2024年，江雷院士團隊揭秘白酒為什么要溫著喝，而啤酒或白葡萄酒冷藏后風(fēng)味更佳（詳細報道： ）。針對酒精飲料的分析，南京大學(xué)黃碩教授團隊成果再次登上頂刊Matter，（）。近日， 蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院研究人員通過7年的努力，揭示了啤酒背后的奧秘。

科學(xué)家揭示啤酒泡沫穩(wěn)定性的隱藏機制

啤酒作為全球最廣泛的飲料之一，其頂部綿密持久的泡沫一直被視作品質(zhì)與工藝的象征。然而，泡沫穩(wěn)定性受到多種物理因素的復(fù)雜影響，包括氣泡形成、上升、排液和破裂等過程。傳統(tǒng)觀點認為，蛋白質(zhì)吸附層通過降低表面張力并提供表面黏彈性來延緩排液，進而穩(wěn)定泡沫。盡管已有研究表明表面粘度對泡沫穩(wěn)定性具有重要貢獻，但其具體機制仍不明確，尤其是發(fā)酵過程如何影響這些界面行為，尚缺乏系統(tǒng)研究。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Jan Vermant教授團隊通過表面流變學(xué)、張力測定和動態(tài)薄膜平衡技術(shù)，揭示了啤酒泡沫穩(wěn)定性的隱藏機制并非單一，相關(guān)論文以“The hidden subtlety of beer foam stability: A blueprint for advanced foam formulations”為題，發(fā)表在《Physics of Fluids》（JCR分區(qū)：Q1）上。

如今，科學(xué)家們已經(jīng)破解完美啤酒泡沫的形成機制。未來的啤酒愛好者或許能在解渴之前，多欣賞一會兒杯中綿延的泡沫。研究顯示：經(jīng)過三次發(fā)酵的比利時啤酒泡沫最穩(wěn)定，二次發(fā)酵的次之，單次發(fā)酵的拉格啤酒泡沫穩(wěn)定性最差。

三重發(fā)酵啤酒包括特拉普啤酒——得名于特拉普修道院的特色啤酒。研究人員檢測的拉格啤酒中還包括某瑞士大型啤酒廠商的產(chǎn)品。Jan Vermant教授表示："仍有改進空間——我們很樂意提供幫助。"

此前學(xué)界普遍認為，啤酒泡沫的穩(wěn)定性主要取決于氣泡表面富含蛋白質(zhì)的涂層：蛋白質(zhì)來自大麥芽，會影響表面粘度（即表面粘性）和表面張力。但新實驗表明，決定性機制其實更為復(fù)雜，且與啤酒類型密切相關(guān)。

在單次發(fā)酵的拉格啤酒中，表面粘度是決定性因素。這受啤酒中蛋白質(zhì)含量的影響：蛋白質(zhì)越多，氣泡周圍的薄膜粘度越高，泡沫就越穩(wěn)定。而經(jīng)過多重發(fā)酵的特拉普啤酒則相反，其表面粘度實際上極低。這類啤酒通過所謂的"馬蘭戈尼應(yīng)力"實現(xiàn)穩(wěn)定——這種力由表面張力差異產(chǎn)生。

通過觀察灑在水面的茶葉碎末可以直觀理解這種效應(yīng)：碎茶最初均勻散布，若加入一滴皂液，茶葉瞬間被拉向邊緣，引起表面環(huán)流。這種環(huán)流持續(xù)時間越長，啤酒泡沫中的氣泡就越穩(wěn)定。

不過LTP1蛋白（脂質(zhì)轉(zhuǎn)移蛋白1）對泡沫穩(wěn)定性起著關(guān)鍵作用。研究人員通過分析啤酒蛋白質(zhì)含量證實：在拉格等單次發(fā)酵啤酒中，LTP1蛋白保持原始形態(tài)，像微小球體緊密排列在氣泡表面，形成二維懸浮體系從而穩(wěn)定氣泡。

二次發(fā)酵時，酵母細胞使蛋白質(zhì)輕微變性，其天然結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，形成網(wǎng)狀膜結(jié)構(gòu)讓氣泡更穩(wěn)定。三次發(fā)酵時，已變性的LTP1蛋白進一步分解，形成同時具有疏水端和親水端的片段。這些片段能降低界面和表面張力，最大程度穩(wěn)定氣泡。Jan Vermant教授解釋："這些蛋白質(zhì)片段就像表面活性劑，類似于洗滌劑等日常用品中使用的穩(wěn)泡成分。"

Jan Vermant教授強調(diào)："泡沫穩(wěn)定性并非由單一因素線性決定，不是簡單調(diào)整某個參數(shù)就能成功。"例如添加表面活性劑雖能增加粘度，但會過度延緩馬蘭戈尼效應(yīng)，反而導(dǎo)致泡沫更不穩(wěn)定。"關(guān)鍵在于每次只調(diào)控一種機制——而非同時干預(yù)多種。啤酒顯然天然深諳此道！"

研究過程中，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院與某國際啤酒巨頭合作，對方正致力于提升啤酒泡沫穩(wěn)定性。Jan Vermant教授表示："我們現(xiàn)已精確掌握機制，能幫助廠商改進啤酒泡沫。"他補充說對比利時消費者而言，泡沫既影響風(fēng)味又是"體驗的重要組成部分"，但泡沫重要性因文化而異。

啤酒泡沫研究的價值遠超越釀造領(lǐng)域。例如電動汽車的潤滑液可能產(chǎn)生危險泡沫，研究團隊正與殼牌等企業(yè)合作研究定向消泡技術(shù)。另一個目標(biāo)是開發(fā)不含氟或硅的可持續(xù)表面活性劑，本研究為此奠定了重要基礎(chǔ)。

在歐盟某現(xiàn)行項目中，團隊正在研究作為細菌載體運輸系統(tǒng)的泡沫技術(shù)；同時與食品科學(xué)家彼得·菲舍爾合作探索蛋白質(zhì)穩(wěn)定奶泡的工藝。"可見從啤酒研究中獲得的知識正在多個領(lǐng)域綻放光彩，"Jan Vermant教授總結(jié)道。

來源：高分子科學(xué)前沿

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