木塞上的鑽石：從2026年諾貝爾化學獎，揭開葡萄酒酸度的秘密
你知道嗎？當我們打開一瓶陳年葡萄酒，有時會發現木塞底部附著一些閃閃發亮、像碎玻璃般的透明晶體。有些人以為是酒瓶破裂留下的玻璃碎屑，也有人把它們視為歲月留下的痕跡。這些晶體俗稱葡萄酒鑽石，主要成分其實是酒石酸氫鉀（Potassium Bitartrate），一種由葡萄酒天然含有的酒石酸與鉀離子形成的結晶。
但你可能想不到，這些不起眼的小晶體，竟然與剛剛公布的2026年諾貝爾化學獎有著一段跨越178年的科學淵源。今年10月7日，諾貝爾化學獎頒予法國化學家 Henri B. Kagan 與日本化學家 Kensō Soai，表揚他們發現不對稱有機合成中的非線性效應（Non-linear Effects）與自催化（Autocatalysis）。簡單來說，他們解釋了為何兩種看似完全相同、卻像左右手一樣互為鏡像的分子，能在化學反應中逐漸形成極不對稱的比例。
而這個關於分子「左右手」的故事，正可以追溯至1848年，一名只有25歲的法國化學家對酒石酸鹽晶體的觀察。那個人，就是後來徹底改變人類對發酵與微生物認識的 Louis Pasteur（路易·巴斯德）。
一、從一道光線，發現分子的左右手
要理解這段故事，首先需要認識一個看似與葡萄酒毫無關係的現象：旋光性（Optical Activity）。
我們日常接觸的自然光，其電場可以沿不同方向振動。當光線通過偏光濾鏡（Polarising Filter）後，便可以得到沿特定方向振動的線偏振光（Linearly Polarised Light）。如果你曾戴著偏光太陽眼鏡觀看手機螢幕，轉動眼鏡時發現畫面忽然變暗，這便是日常生活中可以觀察到的偏振現象。
十九世紀初，法國物理學家 Jean-Baptiste Biot 發現，某些物質能夠使線偏振光的振動平面發生旋轉。這種現象稱為旋光性，而不同物質對偏振光的影響，後來成為研究分子三維結構的重要工具。
要想像這個概念，不妨看看自己的雙手。左右手擁有相同數量的手指，手掌與指節的組成亦一樣，但無論你如何旋轉，都無法讓左手與右手完全重疊。
某些分子同樣具有這種特徵。它們由相同的原子組成，原子之間的連接方式亦完全一致，卻因三維空間排列不同，形成兩種互為鏡像而不能重疊的結構。這種性質稱為手性（Chirality），而這一對分子則稱為對映異構體（Enantiomers）。
有趣的是，兩種對映異構體在一般非手性環境中，可以具有相同的熔點、沸點及非常接近的化學性質，但它們對線偏振光的影響卻有所不同。一種可以使偏振光的振動平面向右旋轉，另一種則向左旋轉。如果將兩者以相同的物質的量混合，在相同測量條件下，旋光作用便會互相抵消。
而酒石酸，正是人類認識這種分子不對稱性的重要起點。
1848年，Pasteur 正在研究酒石酸鹽與當時稱為 Paratartaric Acid（副酒石酸，後來確認與外消旋酒石酸有關）的物質。他發現，兩種化學組成相同的酒石酸鹽，竟然可以表現出截然不同的旋光性。
於是，他把相關的酒石酸鈉銨雙鹽（Sodium Ammonium Tartrate）結晶放在顯微鏡下觀察，發現有些晶體的小切面朝向一邊，另一些則朝向相反方向，彷彿晶體也擁有左右手。
Pasteur 沒有忽略這個微小差異。他利用鑷子，逐粒把兩種鏡像晶體分開，然後分別溶解，再以旋光儀（Polarimeter）測量。結果，一組溶液使偏振光向右旋轉，另一組則向左旋轉；兩者重新等量混合後，淨旋光性又消失了。
這項實驗後來成為立體化學（Stereochemistry）的重要基礎，揭示了一個當時極具革命性的概念：決定物質性質的，不只是原子種類與連接方式，還有它們在三維空間中的排列。
二、微生物竟然也懂得分辨左右手？
故事並沒有在1848年結束。1857年，Pasteur 在研究發酵的過程中，再次遇上酒石酸，而且這次出現了一個更加令人驚訝的現象。
他觀察到，當含有等量左右旋酒石酸形式的溶液受到微生物作用後，原本沒有淨旋光性的液體，竟然逐漸產生旋光性。
原因是微生物並沒有以相同速度消耗兩種酒石酸，而是優先代謝其中一種對映異構體，令另一種逐漸在溶液中累積。
根據後來的歷史研究，Pasteur於1857年使用的微生物，今天已無法確定其準確身分；但到了1860年，他成功證實一種青黴屬Penicillium glaucum，也能夠優先代謝右旋的 (+)-Tartaric Acid，讓左旋的 (−)-Tartaric Acid 留在溶液中。就好像葡萄糖與果糖化學式完全相同、偏振光旋轉方向卻正好相反的「孿生異構體」，釀酒酵母也總是優先吃掉葡萄糖，而把甜度感知更高的果糖留在最後。
為甚麼微生物能夠做到連一般化學反應也未必可以輕易完成的選擇？
原因在於生命本身具有手性。
微生物依靠酶（Enzymes）進行代謝，而酶的活性位點具有特定的三維結構，因此可以對不同立體構型的分子表現出不同的結合能力及催化效率。就好像一隻左手手套，雖然與右手手套使用相同的材料，卻未必能夠同樣合適地容納右手。
Pasteur的發現不但進一步證明分子手性的重要性，也讓他逐步從晶體學與化學研究，走向發酵及微生物學，最終建立起人類對乳酸發酵、酒精發酵與微生物活動的全新認識。
今年諾貝爾化學獎得主Kagan揭示，在某些不對稱催化反應中，催化劑的手性比例與最終產物的手性比例，並不一定呈線性關係。而另一位得主Soai則進一步展示，在某些特殊的自催化反應中，原本只有極微小優勢的一種對映異構體，可以透過反應產物繼續催化自身生成，使這個差異不斷放大。
Pasteur發現了分子的左右手，以及微生物對它們的選擇；Kagan與Soai則協助我們理解，在特定化學反應中，微小的手性偏差如何被放大成壓倒性的優勢。而葡萄酒恰好保存了這段科學史的一個有趣線索。
三、回到葡萄酒：酒石酸為甚麼如此重要？
說了這麼多化學，我們還是回到杯中的葡萄酒。
酒石酸（Tartaric Acid）是葡萄與葡萄酒最重要的天然有機酸之一，與蘋果酸（Malic Acid）共同構成葡萄成熟期間的主要酸度來源。相比大多數以蘋果酸及檸檬酸為主要有機酸的植物，葡萄具有累積大量酒石酸的特殊能力。
葡萄中的天然酒石酸主要是 L(+)-Tartaric Acid，亦即具有右旋旋光性的L-酒石酸。這裏要特別注意，分子命名中的L與D，不等於旋光方向的正負號，因此L型分子並不代表一定左旋。
在葡萄生長初期，酒石酸便開始大量合成，其生成與抗壞血酸（Ascorbic Acid）的代謝途徑有關。進入轉色期（Véraison）後，酒石酸相對不容易像蘋果酸般被細胞呼吸作用直接代謝消耗，因此成為葡萄成熟後維持酸度的重要來源。
相比之下，蘋果酸會在成熟過程中參與呼吸代謝，尤其在炎熱環境下，降解速度往往加快。這也是為甚麼高溫年份的葡萄，常常會出現蘋果酸下降、可滴定酸度不足的問題。
不過，酒石酸相對穩定，並不代表它的濃度永遠不變。隨著果粒膨大，酒石酸濃度可以受到稀釋；葡萄累積的鉀離子也會改變酒石酸的解離及鹽類平衡。到了發酵階段，酒精濃度增加，又會使酒石酸氫鉀的溶解度下降，促進結晶沉澱。
因此，酒石酸同時扮演兩種角色，一方面它是葡萄酒酸度的重要來源；另一方面它又是葡萄酒物理穩定性問題的重要參與者。
更重要的是，酒石酸與葡萄酒的pH、可滴定酸度（Titratable Acidity, TA），以及我們在口中感受到的酸味，都有著密切卻並不完全相同的關係。
而這正是閱讀酒莊Technical Sheet時，最容易被誤解的地方。
四、酒莊Technical Sheet上的TA，究竟代表甚麼？
我們經常在酒莊的Technical Sheet看到以下資料：
pH：3.60 ｜ TA：6.6 g/L
不少人直覺地認為，TA就是Tartaric Acid，代表酒中含有每公升6.6克酒石酸。
其實，在葡萄酒實驗室分析中，TA通常代表的是Titratable Acidity（可滴定酸度），而非Tartaric Acid的濃度。
所謂可滴定酸度，是實驗室以已知濃度的鹼性溶液，例如氫氧化鈉（Sodium Hydroxide, NaOH），逐步加入酒樣，把酸性物質中可被中和的氫離子滴定至指定終點，然後根據消耗的鹼液計算酸度。
這裏還有一個經常被混淆的名稱：Total Acidity（總酸度）。
國際葡萄與葡萄酒組織（OIV）的正式分析標準，確實把滴定至 pH 7.0 的結果稱為Total Acidity；而AWRI及不少葡萄酒實驗室則採用滴定至 pH 8.2 的方法，並稱為Titratable Acidity。
兩者都屬於滴定測量的概念，但由於終點不同，所得結果不一定完全一致。它們亦不等於把酒液中每一種酸的實際質量簡單相加。
由於酒石酸是葡萄酒主要的有機酸，許多酒莊會把結果表達為 g/L as Tartaric Acid（每公升酒石酸當量）。
因此，TA 6.5 g/L並不代表酒液裏面實際存在6.5克純酒石酸，而是指在指定滴定方法下，這瓶葡萄酒具有相當於每公升6.5克酒石酸的可滴定酸度。它包括酒石酸、蘋果酸、乳酸、琥珀酸等不同酸性物質對滴定結果的貢獻。以不同化學形式存在的酸與鹽，也會影響最終測量值。
而pH測量的是另一回事。pH反映葡萄酒中氫離子（H⁺）的有效活度，採用對數刻度。舉例來說，一瓶pH 3.1的葡萄酒，其氫離子活度約為pH 3.4葡萄酒的兩倍。
原因就在於，葡萄酒中的有機酸大多屬於弱酸（Weak Acids）。它們並不會一次過把所有能夠釋放的氫離子全部釋放到酒液中，而是以未解離酸分子、不同解離形式及鹽類共同存在。
五、同樣是酸，為甚麼酒石酸、蘋果酸與乳酸表現不同？
葡萄酒中有多種有機酸，它們對pH、TA及感官的影響，並不完全相同。要理解其中原因，首先需要認識酸解離常數（pKa）。
pKa描述某一階段的酸解離平衡。數值愈低，代表該階段的酸愈容易釋放氫離子。但一種酸對整瓶葡萄酒的最終pH影響有多大，還取決於它的濃度、酒液原本的pH、鉀離子含量，以及整個體系的緩衝能力。
酒石酸（Tartaric Acid）擁有兩個可以解離的羧酸基團，因此屬於二元酸（Diprotic Acid），其在水溶液中的pKa₁約為 2.98，pKa₂約為 4.34。在葡萄酒一般的pH範圍內，它可以以未解離酒石酸、酒石酸氫根（Bitartrate, HT⁻）及酒石酸根（Tartrate, T²⁻）等形式存在。
由於它具有相對較強的第一階段解離能力，又常以較高濃度存在，因此對葡萄酒的酸度及pH具有非常重要的影響。不過，酒石酸與鉀離子形成的酒石酸氫鉀可以沉澱，所以釀酒師即使添加酒石酸，也不能假設添加的酸會全部永久留在酒液中。
蘋果酸（Malic Acid）同樣是二元酸，pKa₁約為 3.40，pKa₂約為 5.11。它的第一階段解離能力弱於酒石酸，但仍然可以對葡萄酒的TA作出重要貢獻。感官上，蘋果酸經常被形容具有青蘋果般直接、清脆的酸感，不過這是一種整體感官描述，並不代表蘋果酸本身就帶有青蘋果的揮發性香氣。
更重要的是，蘋果酸可以在釀酒過程中受到微生物代謝。
當葡萄酒進行蘋果酸乳酸發酵（Malolactic Fermentation, MLF）時，以 Oenococcus oeni 為代表的乳酸菌，會把一分子L-蘋果酸轉化為一分子L-乳酸，並釋放一分子二氧化碳。
乳酸（Lactic Acid）只有一個羧酸基團，屬於一元酸（Monoprotic Acid），pKa約為 3.86。由於原本具有兩個可解離羧酸基團的蘋果酸，轉化成只具有一個羧酸基團的乳酸，葡萄酒的可滴定酸度一般會下降，pH則經常上升。
在常用的酒石酸當量計算下，每公升約1克蘋果酸完成MLF轉化，理論上可使TA下降約 0.56克／公升，實際測量仍會受到酒液組成及其他反應影響。
這也是為甚麼經過MLF的Chardonnay，往往比沒有進行MLF的酒款呈現較柔和、圓潤的酸度。不過，乳酸本身是否必然比蘋果酸「柔和」，仍然受到整體酒液組成影響；我們熟悉的奶油香氣，亦主要與雙乙醯（Diacetyl）等乳酸菌代謝產物有關，而非乳酸直接產生的香氣。
到了醋酸（Acetic Acid），情況又變得不同。醋酸屬於一元酸，pKa約為 4.76。在一般葡萄酒pH環境下，它大部分以未解離形式存在，因此對當下氫離子活度的直接貢獻，相對其總濃度而言較小；但當我們進行TA滴定、把pH逐漸提高時，這些未解離醋酸仍然可以釋放氫離子並消耗鹼液。
六、為甚麼酒莊加酸時，最常選擇酒石酸？法律又如何限制酸度調整？
既然葡萄酒含有酒石酸、蘋果酸與乳酸，為甚麼釀酒師需要進行酸化處理（Acidification）時，通常會優先選擇酒石酸？首先，酒石酸本來就是葡萄最主要的天然有機酸之一，其第一階段酸解離常數（pKa₁）約為2.98，低於蘋果酸的3.40及乳酸的3.86，因此通常能有效提高可滴定酸度（TA）及降低pH，有助於改善高溫年份葡萄酸度不足的問題，同時提升微生物穩定性及二氧化硫（SO₂）的有效性。更重要的是，酒石酸相對不容易被葡萄酒中的酵母或乳酸菌代謝；相反，額外添加的蘋果酸可能在後續蘋果酸乳酸發酵（MLF）中被轉化，而檸檬酸（Citric Acid）亦可能受到乳酸菌代謝，增加醋酸及雙乙醯（Diacetyl）等副產物形成的風險。不過，酒石酸並非毫無缺點：它可能與鉀離子形成酒石酸氫鉀（Potassium Bitartrate）並沉澱，令最終保留的酸度低於預期，因此釀酒師需要透過小樣測試（Bench Trials）評估實際添加量。
七、從實驗室走到餐桌：酸度究竟如何改變我們的感官？
說到底，消費者喝葡萄酒，不會拿著pH計或滴定管。
我們真正關心的，往往是這瓶酒入口有多鮮明、酸度是否尖銳（Sharpness）、口感是否緊緻（Tension），以及喝完之後，那股令人分泌唾液的清爽感可以維持多久。
在傳統品酒教學中，TA通常是比pH更接近酸味強度（Sourness Intensity）的分析指標。研究亦指出，葡萄酒的可滴定酸度與可感知酸味通常有較強關係，而pH與單純酸味強度的相關性較弱。
可是，若我們討論的不再只是酸味，而是整個口腔的觸感，pH的重要性便可能變得更加明顯。
2024年刊登於《Food Hydrocolloids》的一項研究，以酒石酸、蘋果酸及乳酸配製模型葡萄酒，分別控制相同pH與相同TA，再研究不同酸度條件對口腔收斂感及唾液潤滑的影響。
研究發現，即使沒有加入單寧，酸本身也可以引起不同程度的口腔收縮感（Pucker）。在其測試條件下，pH對這些收斂感的時間變化，以及唾液摩擦特性的影響，往往比TA更加明顯。
醋酸也是葡萄揮發酸（Volatile Acidity, VA）的主要成分之一。它與酒石酸、蘋果酸及乳酸最大的感官分別，是濃度較高時可以帶來明顯的醋酸氣味，而相關的乙酸乙酯（Ethyl Acetate）亦可能產生指甲油溶劑般的氣味。它們對葡萄酒品質的影響，不再只是單純的酸味問題。
另外，酵母發酵亦會產生琥珀酸（Succinic Acid），並可能帶來酸味、苦味及鹹鮮感。因此，即使兩瓶葡萄酒的TA完全一樣，其酸的組成不同，最終感官表現亦可以有所差異。
八、既然酒石酸如此重要，為甚麼酒莊還要讓它沉澱？
說到這裏，我們終於可以重新看看木塞上的那些晶體。
葡萄酒中的酒石酸，可以與葡萄天然含有的鉀離子結合，形成溶解度相對較低的酒石酸氫鉀（Potassium Hydrogen Tartrate, KHT）。
在葡萄汁裏面，部分酒石酸鹽仍然可以保持溶解狀態，但隨著發酵產生酒精，酒石酸氫鉀在酒精水溶液中的溶解度會下降。如果葡萄酒其後受到低溫影響，又或者在漫長陳年中逐漸失去一些原本阻礙結晶的膠體物質，酒液中過度飽和的酒石酸氫鉀便可能逐漸形成晶體。
這些晶體可以附著在木塞底部，也可能沉積在瓶底。白葡萄酒中的結晶通常透明或呈淺色，紅葡萄酒中的結晶則可能因吸附色素而呈現深紅色。
九、酒莊如何避免結晶？移除與阻止其實是兩回事
最傳統的方法，是冷穩定處理（Cold Stabilisation）。
酒莊把葡萄酒降溫至接近冰點或更低的溫度，並維持一段時間，讓酒石酸氫鉀在酒槽內預先結晶。部分酒莊更會加入細小的酒石酸氫鉀晶種（Seeding Crystals），提供大量結晶核心，加快結晶速度。之後再以澄清、離心或過濾等方式，把這些晶體從酒液中分離。
這個方法的概念十分直接：既然酒石酸鹽遲早有可能沉澱，不如讓它在酒莊的酒槽裏沉澱，而不是在消費者的酒瓶裏。
傳統冷穩定可以需要數天甚至數星期，而採用晶種的接觸式冷穩定（Contact Seeding）則可能縮短至數小時或數天，具體取決於酒液組成及設備。它的優點是原理成熟、效果可以透過測試確認；缺點則是需要冷凍能源、設備容量、處理時間，以及後續分離程序。
而且，結晶過程本身可能令TA改變，部分多酚或其他成分亦可能伴隨沉澱或後續處理而損失。因此對某些酒莊而言，問題不只是能否把晶體除去，而是除去它們所付出的成本，是否符合酒款的預期風格。
另一類方法則不需要預先大量移除酒石酸鹽，而是透過添加結晶抑制劑（Crystallisation Inhibitors），干擾晶體的形成或增長。
其中一種常見物質是羧甲基纖維素（Carboxymethyl Cellulose, CMC）。這是一種經化學修飾的纖維素衍生物，可以吸附於酒石酸氫鉀晶體表面，干擾晶體繼續生長。它對白葡萄酒尤其有用，而且在適當使用下通常不會明顯改變pH或TA。
但CMC並非萬能。它對酒石酸鈣結晶的效果有限，對嚴重過飽和的酒液亦未必提供足夠保護；在紅葡萄酒中，CMC還可能引起色素沉澱與顏色穩定問題，因此一般不建議用於紅葡萄酒。實務上亦需要先確保酒液的蛋白穩定性，再安排CMC添加及後續過濾。
另一種具有悠久應用歷史的物質，是偏酒石酸（Metatartaric Acid）。
偏酒石酸是由酒石酸經酯化形成的聚合性物質，可以阻礙晶體生長。它的主要弱點在於效果不能永久維持，因為偏酒石酸會隨時間逐漸水解，失去原有的抑制能力，而較高的儲存溫度會加快這個過程。
AWRI引用的研究資料指出，某些偏酒石酸產品在20°C條件下的有效時間大約只有三個月，而在30°C下可能縮短至約一星期。
聚天冬氨酸鉀（Potassium Polyaspartate, KPA）它可以抑制酒石酸氫鉀晶體生長，在適當條件下適用於白葡萄酒及紅葡萄酒，而且不像CMC般普遍存在紅酒色素沉澱問題。相關研究亦顯示，合適的KPA處理可以讓部分葡萄酒在瓶中維持較長時間的酒石酸鹽穩定性。不過，實際效果仍然需要考慮產品、添加量、葡萄酒組成及蛋白穩定性，不能保證對所有酒石酸鹽都有效。
酒莊亦可以使用酵母來源的甘露蛋白（Mannoproteins），利用這些大分子干擾晶體生長。它們有時亦會影響葡萄酒的口感，但對嚴重不穩定的酒液，單靠甘露蛋白並不一定足夠。
相比之下，離子交換（Ion Exchange）和電透析（Electrodialysis）則是另一種完全不同的思路。
如果酒石酸氫鉀結晶需要鉀離子參與，酒莊可以讓酒液通過裝有離子交換樹脂的設備，利用樹脂與酒中的鉀離子或鈣離子交換，降低形成難溶酒石酸鹽的條件。電透析（Electrodialysis），則利用電場與選擇性離子交換膜，讓鉀離子、鈣離子及酒石酸根等離子選擇性地遷移，降低酒液形成酒石酸鹽結晶的可能性。
十、為甚麼仍然有酒莊選擇不移除酒石酸結晶？
既然今天有這麼多穩定化技術，為甚麼部分酒莊仍然容許這些Wine Diamonds在瓶中出現？
原因並不一定是他們缺乏技術，更可能是釀酒師對風格、處理成本及品質風險作出的不同判斷。
傳統冷穩定需要額外的能源、時間與設備，而且酒石酸鹽沉澱本身會改變酒液的化學組成。在某些條件下，冷處理與後續分離過程亦可能伴隨其他酒液成分損失，這是部分酒莊希望減少處理步驟的理由。
對一些以長時間酒槽或橡木桶熟成為主的酒款而言，部分酒石酸鹽可能已在熟成期間自然沉澱，降低後續結晶風險。另一些酒莊則可能基於風格、能源消耗或減少添加物的考慮，選擇接受一定程度的結晶可能性。然而，這並不代表所有沒有進行冷穩定的葡萄酒都比較優質，更不能反過來認為進行了冷穩定的葡萄酒就一定失去風味。
Wine Diamonds並不是品質認證，也不是酒莊是否尊重風土的證明。 它主要反映酒石酸鹽的溶解、過飽和與結晶過程，至於葡萄酒本身是否優秀，仍然需要從香氣、口感、平衡、穩定性及整體品質去判斷。
對大型酒商而言，一瓶清澈穩定的葡萄酒可以避免消費者誤以為酒瓶破裂、產品受到污染或出現品質問題。降低客訴、退貨及品牌風險，本來就是合理的商業決策。當我們能確認那些透明或帶色的晶體確實是酒石酸鹽，便毋須把它們視為葡萄酒變壞的證據。小心倒酒或換瓶，通常便能把晶體留在瓶底就可以了。