За многе људе, чаша пива се чини некомплетном без дебелог, кремастог слоја пене на врху. Ипак, свако ко ужива у пиву зна да ова пена често брзо нестане, сруши се пре првог гутљаја. Неке сорте, међутим, успевају да задрже пену изненађујуће дуго.
Истраживачи са ЕТХ у Цириху, предвођени Јаном Вермантом, професором меких материјала, открили су научно објашњење за ове разлике. Њихов рад, објављен у часопису Пхисицс оф Флуидсрезултат је седам година детаљне истраге. Идеја за студију почела је једноставним питањем постављеним једном белгијском пивару: „Како контролишете пиварство?“ Одговор пивара је био кратак, али откривајући: „Гледајући пену“.
Истраживачки тим сада добро разуме силе и структуре одговорне за дуготрајну пивску пену, нудећи нови увид у оно што држи главу пива нетакнутом.
Трипел, Дуббел и Сингел: Које пене се најбоље држе
У својој анализи белгијског пива, научници су пронашли јасну хијерархију. Најстабилнију пену дала су „Трипел“ пива, затим „Дубел“, док су „Сингел“ пива имала најмање издржљиву главу због блаже ферментације и мањег садржаја алкохола.
Тим је такође оценио два лагера великих швајцарских пивара. Иако ови лагери могу постићи стабилност пене сличну белгијском пиву, физика иза њих значајно варира. Један лагер је показао приметно лошије од очекиваног. Као што Вермант напомиње, „Још има простора за побољшање – радо ћемо помоћи“.
Дуги низ година, научници су веровали да је пивска пена углавном остала нетакнута због слојева богатих протеинима који су се формирали око сваког мехурића. Ови протеини, који потичу из јечменог слада, могу утицати на то колико лако површина мехурића тече (његов површински вискозитет) и њен површински напон.
Међутим, нови експерименти показују да је стабилност пене сложенија него што се раније мислило и да у великој мери зависи од стила пива.
Како протеини и површинске силе обликују стабилност пене
У лагер пиву, стабилност пене контролише вискоеластичност површине. Ово својство у великој мери зависи и од количине протеина у пиву и од начина на који ти протеини денатуришу. Већи нивои протеина резултирају чвршћим филмом који окружује мехуриће, што помаже да пена траје дуже.
Насупрот томе, „Трипел“ пива се веома мало ослањају на површинску вискоеластичност. Уместо тога, они одржавају пену кроз Марангони напрезања – силе настале када варијације површинског напона стварају кретање по површини течности.
Једноставна демонстрација овог ефекта укључује стављање здробљених листова чаја на воду. У почетку, комади плутају равномерно. Када кап сапуна падне на површину, листови се нагло повлаче напоље и почињу вртложне струје. Када ове струје трају, оне помажу да се мехурићи стабилизују, слично ономе што се дешава у „Трипел“ пени.
Унутар мехурића: зашто се различита пива понашају другачије
Истраживачи су открили да стабилност пене зависи од структуре и понашања шкољки богатих протеинима које окружују сваки мехур. У белгијском „Сингел“ пиву, ове шкољке се понашају као да су многе мале, сферичне честице чврсто збијене преко површине мехурића. Ово подсећа на дводимензионалну суспензију (мешавина течности и веома финих чврстих материја), која помаже у одржавању пене.
„Дуббел“ пива показују другачији образац. Њихови протеини стварају мембрану налик мрежици која још више јача мехуриће. „Трипел“ пива се поново издвајају, са динамиком мехурића која личи на оне простих сурфактаната, молекула који се обично користе за стабилизацију пене у свакодневним производима.
Тачни разлози ових разлика нису у потпуности утврђени. Ипак, чини се да један протеин, ЛТП1 (протеин за пренос липида 1), игра главну улогу. Истраживачи ЕТХ-а су то потврдили испитивањем структуре и концентрације ЛТП1 у белгијским узорцима.
Партнерство са великом пиваром за побољшање квалитета пене
Вермант наглашава да се на стабилност пене не утиче директно или линеарно. „Стабилност пене не зависи од појединачних фактора на линеарни начин. Не можете само да промените једну ствар и да то урадите како треба.“ На пример, додавање више сурфактаната за повећање вискозитета може заправо дестабилизовати пену јер омета Марангони ефекте. „Кључ је радити на једном механизму истовремено – а не на неколико одједном. Пиво очигледно то добро ради по природи!“ објашњава он.
Тим ЕТХ удружио се са једном од највећих пивара на свету како би боље разумео стабилност пене и идентификовао шта заправо спречава да се пивска пена уруши. „Сада знамо прецизан физички механизам и можемо да помогнемо пивари да побољша пену на свом пиву“, каже Вермант.
Он напомиње да је у Белгији пена цењена и због укуса и због укупног искуства пијења. „Али пена није увек важна где год се служи пиво – то је културна ствар.“
Изван пиварства: наука о пени у индустрији и животној средини
Истраживање има практичне импликације далеко изван света пиварства. У електричним возилима, мазива могу почети да се пене, што представља озбиљне ризике. Вермантова група сада ради са Схелл-ом и другим партнерима како би схватила како ефикасно разградити ове пене.
Други кључни циљ је развој еколошки прихватљивих сурфактаната који се не ослањају на флуор или силицијум. „Наша студија је важан корак у овом правцу“, каже Вермант.
Тим такође истражује пене као носаче за бактеријске системе као део текућег пројекта ЕУ. У сарадњи са истраживачем хране Петером Фишером из ЕТХ Цириха, они проучавају како протеини могу помоћи у стабилизацији млечне пене. Како Вермант закључује: „Дакле, постоје многе области у којима се знање које смо стекли пивом показало корисним.
