Zagadka stabilności piwnej piany rozwiązana. To postęp w wielu dziedzinach nauki

Piękna stabilna piana to jeden z elementów piwa, którego poszukują miłośnicy tego napoju. Niestety, często spotyka ich zawód. Tworząca się podczas nalewania pianka błyskawicznie znika, zanim zdążymy wziąć pierwszy łyk. Są jednak rodzaje piwa, szczególnie piwa belgijskie, na których pianka jest wyjątkowo stabilna. Naukowcy z Politechniki Federalnej w Zurychu, pracujący pod kierunkiem profesora Jana Vermanta, odkryli właśnie sekret długotrwałego utrzymywania się piany na piwie. Poznanie tej tajemnicy zajęło 7 długich lat badań.

Do niedawna nauka uważała, że stabilność pianki na piwie zależy przede wszystkim od bogatych w proteiny warstw na powierzchni pianki. Jednak badania Vermanta wykazały, że sprawa jest znacznie bardziej skomplikowana.

Okazuje się, że jeśli chodzi o belgijskie piwa typu ale to najbardziej stabilną pianę mają Tripel, mniej stabilną Dubbel, a najmniej stabilną te, które przeszły mniej intensywną fermentację i mają najniższą zawartość alkoholu (Singel). Dwa lagery z dużych szwajcarskich browarów również miały piankę, której stabilność można było porównać z belgijskimi ale, jednak reguły fizyczne zapewniające tę stabilność były inne.

W piwach typu lager elementem decydującym o stabilności pianki jest lepkosprężystość powierzchni. O niej zaś decydują białka obecne w piwie oraz ich denaturacja. Im więcej białek, tym bardziej sztywna błona tworzy się wokół bąbelków w piance i tym bardziej stabilna pianka. Jednak w piwach typu Tripel lepkosprężystość jest minimalna. Tutaj o niezwykłej stabilności pianki decyduje efekt Marangoniego, transfer masy wzdłuż granicy faz w wyniku gradientu napięcia powierzchniowego. Można go zaobserwować w domu wsypując do szklanki wody nieco pokruszonych liści herbaty. Rozłożą się one równomiernie na powierzchni. Gdy dodamy teraz kroplę mydła, zostaną one gwałtownie ściągnięte ku brzegom, przez co na powierzchni powstają prądy. Na piwie, jeśli utrzymają się one dłużej, stabilizują pęcherzyki w pianie.

W belgijskich Singel bogate w białka otoczki wokół pęcherzyków piany zachowują się jak drobne kuliste cząstki, układają się gęsto na powierzchni pęcherzyków, tworząc coś na podobieństwo dwuwymiarowej zawiesiny – mieszaniny cieczy i drobnych ciał stałych – co stabilizuje pęcherzyki. W Dubbel białka tworzą strukturę siatki, rodzaj siatkowatej błony, co jeszcze lepiej stabilizuje pianę. Z kolei w Tripel zachodzą skomplikowane zjawiska podobne do tych, które obserwuje się w prostych surfaktantach, co czyni piankę wyjątkowo stabilną.

Mimo siedmiu lat badań naukowcy nie dowiedzieli się dokładnie, skąd to odmienne zachowanie. Wszystko wskazuje jednak na to, że kluczową rolę w stabilizacji piany odgrywa białko LTP1. Profesor Vermant podkreśla, że stabilność pianki na piwie nie jest zależna od czynników liniowych. Nie wystarczy zmienić jednego elementu i uzyskać ideał. Na przykład jeśli zwiększymy lepkość, pianka stanie się bardziej niestabilna, gdyż osłabi to efekt Marangoniego. Kluczowe jest dostrojenie jednego czynnika w danym czasie tak, by nie doprowadził to do zmiany innych elementów. W piwie odbywa się to w sposób naturalny.

Badania nad pianką na piwie mogą wydawać się mało poważne, jednak ich znaczenie wykracza znacznie poza spożycie złotego napoju. Na przykład lubrykanty stosowane w samochodach elektrycznych mogą ulec spienianiu, co stanowi poważny problem. Dlatego też zespół Vermanta współpracuje obecnie z Shellem i innymi firmami badając, w jaki sposób można uniknąć powstawania piany tam, gdzie jest to niepożądane. Inną korzyścią z badań Vermanta jest poczynienie postępu w kierunku stworzenia surfaktantów wolnych od silikonu czy fluoru. Szwajcarscy uczeni zaangażowani są też w badania nad pianami jako systemami do przenoszenia bakterii oraz nad stabilizacją piany z mleka.

Więcej o badaniach nad stabilnością piwnej pianki można przeczytać w piśmie Physics of Fluid.