Раскрыта сложная физика пивной пены
Посетители пабов не любят, когда им наливают пиво, бедное пеной. Обычно они винят в этом неумелых барменов, но на самом деле причина может быть вовсе не в квалификации работников общепита.
Стабильность пивной пены также сильно зависит от химического состава напитка, установили ученые из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich). Результатами исследования они поделились в журнале Physics of Fluids.
Самым стабильным оказалось пенообразование у пива тройного брожения, тогда как пена на пиве однократного брожения, включая лагеры, может осесть еще до того, как вы успеете сделать первый глоток.
«Теперь мы точно знаем механизм и можем помочь пивоварням улучшить пену их пива», — говорит профессор Ян Вермант, химик-технолог из ETH Zurich, руководивший исследованием.
По его словам, исследование началось как «типичный пятничный послеобеденный проект».
«Мы решили изучить пиво и обнаружили, что в нем происходит очень насыщенная физика», — вспоминает Вермант.
Пивная пена, как и любая другая, состоит из множества мелких пузырьков воздуха, разделенных тонкими пленками жидкости. Под действием силы тяжести и давления окружающих пузырьков пленки медленно истончаются, пузырьки лопаются, и пена оседает. Выяснилось, что скорость этого процесса зависит от формы белка, полученного из ячменя, под названием Liquid Transfer Protein 1 (LTP1).
«Идея заключалась в том, чтобы напрямую изучить, что происходит в тонкой пленке, разделяющей два соседних пузырька», — объясняет Эммануил Хатзигианнакис из Технического университета Эйндховена, первый автор исследования.
Вооружившись научными методами визуализации, экспериментаторы смогли определить, как эти тонкие пленки могут удерживаться вместе, образуя стабильную пену.
«Можно напрямую визуализировать, что происходит, когда два пузырька сближаются. Мы можем непосредственно видеть белковые агрегаты пузырька, их границу раздела и структуру», — рассказывает Хатзигианнакис.
В пиве однократного брожения белки LPT1 имеют глобулярную форму и плотно располагаются в виде мелких сферических частиц на поверхности пузырьков. «Это не очень стабильная пена», — констатирует Вермант.
Во время второго брожения белки частично раскручиваются и образуют сетчатую структуру, которая действует как эластичная растягивающаяся оболочка на поверхности пузырьков. Это делает жидкость более вязкой, а пузырьки — более стабильными.
В ходе третьего брожения LPT1 распадаются на фрагменты, имеющие водоотталкивающий (гидрофобный) конец и «водолюбивый» (гидрофильный) конец. В таком пиве вступает в действие эффект Марангони, благодаря которому в стенках пузырьков происходит переток жидкости из более плотных богатых белком областей в обедненные белком истончающиеся части, защищая их от разрыва. Схожее явление наблюдается у мыльных пузырей, где по этой причине на поверхности часто можно увидеть завихрения.
«Эти белковые фрагменты функционируют как поверхностно-активные вещества, стабилизирующие пену во многих повседневных применениях, таких как моющие средства», — замечает Вермант.
Пена некоторых сортов пива тройного брожения остается стабильной до 15 минут.
Результаты исследования помогут пивоварам регулировать пенообразование их продукции в соответствии с потребностями.
Бельгиец Вермант допускает, впрочем, разное отношение к пене на пиве: «Пена важна не везде, где подают пиво — это, по сути, культурный фактор».