Семь лет исследований: Учёные нашли «святой Грааль» в пивоварении

Учёные раскрыли физические механизмы стойкости пивной пены. Исследование ETH Zurich объясняет, почему пена в разных сортах пива держится по-разному и как это применяется в промышленности.

Для многих любителей пива идеальный бокал немыслим без пышной и стойкой шапки пены. Однако часто эта пена оседает быстрее, чем мы успеваем сделать первый глоток. Другие сорта, напротив, могут похвастаться невероятно устойчивой пеной. В чём же секрет? Учёные из Высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich), кажется, нашли ответ.

После семи лет кропотливых исследований команда под руководством профессора Яна Верманта, специалиста по мягким материалам, раскрыла физические механизмы, отвечающие за стабильность пивной пены. Их работа, опубликованная в журнале Physics of Fluids, даёт чёткое научное объяснение, почему пена в разных сортах пива ведёт себя по-разному.

Идея исследования родилась из простого вопроса, заданного бельгийскому пивовару: «Как вы контролируете процесс варки?» Ответ был лаконичным и гениальным: «По пене». Теперь у учёных есть исчерпывающее объяснение этому эмпирическому правилу.

Иерархия пены: Трипель, Дабель и Сингль

Изучая бельгийские эли, исследователи выстроили чёткую иерархию. Самая стабильная пена оказалась у крепких сортов «Трипель». На втором месте расположились «Дабель», а меньше всего пена держалась у лёгких «Синглей» — из-за более мягкого процесса ферментации и низкого содержания алкоголя.

Учёные также проанализировали два лагера из крупных швейцарских пивоварен. Хотя некоторые из них могут достигать стабильности пены, сравнимой с бельгийскими элями, физические принципы, лежащие в основе, кардинально отличаются. Один из лагеров показал неожиданно низкий результат. «Здесь ещё есть куда расти — мы будем рады помочь», — отмечает профессор Вермант.

Белки и поверхностные силы: Что на самом деле держит пену?

Долгое время считалось, что стойкость пены обеспечивается богатыми белками слоями, которые образуются вокруг каждого пузырька. Эти белки, попадающие в пиво из ячменного солода, влияют на вязкость поверхности пузырьков и их поверхностное натяжение.

Однако новые эксперименты показали, что стабильность пены — явление более сложное и сильно зависит от стиля пива.

В лагерах стабильность пены контролируется поверхностной вязкоупругостью. Это свойство напрямую зависит от количества и состояния денатурированных белков. Чем их больше, тем жёстче плёнка вокруг пузырьков и тем дольше живёт пена.

В «Трипелях» же поверхностная вязкоупругость играет minor role. Вместо этого их пена держится благодаря эффекту Марангони — силам, возникающим из-за разницы в поверхностном натяжении, которые вызывают движение жидкости на поверхности. Простой пример этого эффекта: если насыпать на воду чаинки, а затем капнуть мыло, чаинки мгновенно устремятся к краям, и на поверхности возникнут круговые течения.

Именно эти устойчивые течения помогают стабилизировать пузырьки в «Трипелях».

Внутри пузырька: Разная структура — разная стабильность

Исследователи обнаружили, что ключевую роль играет структура белковых оболочек, окружающих каждый пузырёк.

1️⃣ В «Синглях» эти оболочки ведут себя как плотно упакованные сферические частицы, образуя подобие двумерной суспензии.

2️⃣ В «Дабелях» белки создают сетчатую мембрану, которая укрепляет пузырьки ещё сильнее.

3️⃣ «Трипели» снова стоят особняком: динамика их пузырьков напоминает поведение обычных ПАВ (поверхностно-активных веществ), используемых для стабилизации пен в бытовой химии.

Точные причины этих различий ещё изучаются, но один белок — LTP1 (белок переноса липидов 1) — уже идентифицирован как ключевой игрок.

Практическое применение: От пива до электромобилей

Профессор Вермант подчёркивает, что на стабильность пены нельзя повлиять линейно, просто изменив один параметр. «Вы не можете просто добавить больше ПАВ, чтобы увеличить вязкость — это может разрушить эффект Марангони и дестабилизировать пену. Ключ в том, чтобы работать над одним механизмом за раз. Природа, очевидно, делает это блестяще!» — объясняет он.

Команда ETH уже сотрудничает с одной из крупнейших пивоварен мира, чтобы помочь улучшить качество пены на основе новых знаний. «Теперь мы знаем точный физический механизм и можем помочь пивоварам», — говорит Вермант.

Однако важность пены — вопрос культуры. «В Бельгии пену ценят за её вкус и общие ощущения от употребления напитка. Но далеко не везде ей придают такое значение».

Открытия учёных выходят далеко за рамки пивоварения. Например, в электромобилях может возникать пена в смазочных материалах, что создаёт серьёзные риски. Группа Верманта работает с компанией Shell над поиском решений для борьбы с такими пенами.

Другое важное направление — разработка экологически чистых ПАВ, не содержащих фтор или кремний. «Наше исследование — важный шаг в этом направлении», — отмечает учёный.

Кроме того, в рамках проекта ЕС команда изучает пены как переносчики бактериальных систем и сотрудничает с пищевыми технологами, чтобы улучшить стабильность молочной пены с помощью белков.

«Так что есть множество областей, где знания, полученные при изучении пива, оказываются чрезвычайно полезными», — заключает профессор Вермант.

Создано: 29.11.2025 16:29:57