“化学舌头”巧辨威士忌

威士忌是一种流行于欧洲和北美的烈性酒。按照产地，威士忌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。像中国的白酒一样，不同产地、发酵工艺、储藏条件、年份等因素会孕育出不同风味的威士忌。但不同威士忌之间化学成分又极为相似，通过一般的分析手段很难辨别。目前，高档威士忌的售价在每瓶1万到13万欧元间，消费者当然很担心假冒伪劣产品啦。

各种威士忌。图片来源：Monticello / iStockphoto

最近，德国海德堡大学Uwe Bunz教授课题组和荷兰格罗宁根大学Andreas Herrmann教授课题组的科学家们合作发明了一种“化学舌头”——荧光探针阵列，可以准确地区分超过30种不同的威士忌。依靠超强的灵敏度，这种“化学舌头”还能识别出威士忌的关键品质信息，如麦芽状态、酒龄、原产地甚至口味等。相关研究发表在Cell Press旗下化学综合类期刊Chem 上。

也许有朋友要提出疑问，为什么一定要用化学方法来解决品酒问题，我们不是有品酒师吗？的确，经验丰富的专业品酒师通过捕捉鼻腔和唇齿间那极细微的差别，可以对威士忌的特性和品质进行判断。但再优秀的品酒师也难免会失误，且培养一位资深品酒师需要至少数十年时间。人类的舌头往往只能尝出气味明显的物质，如麦芽和柑橘类的调味剂，而其他更复杂更多样的化学物质就很难分辨了。而且，就如Uwe Bunz教授所说，尝试用化学方法分辨两种组成极为接近的复杂物质是件有趣的事情，威士忌就是绝佳的实验对象。Bunz教授对于用化学方法品酒情有独钟，之前他们已经用过类似手段分辨各种白葡萄酒，这次他们挑战了难度更大的威士忌。

文章的通讯作者Uwe Bunz教授（左）和第一作者韩进松（Jinsong Han）博士（右）。图片来源：Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg

研究者设计了两类荧光探针，一种是化学合成的离子型聚合物荧光探针（Poly(p-aryleneethynylene)s，PAEs），另一种是基于绿色荧光蛋白（Green fluorescent protein，GFP）的探针。综合这两种荧光探针的结果可以使准确率提高到近乎100%。将不同的威士忌滴入含有荧光探针溶液阵列的测试孔板中（常用的96孔板），所引起的荧光信号变化也不同，用酶标仪快速读取荧光信号强度，就能获得每种威士忌对应的特征值。

但是只有一种高分子荧光探针对威士忌的响应是不够的，因此研究者从二十多种修饰过的离子聚合物中筛选出三种响应最佳的高分子荧光探针，于是每种威士忌有三个荧光变化的特征值。就像“三点确定一条直线”的道理一样，用这三个值我们可以锁定一种威士忌，形成其独特的指纹。

三种离子型高分子荧光探针PAEs的结构式。图片来源：Chem

分别于正电肽链和负电肽链连接的绿色荧光蛋白探针。图片来源：Chem

“化学舌头”这个词并不是笔者的创造，在原文中Bunz教授等人就将他们的发明称为“舌头”。那么，这些荧光探针阵列和真人的舌头之间究竟有什么相似之处呢？

人类的舌头上分布着6-7种味觉受体，如甜、咸、苦、酸、鲜和热。我们就根据这些味觉因素的不同组合来分辨不同的食物。这些味觉的混合会给你留下关于这种食物味道的整体印象。而Bunz教授等人开发的“化学舌头”正是具有综合多个指标的优点。传统的化学分析技术，如质谱，是将混合物分成若干单独的组分再给出图谱或示数。而高分子荧光探针是对整个混合物直接做出响应。研究者并没有指出威士忌中的组分和荧光探针详细的反应过程，但他们知道最后读出的荧光信号与威士忌的酒龄、麦芽状态（单一或混合）、原产地、口味有关。

用荧光探针鉴别威士忌的方法示意图。图片来源：Chem

尽管这一成果让人惊讶，但此“化学舌头”或许并不会夺走人类品酒师的饭碗。比如，一杯威士忌，经验丰富的品酒师往往能准确判断出品牌，但这对“化学舌头”来说却是不可能完成的任务。“化学舌头”只能比较两款威士忌的相似程度。也就是说，如果没有确定的标准品（正品酒）作为参照，“化学舌头”的那些荧光信号毫无意义。不过，如果将比赛场景切换为分辨正品酒和高仿山寨酒，“化学舌头”无疑能轻松完胜。

在小氘看来，这项研究最大的亮点是极广的适用性。研究者选用威士忌作为分析对象，取得了很好的效果。理论上，红酒、白酒、啤酒、果汁……只要是复杂混合物都可以用它鉴别真伪。只要有这些高分子探针（合成也不困难），实验非常简单，混合后读板就可以了，确实是一项很有应用前景的发明。作者自己也说，他们未来将会把这一技术推广到辨别消费者产品（例如香水和其他酒精饮料），甚至处方药（预防过期药、假药、仿冒药等等）。

A Hypothesis-Free Sensor Array Discriminates Whiskies for Brand, Age, and Taste

Chem, 2017, 2, 817-824, DOI: 10.1016/j.chempr.2017.04.008