Для многих любителей пива плотная «шапка» пены — это одно из простых жизненных наслаждений. И чем дольше она хранится, тем приятнее процесс. Команда швейцарских исследователей потратила семь лет на изучение этого явления и выяснила: ключевую роль играет степень брожения пива — однократное, двойное или тройное. Об этом говорится в новой статье журнала Physics of Fluids .
Пена-привычное явление в нашем быту: взбитые сливки, капучино, пиво, пенка для бритья, строительная изоляция, противопожарные материалы и тому подобное. Все они возникают, когда воздух смешивается с жидкостью, содержащей поверхностно-активные вещества (жиры или белки в пищевых продуктах, химические добавки в промышленных). Именно эти вещества укрепляют тонкие стенки пузырьков и не дают им сразу лопнуть.
Со временем пузырьки меняют форму: сначала они сферические, потому что это самая энергоэффективная форма, но под действием гравитации жидкость стекает вниз, стенки истончаются, и пузырьки становятся похожими на многогранники. Маленькие постепенно «поглощаются» большими, пространства для жидкости становится меньше — и пена уплотняется. Поэтому она может вести себя почти как твердый материал, хотя состоит на 95% из газа и лишь на 5% из жидкости.
На стабильность пены влияет множество факторов. Например, в 2019 году японские ученые описали явление коллективного разрушения пузырьков (CBC): когда лопается один пузырь на краю, волна разрушения может распространиться дальше. Оказалось, что увеличение содержания жидкости замедляет этот процесс, а вязкость почти не влияет. Следовательно, делать пену более устойчивой стоит не за счет вязкости, а подбирая различные типы поверхностно-активных веществ.
Однако пиво-не моющий раствор. Именно стабильность пены пивовары считают признаком правильного брожения. Это и подтолкнуло исследователей проверить, как именно процесс ферментации влияет на стойкость пенки.
Ученые протестировали шесть сортов:
-
два тройных брожения ( Westmalle Tripel, Tripel Karmeliet ),
-
два лагеря из Швейцарии ( Feldschl?sschen, Chopfab ),
-
бельгийские одно-и двукратного брожения ( Westmalle Extra, Westmalle Dubbel ).
Результаты:
-
однократное брожение ? наименее стойкая пена,
-
двойной ? средняя стабильность,
-
тройное ? самая стойкая пена.
Большую роль играют белки, в частности lipid transfer protein 1 (LTP1):
-
в лагерах после одного брожения белки формируют мелкие частицы, создающие вязкую пленку вокруг пузырьков;
-
после второго брожения белки частично денатурируют и образуют сетчатые структуры, улучшающие стабильность;
-
во время третьего брожения белки расщепляются на фрагменты с гидрофобными и гидрофильными концами, что снижает поверхностное натяжение и действует как натуральный «сурфактант», делая пену чрезвычайно устойчивой.
Дополнительно в игру вступают эффекты Марангони (разница поверхностного натяжения), которые хорошо известны по «слезам вина» или «кольцам кофе». Эти потоки жидкости стабилизируют структуру пены в пиве с двойным и тройным брожением.
Интересно, что чрезмерное увеличение вязкости искусственными добавками может разрушить баланс: пена станет менее стойкой, потому что эффекты Марангони будут работать слабее.
Авторы исследования убеждены: знания о пивной пене можно применить и в промышленности. Речь идет о:
-
создание смазок для электромобилей, которые не пенятся;
-
разработку «зеленых» сурфактантов без фтора и силикона;
-
стабилизацию молочной пены;
-
оптимизацию новых материалов, требующих долговечных пенных структур.
