لقد اكتشف العلماء الكأس المقدسة لتخمير البيرة

اكتشف العلماء الكأس المقدسة للتخمير: تركيبة رغوة البيرة المستقرة، وهو إنجاز ستمتد فوائده إلى ما هو أبعد من صناعة التخمير.

مع وصول الطقس البارد وتحول المزيد من الناس إلى البيرة الموسمية، لا يزال العديد من محبي البيرة يتساءلون عن سبب احتفاظ بعض أنواع البيرة برأس كريمي طويل بينما يفقد البعض الآخر الرغوة على الفور تقريبًا. بالنسبة لأي شخص يقدر النظرة الأولى إلى الزجاج المصبوب حديثًا، يمكن أن يكون الانهيار السريع للفقاعات مخيبًا للآمال، على الرغم من أن بعض الأساليب تمكنت من الحفاظ على هيكلها لفترة أطول بكثير.

الباحثون في ETH زيوريخ، بقيادة جان فيرمانت، أستاذ المواد الناعمة، أوضح الآن ما الذي يحدد هذه الاختلافات.

النتائج التي توصلوا إليها، نشرت في المجلة فيزياء السوائل، تأتي من سبع سنوات من التحقيق. بدأ المشروع عندما سأل فيرمانت أحد مصنعي الجعة البلجيكيين سؤالاً مباشرًا: “كيف تتحكم في عملية التخمير؟” كان الرد مقتضباً لكنه كاشف: «بالنظر إلى الزبد».

أصبح لدى الفريق الآن صورة تفصيلية للعمليات التي تنتج رغوة بيرة طويلة الأمد، وقد تساعد أفكارهم في نهاية المطاف شاربي البيرة على التمتع برأس أكثر استقرارًا قبل تناول الرشفة الأولى.

ضربات ثلاثية مزدوجة وفردية

وكشفت الدراسة أنه من بين أنواع البيرة البلجيكية التي تم فحصها، أنتجت بيرة “تريبل” باستمرار الرغوة الأكثر مرونة. وتبعتها بيرة “Dubbel”، في حين أظهرت البيرة ذات المحتوى المنخفض من الكحول والحد الأدنى من التخمير (“Singel”) أضعف استقرار للرغوة.

قام الباحثون أيضًا بتقييم نوعين من البيرة من مصانع الجعة السويسرية الكبرى. يمكن أن يقترب أداء الرغوة الخاصة بها من أداء البيرة البلجيكية، على الرغم من اختلاف الآليات الفيزيائية وراءها. والجدير بالذكر أن أداء أحد الجعة كان سيئًا، مما يشير إلى فرص للتحسين.

يقول فيرمانت: “لا يزال هناك مجال للتحسين، ويسعدنا تقديم المساعدة”.

حتى الآن، افترض الباحثون أن استقرار رغوة البيرة يعتمد في المقام الأول على طبقات غنية بالبروتين على سطح الفقاعات: البروتينات تأتي من الشعير وتؤثر على اللزوجة السطحية، أي سيولة السطح، والتوتر السطحي.

ومع ذلك، تظهر التجارب الجديدة أن الآلية الحاسمة في العمل أكثر تعقيدا وتعتمد بشكل كبير على نوع البيرة.

في البيرة الكبيرة، تعتبر مرونة السطح هي العامل الحاسم. يتأثر هذا بالبروتينات الموجودة في البيرة، فضلاً عن تمسخها: كلما زاد عدد البروتينات التي تحتوي عليها البيرة، أصبح الغشاء المحيط بالفقاعات أكثر صلابة، وأصبحت الرغوة أكثر ثباتًا.

يختلف الوضع مع أنواع البيرة من نوع “Tripel”، حيث تكون اللزوجة المرنة السطحية في حدها الأدنى. يتم تحقيق الاستقرار من خلال ما يسمى ضغوط مارانجوني – القوى التي تنشأ من الاختلافات في التوتر السطحي.

ويمكن ملاحظة هذا التأثير بسهولة عن طريق وضع أوراق الشاي المسحوقة على سطح الماء. في البداية، انتشرت الأجزاء بالتساوي. إذا أضيفت قطرة من الصابون، يتم سحب أوراق الشاي فجأة إلى الحافة، مما يتسبب في تعميم التيارات على السطح. إذا استمرت هذه التيارات لفترة طويلة، فإنها تعمل على تثبيت الفقاعات في رغوة البيرة.

الغوص في فيزياء رغوة البيرة

أنواع مختلفة من البيرة، وظروف تخمير مختلفة، وبالتالي فيزياء الرغوة المختلفة. تكمن الإجابة في بنية وديناميكية أغلفة الفقاعات الغنية بالبروتين. وفي “سينجل” البلجيكية، تتصرف الأصداف الغنية بالبروتين كما لو أن جزيئات كروية صغيرة ترتب نفسها بكثافة على سطح الفقاعات. وهذا يتوافق مع تعليق ثنائي الأبعاد، أي خليط من سائل ومواد صلبة موزعة بدقة، والذي بدوره يعمل على تثبيت هذه الفقاعات.

في بيرة “دوبل”، تشكل البروتينات بنية تشبه الشبكة – نوع من الغشاء – مما يجعل الفقاعات أكثر استقرارا. وفي حالة “تريبل”، أصبحت الفيزياء أكثر ثراءً؛ تشبه ديناميكيات سطح الفقاعات ديناميكيات المواد الخافضة للتوتر السطحي البسيطة، وهي جزيئات تعمل على تثبيت الرغاوي في العديد من التطبيقات اليومية.

الأسباب الدقيقة لهذا السلوك المختلف لا تزال مجهولة. ومع ذلك، يبدو أن البروتين LTP1 (بروتين نقل الدهون 1) يلعب دورًا حاسمًا في تثبيت رغوة البيرة. وتمكن باحثو ETH من تأكيد ذلك من خلال تحليل بنية ومحتوى البروتين في البيرة البلجيكية التي درسوها.

التعاون مع مصنع الجعة الكبرى

وكما يؤكد جان فيرمانت: “إن استقرار الرغوة لا يعتمد على عوامل فردية بطريقة خطية. فلا يمكنك تغيير شيء واحد وتصحيحه فحسب.” على سبيل المثال، زيادة اللزوجة باستخدام مواد خافضة للتوتر السطحي إضافية يمكن أن تجعل الرغوة أقل استقرارًا لأنها تبطئ تأثيرات المارانجوني بقوة كبيرة. “المفتاح هو العمل على آلية واحدة في كل مرة – وليس على عدة آليات في وقت واحد. ومن الواضح أن البيرة تقوم بهذا بشكل جيد بطبيعتها! ” يقول فيرمانت.

في إجراء هذه الدراسة، تعاون أستاذ ETH مع أحد أكبر مصانع الجعة في العالم التي كانت تعمل على استقرار الرغوة في البيرة الخاصة بهم وأراد أن يفهم ما الذي يعمل بالفعل على استقرار رغوة البيرة. يقول فيرمانت: “نحن نعرف الآن الآلية الفيزيائية الدقيقة ونستطيع مساعدة مصنع الجعة على تحسين الرغوة الموجودة في البيرة”.

ويضيف باحث المواد أنه بالنسبة لمستهلكي البيرة البلجيكيين، فإن الرأس مهم بسبب المذاق وكجزء من التجربة. “لكن الرغوة ليست مهمة دائمًا أينما يتم تقديم البيرة – فهي شيء ثقافي.”

تطبيقات في التكنولوجيا والبيئة

تعتبر النتائج التي توصلت إليها أبحاث رغوة البيرة مهمة أيضًا بما يتجاوز فن التخمير. ففي السيارات الكهربائية، على سبيل المثال، يمكن أن تنتج مواد التشحيم رغوة، مما يمثل مشكلة خطيرة. ويعمل فريق فيرمانت الآن مع شركة شل، من بين شركات أخرى، للتحقيق في كيفية تدمير هذه الرغاوي بطريقة مستهدفة.

الهدف الآخر هو تطوير مواد خافضة للتوتر السطحي مستدامة خالية من الفلور أو السيليكون. ويؤكد فيرمانت أن “دراستنا هي خطوة مهمة في هذا الاتجاه”.

وفي مشروع مستمر للاتحاد الأوروبي، يعمل الباحثون أيضًا على استخدام الرغاوي كحاملات للأنظمة البكتيرية. بالتعاون مع باحث الغذاء بيتر فيشر من ETH زيورخ، يعملون أيضًا على تثبيت رغوة الحليب عن طريق البروتينات. ويخلص فيرمانت إلى أن “هناك العديد من المجالات التي أثبتت فيها المعرفة التي اكتسبناها من البيرة فائدتها”.

المرجع: “الدقة الخفية لاستقرار رغوة البيرة: مخطط لتركيبات الرغوة المتقدمة” بقلم إيمانويل تشاتزيجياناكيس، وألكسندرا أليكي، وليا لو بارز، ولوكاس بيدوار، وجان فيرمانت، 26 أغسطس 2025، فيزياء السوائل.
دوى: 10.1063/5.0274943

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل, يكتشف، و أخبار.