酒，是人類文明的產物，酒文化伴隨著整個人類文明的發展而不斷壯大。何以解憂？唯有杜康。無論是悲歡，還是離合，酒從不缺席。有趣的是，古有溫酒斬華雄，今有冰啤加燒烤，關于飲酒的最適溫度一直廣為爭論，就像豆腐腦是吃咸還是甜，這一問題長期爭吵不休而沒有定論。
2024年5月1日，中國科學院理化技術研究所仿生材料與界面科學重點實驗室江雷院士團隊及五糧液技術研究中心的研究人員在 Cell Press 旗下期刊 Matter上發表了題為：Ethanol-water clusters determine the critical concentration of alcoholic beverages 的研究論文。
該研究發現，乙醇-水混合物在疏水表面上獨特的潤濕性——隨著乙醇濃度的升高，酒精-水混合物的接觸角呈不連續的逐步變化趨勢，并且不受芳香化合物或酒精飲料中單寧的影響。因此，在不同的溫度下，酒精飲料的口感會大有不同，即“酒味”會隨溫度的變化而變化，并且不同乙醇濃度的酒精飲料（例如白酒和啤酒）會有截然不同的、溫度相關的口感變化。這項研究從科學的角度上解釋了“酒應該喝溫的還是冰的”這一爭議性問題。
酒文化在人類文明中源遠流長，關于酒的最早記錄可以追溯到13000年之前。數千年的時間里，誕生了白酒、啤酒、葡萄酒等不同品種的酒，其口感和滋味也截然不同。傳統上，酒精飲料是根據乙醇-水混合物（EWM）濃度按酒精體積（ABV）分類的，這其實是一種經驗主義，幾乎沒有科學依據。
有趣的是，在兩年前的一次喝啤酒的經歷中，江雷院士偶然間注意到一個問題——為什么中國白酒有一個非常特殊的酒精濃度區間，要么是38%~42%，要么是52%~53%，要么是68%~75%？
于是，江雷院士和該論文的第一作者楊曉濤博士決定探究酒精濃度對其物理性質的影響，他們在實驗室中測量隨著酒精濃度的增加，一系列乙醇-水溶液的接觸角。
接觸角（Contact Angle），是一種測量液體表面張力的常用方法，它可以描述液滴內部的分子是如何相互作用的，以及如何與液滴下面的表面相互作用的。例如，水在像玻璃這樣的表面上的接觸角很小，所以一滴水會看起來像“珠子”，而一滴高濃度的乙醇-水溶液會有更大的接觸角，反而會變平并散開。
乙醇-水混合物的接觸角與酒精含量有關
進一步的研究發現，接觸角并沒有隨著酒精濃度的增加而線性增加，而是隨著酒精濃度的增加而呈現出一系列不規則的穩定區間。高分辨率核磁共振和紅外實驗以及分子動力學模擬證實，不同濃度的乙醇-水混合物中存在不同的乙醇-水分子簇類型。在低濃度下，乙醇在水分子周圍形成更多的金字塔形狀（即四面體形）的團簇結構，然而，當濃度增加時，乙醇開始像鏈條一樣首尾相連。
更有趣的是，乙醇-水混合物的這些團簇結構受到冷卻和加熱的影響，表現出接觸角的數值變化。例如，38%~42%和52%~53%的白酒在室溫條件下有不同的團簇結構，但這種差異在溫度更高時（比如40℃）消失了。
乙醇-水混合物的團簇結構隨溫度的變化而發生改變
這也解釋了為什么經常喝酒的人在室溫下能分辨出不同濃度的白酒，但在加熱之后卻分辨不出來。換而言之，在加熱之后，不同濃度的白酒在更高的溫度下表現出更多的鏈狀結構，因此更有“酒味”。
江雷院士
江雷院士表示，雖然只有1%的酒精體積差別，但51%和52%白酒的口感卻有明顯的不同——51%白酒的口感與38%~42%的白酒更為相似。因此，為了保證具有相同的口感，白酒產品的酒精濃度會劃定一個較為明確的區間，即要么是38%~42%，要么是52%~53%，要么是68%~75%。
乙醇-水混合物團簇中水分子的配位態
與白酒相反，研究團隊還發現，酒精濃度較低的啤酒在冷藏后反而會有一種更強烈的“類似乙醇”的味道。進一步實驗表明，在5%和11%低濃度乙醇-水溶液中，在5℃低溫下，其鏈狀結構有明顯的增強而表現得“酒味”更足。
不僅如此，研究團隊還計算了接觸角與酒精濃度的一階導數，發現臨界點在5%-7%、9%-11%、14%-17%、28%-31%、35%-42%、50%-52%、68%-70%、75%-78%和91%-94%的范圍內，幾乎符合全球著名酒精飲料的酒精體積（ABV）分布， 通常為啤酒（~4%）、葡萄酒/米酒（11%–16%）、清酒（14%-19%）、燒酒（~19%）、威士忌（40%-43%）、白蘭地（40%-43%）、伏特加（40%）、中國白酒（38%-42%、~52%、~68%~75%）等等。
總的來說，這項研究表明，乙醇-水混合物中存在兩種團簇結構——金字塔形團簇和鏈狀團簇，并且會隨著溫度的變化而相互轉化，其中鏈狀團簇更接近乙醇溶液的團簇結構而更具“酒味”。在白酒中，較高的溫度有助于鏈狀團簇的形成，而在啤酒中，較低的溫度反而有助于鏈狀團簇的形成。
溫度對乙醇-水混合物團簇結構的影響
因此，無論是溫熱還是冰鎮，喝酒的目的是嘗出“酒味”，通過溫度變化最大程度地還原酒的風味很是關鍵。酒精飲料行業可以利用這項研究成果幫助其生產，以盡可能低的乙醇濃度讓人品嘗“美酒”的滋味！
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