Для багатьох любителів пива щільна «шапка» піни — це одна з простих життєвих насолод. І чим довше вона зберігається, тим приємніший процес. Команда швейцарських дослідників витратила сім років на вивчення цього явища й з’ясувала: ключову роль відіграє ступінь бродіння пива — одноразове, подвійне чи потрійне. Про це йдеться в новій статті журналу Physics of Fluids.
Піна — звичне явище у нашому побуті: збиті вершки, капучино, пиво, пінка для гоління, будівельна ізоляція, протипожежні матеріали тощо. Усі вони виникають тоді, коли повітря змішується з рідиною, що містить поверхнево-активні речовини (жири або білки в харчових продуктах, хімічні добавки в промислових). Саме ці речовини зміцнюють тонкі стінки бульбашок і не дають їм одразу лопнути.
З часом бульбашки змінюють форму: спочатку вони сферичні, бо це найенергоефективніша форма, але під дією гравітації рідина стікає вниз, стінки тоншають, і бульбашки стають схожими на багатогранники. Маленькі поступово «поглинаються» більшими, простору для рідини стає менше — і піна ущільнюється. Тому вона може вести себе майже як твердий матеріал, хоч складається на 95% із газу й лише на 5% із рідини.
На стабільність піни впливає безліч чинників. Наприклад, у 2019 році японські науковці описали явище колективного руйнування бульбашок (CBC): коли лопається одна бульбашка на краю, хвиля руйнування може поширитися далі. Виявилося, що збільшення вмісту рідини уповільнює цей процес, а в’язкість майже не впливає. Отже, робити піну стійкішою варто не за рахунок в’язкості, а підбираючи різні типи поверхнево-активних речовин.
Проте пиво — не мийний розчин. Саме стабільність піни пивовари вважають ознакою правильного бродіння. Це й підштовхнуло дослідників перевірити, як саме процес ферментації впливає на стійкість пінки.
Вчені протестували шість сортів:
-
два потрійного бродіння (Westmalle Tripel, Tripel Karmeliet),
-
два лагери зі Швейцарії (Feldschl?sschen, Chopfab),
-
бельгійські одне- й дворазового бродіння (Westmalle Extra, Westmalle Dubbel).
Результати:
-
одноразове бродіння ? найменш стійка піна,
-
подвійне ? середня стабільність,
-
потрійне ? найстійкіша піна.
Велику роль відіграють білки, зокрема lipid transfer protein 1 (LTP1):
-
у лагерах після одного бродіння білки формують дрібні частинки, що створюють в’язку плівку навколо бульбашок;
-
після другого бродіння білки частково денатурують і утворюють сітчасті структури, які покращують стабільність;
-
під час третього бродіння білки розщеплюються на фрагменти з гідрофобними й гідрофільними кінцями, що знижує поверхневий натяг і діє як натуральний «сурфактант», роблячи піну надзвичайно стійкою.
Додатково в гру вступають ефекти Марангоні (різниця поверхневого натягу), які добре відомі за «сльозами вина» чи «кільцями кави». Ці потоки рідини стабілізують структуру піни в пиві з подвійним і потрійним бродінням.
Цікаво, що надмірне збільшення в’язкості штучними добавками може зруйнувати баланс: піна стане менш стійкою, бо ефекти Марангоні працюватимуть слабше.
Автори дослідження переконані: знання про пивну піну можна застосувати й у промисловості. Мова йде про:
-
створення мастил для електромобілів, які не піняться;
-
розробку «зелених» сурфактантів без фтору та силікону;
-
стабілізацію молочної піни;
-
оптимізацію нових матеріалів, що потребують довговічних пінних структур.
