Ученые выяснили, почему у некоторых сортов пива пена держится дольше, а у других быстро оседает. Самая стойкая пена оказалась у бельгийского траппистского пива с тройной ферментацией, тогда как у лагера с одной ферментацией пена сохраняется меньше всего. Это связано с разницей в поверхностном натяжении и денатурацией белка LTP1 — изменением его структуры, которое происходит во время второй и третьей ферментации и повышает стойкость пены. Результаты исследования показывают, как работают механизмы стабилизации пивной пены, и могут помочь улучшить качество популярного напитка. Работа опубликована в журнале Physics of Fluids.
Пиво — один из самых популярных напитков в мире. В 2024 году производство и продажа пива принесли мировой экономике более 555 миллиардов долларов и обеспечили 23 миллиона рабочих мест. Среди популярных сортов — лагер, пильзнер, эль (и его знаменитая разновидность, бельгийское траппистское пиво). Во многих странах пена на поверхности свеженалитого пива считается символом качества напитка и мастерства пивовара и бармена. Устойчивость пены связана с несколькими физическими процессами: с тем, как образуются и поднимаются пузырьки, как она формируется, стекает и разрушается. Однако точные причины стойкости пивной пены не были до конца ясны.
Физики исследовали особенности пивной пены и факторов, влияющих на ее стойкость. В течение семи лет они изучали разные сорта пива, в том числе бельгийское траппистское пиво с тройной ферментацией, а также более привычные лагеры с одной и двумя ферментациями. Они анализировали тонкие пленки на поверхности пузырьков пены, измеряли вязкость, эластичность и устойчивость, а также визуализировали белковые комплексы, которые защищают пену от разрушения. Это позволило понять, как состав и технология ферментации влияют на качество пены.
Результаты показали, что у лагеров с одной ферментацией стойкость пены связана с высокой поверхностной вязкостью: чем выше содержание белков, тем более вязкой будет пленка и тем устойчивее пена. А вот у траппистского пива поверхностная вязкость была минимальной. Вместо этого стабильность пены поддерживалась напряжением Марангони, возникающим из-за разницы в поверхностном натяжении.
Этот эффект можно наблюдать, если положить измельченные чайные листья на поверхность воды. Сначала фрагменты распределяются равномерно. Если добавить каплю мыла, чайные листья резко притянет к краю, и на поверхности возникнут течения. Если эти течения сохраняются в течение длительного времени, они стабилизируют пузырьки в пивной пене.
Ученые также проанализировали содержание белка в изучаемых сортах пива. Они выяснили, что белок LTP1 (липидпереносящий белок 1) играет ключевую роль в сохранении пены. Протеомный анализ показал, что в лагерах этот белок находится в изначальном виде и формирует тонкие слои на поверхности пузырьков, стабилизируя их. При последующей ферментации белки постепенно денатурируются («разворачиваются») и образуют сетчатое покрытие, которое делает пену еще более прочной. При тройной ферментации белки распадаются на фрагменты с гидрофобными (водоотталкивающими) или гидрофильными («водолюбивыми») концами. Это снижает поверхностное натяжение и максимально стабилизирует пену.
«Эти белковые фрагменты действуют как поверхностно-активные вещества, которые стабилизируют пену во многих повседневных продуктах, например, в моющих средствах», — объясняет Ян Вермант из Швейцарской высшей технической школе Цюриха.
Результаты исследования пивной пены важны не только для пивоварения. В электромобилях, например, смазочные материалы могут вспениваться, что представляет собой серьезную проблему. Команда пытается выяснить, как можно целенаправленно разрушать такую пену.
Другая цель физиков — разработка экологичных поверхностно-активных веществ, не содержащих фтор или кремний. Кроме того, исследователи работают над двумя другими проектами: созданием пен в качестве носителей для бактериальных систем и стабилизацией молочной пенки с помощью белков.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
