Koude avonden brengen amberkleurige bieren, pittigere seizoensbieren en zachte lagers terug die langzaam gedronken worden. Toch is er voor elke pint altijd dat moment waarop de blik naar het schuim gaat: er zijn mensen die hopen dat het hoog, zacht en compact blijft; wie accepteert een dunner hoofd; degenen die in plaats daarvan merken dat de bubbels al verdwenen zijn, zonder te begrijpen waarom. Een klein detail uiteraard, maar wat voor veel liefhebbers onderdeel is van de drinkervaring zelf.
Een groep onderzoekers van ETH Zürich, gecoördineerd door Jan Vermant, hoogleraar Soft Materials, dacht deze vraag voor eens en voor altijd te kunnen beantwoorden. Na zeven jaar studie hebben ze stukje bij beetje de fysica gereconstrueerd die het gedrag van bubbels regelt. Hun onderzoek, gepubliceerd in Fysica van vloeistoffenonthult voor het eerst welke mechanismen bierschuim stabiliseren en waarom bepaalde stijlen bijna “onsterfelijk” lijken, terwijl andere het binnen enkele seconden opgeven.
Het onderzoek kwam voort uit een ogenschijnlijk simpele vraag die Vermant aan een Belgische brouwer stelde: “Hoe controleer je de kwaliteit van bier?”. Het antwoord, verrassend in zijn directheid, werd de basis van het project: “Wij begrijpen alles van schuim”.
Tripel, Dubbel, Singel en pils
Door verschillende Belgische bieren te analyseren ontdekte het team dat Tripel de echte kampioenen van langdurig schuim zijn. De Dubbels volgen op de voet, terwijl de Singels, lichter en met minder gisting, een veel kwetsbaarder karakter vertonen.
De vergelijking ging vervolgens verder met twee lagerbieren van grote Zwitserse brouwerijen. In sommige gevallen benadert de stabiliteit van de witte hoed die van de Belgen, ook al is de wetenschappelijke reden totaal anders. Eén van de geanalyseerde bieren presteerde echter zeer slecht: vluchtig schuim, onstabiel oppervlak, enorme marge voor verbetering. Vermant legde het met een bijna ironische kalmte uit: ‘Er is nog veel te doen. Als ze willen, kunnen we ze helpen.’
Jarenlang werd aangenomen dat de stabiliteit van het schuim vooral afhing van de gerstemouteiwitten en hun vermogen om een stroperige film rond de bellen te creëren. Het nieuwe onderzoek ontkracht dit idee echter als de enige verklaring. De krachten die spelen zijn complexer en veranderen vooral afhankelijk van de stijl.
Bij lagerbieren hangt de stabiliteit af van de visco-elasticiteit van het oppervlak. Meer eiwitten (zelfs gedeeltelijk gedenatureerd) betekent een stijvere film: beschermde belletjes, langdurig schuim.
Bij Tripels gebeurt het tegenovergestelde. De visco-elasticiteit is minimaal. In plaats daarvan komen de Marangoni-stromen, dat wil zeggen stromingen die worden gegenereerd door verschillen in oppervlaktespanning, tussenbeide om de bellen te ondersteunen. Het is een verrassend eenvoudig fenomeen om waar te nemen: strooi gewoon theebladeren op water en voeg dan een druppel zeep toe. De bladeren rennen weg, bewegen, dansen aan de randen. Hetzelfde gebeurt op de oppervlakken van de bubbels van deze bieren: stromingen die de schuimdop versterken, vormen en verlengen.
De natuurkunde eindigt hier echter niet. In een Singel gedragen eiwitten zich als kleine deeltjes die zich ophopen op het oppervlak van belletjes, waardoor een soort tweedimensionale suspensie ontstaat en stabiliteit wordt geboden. In Dubbels zijn eiwitten als een dun netwerk met elkaar verweven. In Tripel lijkt het gedrag echter op dat van eenvoudige oppervlakteactieve stoffen: moleculen die snel bewegen, in staat zijn stromen te genereren en het systeem levend te maken.
Achter deze verschillen hebben onderzoekers een gemeenschappelijke hoofdrolspeler geïdentificeerd: het eiwit LTP1, lipidetransfereiwit 1. Het verandert de structuur, verandert de functie en verandert het gedrag afhankelijk van het type bier. En blijkbaar is zij het, meer dan wie dan ook, die de kwaliteit van het schuim bepaalt.
Een toast ook buiten het glas
De brouwerijsector is niet de enige die van deze ontdekking profiteert. De fysica van bubbels heeft ook invloed op sectoren waar helemaal geen toast is. In motoren van elektrische auto’s kunnen smeermiddelen bijvoorbeeld schuim vormen dat gevaarlijk wordt. Vermant en zijn team werken al samen met grote bedrijven als Shell om erachter te komen hoe ze deze op een gecontroleerde manier kunnen vernietigen.
Hetzelfde onderzoek heeft ook tot doel duurzamere oppervlakteactieve stoffen te creëren, vrij van fluor of siliconen, die oppervlakken kunnen beheren zonder zware gevolgen voor het milieu. Bovendien ontwikkelt ETH in een Europees project op schuim gebaseerde systemen voor het vervoeren van nuttige bacteriën en onderzoekt het in samenwerking met expert Peter Fischer hoe melkschuim met meer natuurlijke methoden kan worden gestabiliseerd.
En zo praten we, vanuit een Belgisch pintje dat met wetenschappelijke ogen wordt bekeken, uiteindelijk over elektrische voertuigen, duurzaamheid, biotechnologie en voeding. Bierschuim is niet langer slechts een zachte belofte op een glas: het wordt een venster op levende, elegante en verrassend nuttige natuurkunde.
Mogelijk bent u ook geïnteresseerd in:
