용어를 사용하여 설명했습니다. 

더 일반적인 피즈 병의 경우 붓는 방법조차도 거품에 영향을 미칩니다. 샴페인 100ml(3.5fl oz)를 수직 플루트에 똑바로 붓는 경우 Liger-Belair는 유리잔에 약 백만 개의 거품이 있을 것으로 계산합니다. 그러나 잔에 따라 더 부드럽게 "맥주를 따르십시오"는 수만만큼 증가합니다.

Liger-Belair는 큰 튤립 모양의 유리에 12C(54F)에 가까운 온도에서 최대한 많은 거품을 보존하기 위해 부드럽게 부은 숙성 샴페인을 선호합니다.

"부적절하게 수행되면 용해된 CO2의 막대한 손실이 있습니다."라고 그는 말합니다. 유리 내부의 거친 부분은 거품의 핵 생성에 도움이 될 수 있으며 일부 유리 제작자는 이 과정을 돕기 위해 유리 내부의 모양을 에칭합니다. 그리고 거품이 터지는 계면활성제의 도입을 피하기 위해 어떤 사람들은 심지어 비누 없이 안경을 씻기도 한다고 McMahon은 말합니다.

모든 과학은 "샴페인을 가장 잘 제공하고 맛보는 방법에 직접적인 영향을 미칩니다."라고 Liger-Belair는 말합니다. McMahon도 업계가 과학적 결과와 일치하도록 프로토콜을 수정했다고 확신하지만 그렇게 한 특정 와이너리를 지적할 수는 없습니다. 와인에 중점을 둔 많은 대학 부서가 있으며 그 이유가 있다고 그는 말합니다. 그들의 작업은 유익하고 재정적으로 유익한 응용 프로그램을 찾는 것입니다. Fuentes는 일부 스파클링 와인 제조사(이름은 밝히지 않았지만)는 최대 1시간 동안 지속될 수 있는 작은 거품 거품을 만들기 위해 와인에 계란 단백질을 첨가한다는 것을 알고 있다고 말했습니다.

Fuentes는 상업적 응용을 위한 또 다른 각도를 추구하고 있습니다. 그의 팀은 FIZZeyeRobot을 만들었습니다. FIZZeyeRobot은 일관된 주입을 수행하고 카메라를 사용하여 상단에 있는 거품의 부피와 수명을 측정하는 간단한 로봇 장치(시제품은 레고 벽돌로 만들어졌습니다)입니다. 유리에 금속 산화물 센서가 있어 유리 위의 공기 중 CO2, 알코올, 메탄 등의 수준을 감지합니다. 팀은  인공 지능 기반 소프트웨어  를 사용하여 이러한 요소를 사용하여 음료 자체의 향기로운 화합물과 중요한 맛을 예측합니다. (이 연구의 대부분  은 더 저렴하고 더 빠르게 만드는 맥주 에 대해 이루어 지지만, 이는 스파클링 와인에도 적용됩니다.)

Fuentes는 "우리는 다양한 소비자의 수용 가능성을 예측할 수 있습니다. 그들이 좋아할지 여부와 좋아할 이유가 있습니다."라고 말합니다. 그 예측은 체온, 심박수, 얼굴 표정을 포함한 생체 인식과 함께 맛을 보는 사람들이 보고한 선호도에 대한 팀의 자체 데이터 세트를 기반으로 합니다. 그는 이 정보를 사용하는 한 가지 방법은 즐거움을 극대화하기 위해 스파클링 와인이 죽은 효모와 함께 앉는 최적의 시간을 정확히 찾아내는 것이라고 말합니다. 그는 이 시스템이 2022년 언젠가 상용화될 것으로 기대하고 있습니다.

어떤 사람들은 플루트보다 쿠페 잔을 선호하지만 잔의 종류는 술꾼의 코 아래에서 방출되는 거품의 농도를 변경할 수 있습니다(제공: David Larson/Alamy)

물론 사람의 입맛은 다양하며 속일 수 있습니다. 많은 연구에 따르면 와인 시음 경험은 회사에서 유지하는 실내 조명 및 음악에 이르기까지  와인의 외관이나 설정에 의해 결정  되는 심리적 기대에 크게 영향을 받는다고 합니다  . 그럼에도 불구하고 Liger-Belair는 수십 년의 경험을 통해 12C(54F)에 가까운 온도에서 가능한 한 많은 기포를 보존하기 위해 부드럽게 부어 숙성된 샴페인(CO2를 적게 함유하는 경향이 있음)을 선호했습니다. 넓은 헤드스페이스가 있는 대형 튤립 모양의 유리(전통적으로 화이트 와인에 사용됨).

"내가 과학자가 된 후 많은 사람들이 내가 모든 물리학에서 최고의 직업을 얻은 것 같다고 말했어요. 거품을 중심으로 경력을 쌓았고 최고급 샴페인이 있는 실험실에서 일했기 때문입니다."라고 그는 말합니다. . "나는 동의할 의향이 있다."

그러나 그의 진정한 직업적 즐거움은 "내가 어렸을 때와 마찬가지로 여전히 거품에 대해 어린아이와 같은 매력을 갖고 있다는 사실에서 비롯됩니다."라고 그는 덧붙입니다.

거품에 대한 그 사랑은 아직 터지지 않았습니다.