一杯冰镇的啤酒里蕴藏着大量的物理学原理。尤其是在刚倒出来的时候，啤酒（希望）能聚集起一层丰富的泡沫。“希望”是这里的关键，因为要形成完美的泡沫顶层，有时比看起来要难得多。
实验室和啤酒厂的专家都明白，大麦中的蛋白质会影响泡沫气泡的表面粘度和张力。多年来，人们一直认为啤酒泡沫的稳定性主要来源于这些富含蛋白质的表面层之间的相互作用。但经过无数次实验（和数不清的关键试倒）后，研究人员现在对啤酒泡沫的底层机制有了更好的理解。于 8 月 26 日发表在《流体物理学》杂志上的研究结果，很快就可能超越改进啤酒酿造的范畴。
一个想法正在酝酿
这项调查大约始于七年前，当时来自瑞士苏黎世联邦理工学院和荷兰埃因霍温理工大学的合作团队联手，希望能更好地理解泡沫的行为。
“我们的想法是直接研究分隔两个相邻气泡的薄膜中发生了什么。说到气泡和泡沫，首先想到的就是啤酒，”埃因霍温理工大学材料科学家、该研究的合著者 Emmanouil Chatzigiannakis 在一份声明中表示。
随后，Chatzigiannakis 和他的同事结合了精密的成像技术和流变学（研究物质流动性的学科），分析了大量的啤酒。
“我们可以直接观察到两个气泡靠近时发生的情况，”Chatzigiannakis 说。“我们可以直接看到气泡的蛋白质聚集体、它们的界面和它们的结构。”
蛋白质驱动的发酵
该团队最终确定，虽然蛋白质粘度确实是一个因素，但它对发泡的影响会随着啤酒发酵次数的变化而减弱。例如，单次发酵的拉格啤酒的气泡主要受蛋白质影响。蛋白质越多，泡沫就越粘稠、越稳定。
多次发酵的啤酒，如复杂、风味浓郁的比利时特拉普派啤酒，情况则有所不同。作为同名修道院的一个著名特色，特拉普派啤酒的表面粘度影响较小。然而，事实证明这些啤酒拥有最稳定的泡沫结构。这如何可能？
这仍然归结于啤酒中的蛋白质含量，但与之前的假设有些矛盾。该团队确定脂质转移蛋白 1 (LTP1) 是啤酒泡沫稳定的主要决定因素。
在单次发酵的啤酒中，LTP1 蛋白以其原始形式存在，即微小的球形颗粒，它们紧密地排列在气泡表面。这形成了一个二维悬浮液，其中细分散的固体混合在液体中以稳定泡沫。
在进行第二次发酵的啤酒中，酵母细胞开始使这些 LTP1 蛋白变性，并将其结构改变成一种膜或网状结构，进一步稳定气泡。
如果将发酵过程重复第三次，就像特拉普派啤酒一样，LTP1 蛋白会变得非常破裂，以至于它们的碎片会同时具有疏水端和亲水端。随后的相互作用会降低表面张力，并通过所谓的马兰戈尼效应（由表面张力差异产生的力）最大化泡沫的稳定潜力。
“这些蛋白质碎片的作用类似于表面活性剂，在洗涤剂等许多日常应用中稳定泡沫，”苏黎世联邦理工学院软材料科学家、该研究的合著者 Jan Verman解释道。
更安全、更可持续的泡沫
根据 Verman 的说法，该团队的观察强调，泡沫的稳定性并非来自线性的、孤立的因素和相互作用。
“例如，通过添加表面活性剂增加粘度实际上可能会使泡沫更加不稳定，因为它过度减缓了马兰戈尼效应，”他说。“关键在于一次只关注一个机制——而不是同时关注多个机制。”
更深入地理解泡沫的力学原理，不仅能酿造出更令人满意的啤酒。它还能挽救生命。电动汽车内的润滑剂有时容易起泡，这会增加发生化学火灾的几率。与此同时，许多表面活性剂仍然依赖于对生态有害的氟和硅。开发无泡润滑剂和绿色表面活性剂可以帮助多个行业变得更加可持续。
“我们的研究是朝着这个方向迈出的重要一步，”Vermant 说。
