1764412880
2025-11-29 10:31:00
Многим людям стакан пива кажется неполным без толстого кремового слоя пены сверху. Однако любой, кто любит пиво, знает, что эта пена часто быстро исчезает, разрушаясь еще до первого глотка. Однако некоторым сортам удается удерживать пену удивительно долго.
Исследователи из ETH Zurich под руководством Яна Вермана, профессора мягких материалов, нашли научное объяснение этим различиям. Их работа, опубликованная в журнале Физика жидкостейявляется результатом семи лет детального расследования. Идея исследования началась с простого вопроса, заданного бельгийскому пивовару: «Как вы контролируете пивоварение?» Ответ пивовара был кратким, но показательным: «Наблюдая за пеной».
Исследовательская группа теперь имеет четкое представление о силах и структурах, ответственных за длительное сохранение пивной пены, и предлагает новое понимание того, что сохраняет пену пива неповрежденной.
Трипель, Дуббель и Сингель: какая пена держится лучше всего
Анализируя бельгийские эли, ученые обнаружили четкую иерархию. Пиво «Трипель» давало самую устойчивую пену, за ним следовало пиво «Дуббель», а пиво «Сингель» имело наименее прочную пену из-за более мягкого брожения и меньшего содержания алкоголя.
Команда также оценила два лагера от крупных швейцарских пивоварен. Хотя эти лагеры могут достигать стабильности пены, подобной бельгийским элям, физика, лежащая в их основе, значительно различается. Один лагер показал себя заметно хуже, чем ожидалось. Как отмечает Вермант: «Еще есть куда совершенствоваться — мы рады помочь».
В течение многих лет ученые считали, что пивная пена в основном остается неповрежденной благодаря слоям, богатым белком, которые образуются вокруг каждого пузырька. Эти белки, полученные из ячменного солода, могут влиять на легкость течения поверхности пузырьков (их поверхностную вязкость) и поверхностное натяжение.
Как белки и поверхностные силы влияют на стабильность пены
В лагерном пиве стабильность пены контролируется поверхностной вязкоупругостью. Это свойство во многом зависит как от количества белка в пиве, так и от того, как эти белки денатурируют. Более высокий уровень белка приводит к образованию более жесткой пленки вокруг пузырьков, что помогает пене сохраняться дольше.
Пиво «Трипель», напротив, очень мало зависит от поверхностной вязкоупругости. Вместо этого они поддерживают пену за счет напряжений Марангони — сил, возникающих, когда изменения поверхностного натяжения вызывают движение по поверхности жидкости.
Простая демонстрация этого эффекта заключается в помещении измельченных чайных листьев в воду. Сначала кусочки плавают равномерно. Когда капля мыла падает на поверхность, листья внезапно вытягиваются наружу, и возникают вихревые потоки. Когда эти потоки сохраняются, они помогают стабилизировать пузырьки, подобно тому, что происходит с пеной «Трипель».
Внутри пузырьковых оболочек: почему разные сорта пива ведут себя по-разному
Пиво «Дуббель» демонстрирует иную картину. Их белки создают сетчатую мембрану, которая еще больше укрепляет пузырьки. Пиво «Трипель» снова стоит особняком, с динамикой пузырьков, напоминающей динамику простых поверхностно-активных веществ, молекул, обычно используемых для стабилизации пены в повседневных продуктах.
Точные причины этих различий до конца не установлены. Тем не менее, один белок, LTP1 (белок-переносчик липидов 1), по-видимому, играет важную роль. Исследователи ETH подтвердили это, изучив структуру и концентрацию LTP1 в бельгийских образцах.
Партнерство с крупной пивоварней для улучшения качества пены
Вермант подчеркивает, что на стабильность пены не происходит прямого или линейного влияния. «Стабильность пены не зависит от отдельных факторов линейно. Вы не можете просто изменить что-то и сделать все правильно». Например, добавление большего количества поверхностно-активных веществ для увеличения вязкости может фактически дестабилизировать пену, поскольку это мешает эффектам Марангони. «Главное — работать над одним механизмом одновременно, а не над несколькими одновременно. Пиво, очевидно, хорошо справляется с этой задачей по своей природе!» он объясняет.
Команда ETH установила партнерские отношения с одной из крупнейших пивоваренных компаний в мире, чтобы лучше понять стабильность пены и определить, что на самом деле удерживает пивную пену от разрушения. «Теперь мы знаем точный физический механизм и можем помочь пивоварне улучшить пену в их пиве», — говорит Вермант.
Он отмечает, что в Бельгии пену ценят как за вкус, так и за общее впечатление от питья. «Но пена не всегда важна там, где подают пиво — это культурная вещь».
За пределами пивоварения: наука о пене в промышленности и окружающей среде
Исследование имеет практическое значение, выходящее далеко за рамки пивоваренного мира. В электромобилях смазочные материалы могут начать пениться, что представляет собой серьезную опасность. Группа Вермана сейчас работает с Shell и другими партнерами, чтобы понять, как эффективно разрушать эти пены.
Еще одной ключевой задачей является разработка экологически чистых поверхностно-активных веществ, не содержащих фтор или кремний. «Наше исследование — важный шаг в этом направлении», — говорит Вермант.
Команда также исследует пены как носители бактериальных систем в рамках текущего проекта ЕС. В сотрудничестве с исследователем продуктов питания Питером Фишером из ETH Zurich они изучают, как белки могут помочь стабилизировать молочную пену. Как заключает Вермант: «Итак, существует множество областей, где знания, полученные нами благодаря пиву, оказываются полезными».
#Семилетнее #исследование #раскрывает #Святой #Грааль #пивоварения
Ещё по этой теме
