舉杯致敬蛋白質(zhì)！

一杯冰啤酒中蘊含著豐富的物理學(xué)原理，尤其是在剛倒入杯中、泡沫層逐漸形成時（如果一切順利的話）。這里強調(diào)“如果順利”，是因為想要形成完美的氣泡泡沫頂蓋有時比想象中更難。

實驗室和釀酒廠的專家都明白，大麥蛋白質(zhì)會影響氣泡的表面粘度和張力。多年來，學(xué)界一直認(rèn)為啤酒泡沫的穩(wěn)定性主要源于氣泡表面富含蛋白質(zhì)的層間相互作用。但經(jīng)過大量實驗（以及無數(shù)次關(guān)鍵性試倒測試）后，研究人員如今對啤酒泡沫的形成機制有了更深入的理解。8月26日發(fā)表在《流體物理學(xué)》期刊上的這項研究成果，其應(yīng)用可能很快會超越釀酒領(lǐng)域。

新思路正在醞釀

這項研究大約始于七年前，當(dāng)時瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和荷蘭埃因霍溫理工大學(xué)的研究團(tuán)隊展開合作，旨在更深入地理解泡沫的行為機制。

“我們希望直接研究兩個相鄰氣泡間薄膜的變化。而提到氣泡和泡沫，首先想到的就是啤酒，”埃因霍溫理工大學(xué)材料科學(xué)家、論文合著者埃馬努伊爾·哈齊吉安納基斯在一份聲明中表示。

研究團(tuán)隊結(jié)合了精密成像技術(shù)和流變學(xué)（研究物質(zhì)流動的學(xué)科），對大量啤酒樣本進(jìn)行了分析。

“我們可以直接觀測兩個氣泡接近時的變化過程，”哈齊吉安納基斯解釋道，“能清晰看到氣泡表面的蛋白質(zhì)聚集體、界面及其結(jié)構(gòu)?！?/p>

蛋白質(zhì)驅(qū)動的發(fā)酵機制

研究團(tuán)隊最終發(fā)現(xiàn)，雖然蛋白質(zhì)粘度確實是影響因素，但其對泡沫形成的作用會隨啤酒發(fā)酵次數(shù)的增加而減弱。例如，單次發(fā)酵的拉格啤酒氣泡受蛋白質(zhì)影響顯著 —— 蛋白質(zhì)越多，泡沫越粘稠穩(wěn)定。

而經(jīng)過多重發(fā)酵的啤酒（如風(fēng)味復(fù)雜的比利時特拉普ist啤酒）則完全不同。這種以修道院命名的高級特色啤酒表面粘度影響較小，卻被證明擁有最穩(wěn)定的泡沫結(jié)構(gòu)。這是如何實現(xiàn)的？

關(guān)鍵仍在于啤酒中的蛋白質(zhì)含量，但與先前假設(shè)略有不同。團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)轉(zhuǎn)移蛋白1（LTP1）是穩(wěn)定啤酒泡沫的核心要素。

在單次發(fā)酵啤酒中，LTP1蛋白保持原始形態(tài)，呈微小球狀顆粒緊密排列在氣泡表面，形成二維懸浮體系 —— 將精細(xì)分布的固體混合到液體中以穩(wěn)定泡沫。

而在二次發(fā)酵的啤酒中，酵母細(xì)胞開始使LTP1蛋白變性，將其結(jié)構(gòu)改造成一種膜狀或網(wǎng)狀物，進(jìn)一步穩(wěn)定氣泡。

至于特拉普ist這類經(jīng)過三次發(fā)酵的啤酒，LTP1蛋白已高度降解，其片段同時具有疏水端和親水端。這種相互作用通過馬蘭戈尼效應(yīng)（表面張力差產(chǎn)生的力）降低表面張力，最大化提升泡沫穩(wěn)定性。

“這些蛋白質(zhì)片段的功能類似于表面活性劑，就像洗滌劑等日常用品中使用的泡沫穩(wěn)定成分，”蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院軟材料科學(xué)家、論文合著者揚·弗爾曼特解釋道。

更安全環(huán)保的泡沫應(yīng)用

弗爾曼特指出，該研究強調(diào)泡沫穩(wěn)定性并非來自線性單一因素或相互作用。

“例如，添加表面活性劑雖能增加粘度，但過度延緩馬蘭戈尼效應(yīng)反而會導(dǎo)致泡沫更不穩(wěn)定，”他表示，“關(guān)鍵在于每次只調(diào)控一種機制，而非同時干預(yù)多重機制?！?/p>

對泡沫力學(xué)的深入理解不僅能釀造出更令人滿意的啤酒，還可能拯救生命。電動汽車內(nèi)的潤滑劑有時容易產(chǎn)生泡沫，從而增加化學(xué)火災(zāi)風(fēng)險。此外，許多表面活性劑仍依賴對生態(tài)有害的氟和硅化合物。開發(fā)無泡沫潤滑劑和環(huán)保表面活性劑將助力多個行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

“我們的研究是這個方向上的關(guān)鍵一步，”弗爾曼特總結(jié)道。

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