七年研究揭开啤酒酿造的终极秘密

由软材料学教授扬·弗曼特领导的苏黎世联邦理工学院研究团队，揭示了啤酒泡沫差异背后的科学解释。他们的研究成果发表在《流体物理学》期刊上，是七年详细调查的结果。这项研究的灵感源于向比利时酿酒师提出的一个简单问题：“你们如何控制酿造过程？”酿酒师的回答简短却发人深省：“通过观察泡沫。”

研究团队如今已明确掌握了使啤酒泡沫持久的力和结构，为了解啤酒泡沫保持完整的原因提供了新见解。

在对比利时麦芽啤酒的分析中，科学家们发现了明显的等级差异。“三料啤酒”产生的泡沫最稳定，其次是“双料啤酒”，而“单料啤酒”由于发酵较温和、酒精含量较低，泡沫持久度最差。团队还评估了来自瑞士大型啤酒厂的两种拉格啤酒。尽管这些拉格啤酒的泡沫稳定性可与比利时麦芽啤酒媲美，但其背后的物理机制差异显著。其中一种拉格啤酒的表现明显低于预期。正如弗曼特所指出的：“仍有改进空间——我们很乐意提供帮助。”

多年来，科学家们认为啤酒泡沫之所以能保持完整，主要是因为每个气泡周围形成了富含蛋白质的层。这些来自大麦麦芽的蛋白质会影响气泡表面的流动难易程度（即表面黏度）和表面张力。然而，新实验表明，泡沫稳定性比之前认为的更复杂，且在很大程度上取决于啤酒类型。

在拉格啤酒中，泡沫稳定性由表面黏弹性控制。这种特性在很大程度上取决于啤酒中的蛋白质含量以及这些蛋白质的变性程度。蛋白质含量越高，气泡周围的薄膜就越坚硬，从而有助于泡沫更持久。相比之下，“三料啤酒”对表面黏弹性的依赖很小。相反，它们通过马兰戈尼应力维持泡沫——当表面张力的变化在液体表面产生运动时所产生的力。这种效应的一个简单演示是将碎茶叶放在水上：起初茶叶片均匀漂浮，当一滴肥皂滴在表面时，茶叶突然被拉向外侧，并开始产生漩涡状水流，这些持续水流有助于稳定气泡，类似“三料啤酒”泡沫的情况。

研究人员发现，泡沫稳定性取决于每个气泡周围富含蛋白质的外壳的结构和行为。在比利时“单料啤酒”中，这些外壳的表现就像许多小的球形颗粒紧密堆积在气泡表面，类似于二维悬浮液（液体和极细固体的混合物），有助于维持泡沫。“双料啤酒”则呈现出不同模式，其蛋白质形成网状膜，进一步强化气泡。“三料啤酒”再次与众不同，其气泡动态类似于简单表面活性剂——日常产品中常用于稳定泡沫的分子。这些差异的确切原因尚未完全确定，但一种名为LTP1（脂质转移蛋白1）的蛋白质似乎发挥着主要作用，研究人员通过对比利时样本中LTP1的结构和浓度检查证实了这一点。

弗曼特强调，泡沫稳定性并非以简单或线性方式受到影响：“泡沫的稳定性并非线性依赖于单个因素，不能只改变一件事就做好。”例如，添加更多表面活性剂以增加黏度可能破坏泡沫稳定性，因为会干扰马兰戈尼效应。“关键是一次只研究一种机制——而非同时研究多种，啤酒在自然界中显然做得很好！”该团队与世界上最大的啤酒厂之一合作，以更好理解泡沫稳定性并确定防止泡沫破裂的因素，“我们现在知道确切物理机制，能帮助啤酒厂改善啤酒泡沫。”

他指出，在比利时，泡沫因其口感和整体饮用体验而受重视，“但并非所有供应啤酒的地方都认为泡沫重要——这是文化现象。”

这项研究的实际意义远超酿造领域。在电动汽车中，润滑剂可能起泡并带来严重风险，弗曼特团队正与壳牌等合作研究如何有效分解这些泡沫；另一个关键目标是开发不依赖氟或硅的环保表面活性剂，“我们的研究是朝此方向的重要一步”；团队还作为欧盟项目一部分研究泡沫作为细菌系统载体，并与食品研究员彼得·菲舍尔合作研究蛋白质如何稳定牛奶泡沫。正如弗曼特总结：“从啤酒中获得的知识在许多领域都证明有用。”