Warum behalten manche Biere ihren Schaum lange, während er bei anderen innerhalb von Sekunden verschwindet? Forscher haben sich mit diesem Rätsel beschäftigt und Mechanismen aufgedeckt, die über den reinen Geschmacksgenuss hinausgehen.
Wissenschaftler der ETH Zürich unter der Leitung von Jan Vermant haben sieben Jahre ihrer Karriere der Untersuchung der Stabilität von Bierschaum gewidmet. Ihre Arbeit, veröffentlicht in der Zeitschrift
Physics of Fluids, zeigt, dass belgische Biere mit dreifacher Fermentation, wie Trappistenbiere, den stabilsten Schaum haben. Im Gegensatz dazu bricht der Schaum von Lagerbieren mit nur einer Gärung schnell zusammen. Dieser Unterschied lässt sich durch unterschiedliche physikalisch-chemische Prozesse im Zusammenhang mit Proteinen und Oberflächenspannungen erklären.
Bei Bieren mit einfacher Gärung spielt die Oberflächenviskosität eine Schlüsselrolle. Die Proteine, die aus der Gerste stammen, bilden eine zähe Schicht um die Blasen herum und stabilisieren sie. Je proteinreicher das Bier ist, desto länger hält der Schaum. Dieser einfache Ansatz reicht jedoch für Biere mit mehrfacher Gärung nicht aus, wo andere Kräfte ins Spiel kommen.
Das Protein LTP1 ist ein zentraler Akteur. In Lagerbieren bleibt es in seiner ursprünglichen Form und wirkt wie kleine Partikel, die sich an der Oberfläche der Blasen verdichten. Bei zusätzlichen Gärungsprozessen denaturiert es, bildet zunächst ein netzartiges Geflecht und dann Fragmente mit grenzflächenaktiven Eigenschaften, ähnlich wie bei Tensiden, die die Stabilität optimieren. Diese Entwicklung erklärt, warum Biere mit dreifacher Gärung einen so widerstandsfähigen Schaum haben.
Bei Trappistenbieren stammt die Stabilität von Marangoni-Spannungen, Kräfte, die aus Unterschieden in der Oberflächenspannung resultieren.
Marangoni-Spannungen sind Kräfte, die auftreten, wenn die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit an ihrer Oberfläche variiert. Diese Variation kann durch Temperaturunterschiede, Unterschiede in der Konzentration gelöster Stoffe oder durch die Zugabe von Substanzen wie Tensiden verursacht werden.
Im Fall von Bier erzeugen diese Spannungen Bewegungen an der Oberfläche der Blasen, die helfen, ihre Integrität zu erhalten. Wenn beispielsweise ein Bereich eine niedrigere Oberflächenspannung aufweist, wird die Flüssigkeit zu Bereichen mit höherer Spannung gezogen, was stabilisierende Strömungen erzeugt.
Dieses Phänomen ist im Alltag zu beobachten, etwa wenn ein Tropfen Alkohol zu Wasser gegeben wird und Wirbel entstehen. In der Materialwissenschaft gibt es Situationen, in denen es entscheidend ist, stabile Schäume für verschiedene Produkte zu entwickeln, von Lebensmitteln bis hin zu Kosmetika.
Das Verständnis dieser Mechanismen ermöglicht es Ingenieuren, die Eigenschaften von Flüssigkeiten für Anwendungen zu manipulieren, die von der Pharmaindustrie bis zum Umweltschutz reichen, wo die Kontrolle von Schäumen entscheidend ist.
Quelle: Physics of Fluids