七年研究揭示了啤酒釀造的聖杯

由軟材料教授 Jan Vermant 領導的蘇黎世聯邦理工學院的研究人員揭示了這些差異的科學解釋。他們的作品發表在雜誌上 流體物理，是七年詳細調查的結果。這項研究的想法始於向比利時釀酒商提出的一個直接問題：“你們如何控制發酵過程？”釀酒師的回答簡短而富有啟發性：“通過觀察泡沫。”

研究小組現在對啤酒持久泡沫的作用力和結構有了深入的了解，為維持啤酒泡沫完整性的因素提供了新的見解。

三層、雙層和單層：哪種泡沫效果最好？

在對比利時啤酒的分析中，科學家們發現了一個清晰的層次結構。 “Tripel”啤酒產生的泡沫最穩定，其次是“Dubbel”啤酒，而“Singel”啤酒由於發酵較溫和且酒精含量較低，因此最不持久。

該團隊還評估了瑞士大型啤酒廠的兩種啤酒。儘管這種啤酒可以實現與比利時啤酒類似的泡沫穩定性，但其背後的物理原理卻截然不同。一種啤酒的表現明顯低於預期。正如 Vermant 指出的那樣，“仍有改進的空間 – 我們很樂意提供幫助。”

多年來，科學家們認為啤酒泡沫保持完整主要是因為每個泡沫周圍形成了富含蛋白質的層。這些來自大麥的蛋白質可以影響氣泡表面流動的容易程度（表面粘度）及其表面張力。

然而，新的實驗表明，泡沫穩定性比以前想像的更複雜，並且在很大程度上取決於啤酒的風格。

蛋白質和表面力如何穩定泡沫

在散裝啤酒中，泡沫穩定性由表面粘度控制。這種特性很大程度上取決於啤酒中蛋白質的含量以及這些蛋白質如何變性。較高的蛋白質含​​量會在氣泡周圍形成更堅固的層，這有助於泡沫持續更長時間。

相比之下，“Tripel”啤酒對錶面粘度的依賴性很小。相反，它們通過馬蘭戈尼壓力來維持泡沫，馬蘭戈尼壓力是當表面張力差異在液體表面產生運動時產生的力。

這種效果的一個簡單例子是將磨碎的茶葉放在水中。起初，碎片均勻地漂浮。當一滴肥皂落在表面時，葉子突然向外拉，產生渦流。當這些電流繼續存在時，它們有助於穩定氣泡，類似於三重泡沫中發生的情況。

氣泡殼內部：為什麼不同的啤酒表現不同

研究人員發現，泡沫穩定性取決於每個氣泡周圍富含蛋白質的外殼的結構和行為。在比利時“Singel”啤酒中，這些外殼的行為就像許多小球形顆粒緊密地堆積在氣泡表面一樣。這就像二維懸浮液（液體和非常細的固體的混合物），有助於保持泡沫。

“杜貝爾”啤酒則展現出不同的風格。它的蛋白質形成網狀膜，進一步增強氣泡。 Triple Beer 再次脫穎而出，因為它的氣泡動力學與簡單的表面活性劑類似，表面活性劑通常用於穩定日常產品中的泡沫。

這些差異的確切原因尚未完全確定。然而，一種蛋白質 LTP1（脂質轉移蛋白 1）似乎發揮著重要作用。 ETH 的研究人員通過檢查比利時樣本中 LTP1 的結構和濃度證實了這一點。

與一家大型啤酒廠合作提高泡沫質量

Vermant 強調泡沫穩定性不會以直接或線性方式受到影響。 “泡沫穩定性並不以線性方式取決於個體因素。你無法改變一件事並糾正它。”例如，添加更多表面活性劑來增加粘度實際上可能會破壞泡沫的穩定性，因為它會干擾馬蘭戈尼的效果。 “關鍵是一次只研究一種機制，而不是同時研究多種機制。顯然，啤酒自然就能很好地做到這一點！”他解釋道。

ETH 團隊與世界上最大的啤酒廠之一合作，以更好地了解泡沫穩定性並確定防止啤酒泡沫破裂的因素。 “我們現在知道了確切的物理機制，可以幫助啤酒廠改善啤酒中的泡沫，”Vermant 說。

他指出，在比利時，泡沫在味道和整體飲用體驗方面受到高度重視。 “但無論在哪裡供應啤酒，泡沫並不總是很重要——這是一種文化。”

超越發酵：工業和環境中的泡沫科學

這項研究的實際意義超出了釀造領域。在電動汽車中，潤滑油可能會開始起泡，造成嚴重風險。 Firmant 集團目前正在與殼牌和其他合作夥伴合作，了解如何有效分解這些泡沫。

另一個主要目標是開發非氟或矽基的環保表面活性劑。 “我們的研究是朝這個方向邁出的重要一步，”Vermant 說。

作為正在進行的歐盟項目的一部分，該團隊還在研究泡沫作為細菌系統的載體。他們與蘇黎世聯邦理工學院的食品研究員 Peter Fischer 合作，研究蛋白質如何幫助穩定奶泡。正如 Vermant 總結的那樣，“我們從啤酒中獲得的知識在許多領域都被證明是有用的。”