Ученые обнаружили «Святой Грааль» пивоварения
Ученые открыли святой Грааль пивоварения: формулу стабильной пивной пены, прорыв, преимущества которого выйдут далеко за пределы пивоваренной промышленности.
С наступлением прохладной погоды и ростом популярности сезонных сортов эля многие любители пива продолжают задаваться вопросом, почему в некоторых бокалах пена остается высокой и кремообразной, а в других она исчезает почти мгновенно. Для тех, кто ценит первый взгляд на свеженалитый бокал, быстрое исчезновение пузырьков может быть разочарованием, хотя некоторые сорта сохраняют свою структуру гораздо дольше.
Исследователи из ETH Zurich под руководством Яна Верманта, профессора по мягким материалам, выяснили, что определяет эти различия.
Их выводы, опубликованные в журнале Physics of Fluids, являются результатом семилетних исследований. Проект начался, когда Вермант задал бельгийскому пивовару прямой вопрос: «Как вы контролируете процесс пивоварения?» Ответ был кратким, но показательным: «Наблюдая за пеной».
Теперь у команды есть подробная картина процессов, которые создают долговечную пивную пену, и их выводы могут в конечном итоге помочь любителям пива наслаждаться более стабильной пеной перед тем, как сделать первый глоток.
Тройное превосходит двойное и одинарное
Исследование показало, что среди исследованных бельгийских элей пиво «Tripel» постоянно давало самую устойчивую пену. За ним следовало пиво «Dubbel», а пиво с более низким содержанием алкоголя и минимальной ферментацией («Singel») показало самую слабую стабильность пены.
Исследователи также оценили два сорта лагера от крупных швейцарских пивоваренных заводов. Их пена по своим характеристикам может приближаться к бельгийскому элю, хотя физические механизмы, лежащие в их основе, различаются. Примечательно, что одно из лагерных сортов показало плохие результаты, что указывает на возможности для улучшения.
«Еще есть место для улучшений — мы рады помочь», — говорит Вермант.
До сих пор исследователи предполагали, что стабильность пивной пены зависит в первую очередь от богатых белком слоев на поверхности пузырьков: белки поступают из ячменного солода и влияют на вязкость поверхности, т. е. на текучесть поверхности, и на поверхностное натяжение.
Однако новые эксперименты показывают, что решающий механизм более сложен и в значительной степени зависит от типа пива.
В лагерных сортах пива решающим фактором является вязкоупругость поверхности. На нее влияют белки, присутствующие в пиве, а также их денатурация: чем больше белков содержит пиво, тем более жесткой становится пленка вокруг пузырьков и тем более стабильной будет пена.
Ситуация иная с пивом типа «трипель», где вязкоупругость поверхности фактически минимальна. Стабильность достигается за счет так называемых напряжений Марангони — сил, возникающих из-за различий в поверхностном натяжении.
Этот эффект можно легко наблюдать, поместив измельченные чайные листья на поверхность воды. Сначала фрагменты равномерно распределяются. Если добавить каплю мыла, чайные листья внезапно притягиваются к краю, вызывая циркуляцию течений на поверхности. Если эти течения сохраняются в течение длительного времени, они стабилизируют пузырьки в пивной пене.
Погружение в физику пивной пены
Разные сорта пива, разные условия варки и, следовательно, разная физика пены. Ответ кроется в структуре и динамике богатых белком оболочек пузырьков. В бельгийском «Singel» богатые белком оболочки ведут себя так, как будто мелкие сферические частицы плотно располагаются на поверхности пузырьков. Это соответствует двумерной суспензии, т. е. смеси жидкости и мелкодисперсных твердых частиц, которая, в свою очередь, стабилизирует эти пузырьки.
В пиве «Dubbel» белки образуют сетообразную структуру — своего рода мембрану, которая делает пузырьки еще более стабильными. В случае «Tripel» физика становится еще богаче; динамика поверхности пузырьков напоминает динамику простых поверхностно-активных веществ, молекул, которые стабилизируют пену во многих повседневных применениях.
Точные причины такого различия в поведении пока неизвестны. Однако, похоже, что белок LTP1 (липидный транспортный белок 1) играет решающую роль в стабилизации пивной пены. Исследователи ETH смогли подтвердить это, проанализировав структуру и содержание белка в исследуемых ими бельгийских сортах пива.
Сотрудничество с крупной пивоварней
Как подчеркивает Ян Вермант: «Стабильность пены не зависит от отдельных факторов линейным образом. Нельзя просто изменить одну вещь и добиться нужного результата». Например, увеличение вязкости с помощью дополнительных поверхностно-активных веществ может на самом деле сделать пену более нестабильной, поскольку слишком сильно замедляет эффекты Марангони. «Ключ к успеху — работать над одним механизмом за раз, а не над несколькими сразу. Пиво, очевидно, делает это хорошо по своей природе!» — говорит Вермант.
При проведении этого исследования профессор ETH сотрудничал с одной из крупнейших в мире пивоваренных компаний, которая работала над стабильностью пены в своих сортах пива и хотела понять, что на самом деле стабилизирует пивную пену. «Теперь мы знаем точный физический механизм и можем помочь пивоварне улучшить пену в своих сортах пива», — говорит Вермант.
Для бельгийских потребителей пива пена важна из-за вкуса и как «часть опыта», добавляет исследователь материалов. «Но пена не всегда важна везде, где подают пиво — это культурная особенность».
