物理學(xué)和生物學(xué)聯(lián)手，終于看懂了啤酒泡沫里藏著的大學(xué)問

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喝啤酒時(shí)，許多人偏愛那層綿密到掛壁的泡沫，可往往剛倒?jié)M的泡沫，沒幾分鐘就消散只剩一層薄皮。而有些品類，泡沫可以持續(xù)存在很長時(shí)間。這些啤酒的差異在哪呢？其實(shí)這杯泡沫里藏著大學(xué)問。

撰文| 邵文亞（福建醫(yī)科大學(xué)副教授）、楊超（深圳理工大學(xué)）

在很多人的印象里， 評(píng)價(jià) 一杯啤酒是否好喝 的標(biāo)準(zhǔn)之一 ，常常 會(huì) 取決于它的那層細(xì)膩、持久的泡沫 ， 舉杯時(shí)的第一眼往往就被那層泡沫所吸引。 有些人 甚至?xí)雅菽醋髌【破焚|(zhì)的“名片” ， 泡沫越綿密、越持久，似乎就意味著這杯酒越正宗、越講究。

啤酒泡沫丨圖片來源：作者使用 AI生成

然而，想要得到一杯泡沫飽滿又穩(wěn)定的啤酒并不容易。許多人可能有過這樣的體驗(yàn) ， 剛倒出的啤酒泡沫堆得高高的，但幾分鐘后便迅速消散，只剩下平淡無奇的液體。這背后究竟是什么 機(jī)制 在 決定啤酒泡沫的不同 ？是酒精濃度、二氧化碳含量，還是釀造工藝的差別？

啤酒泡沫的“經(jīng)典解釋”與實(shí)驗(yàn)探索

長期以來，人們普遍認(rèn)為啤酒泡沫的穩(wěn)定性主要依賴于蛋白質(zhì)。 啤酒釀造過程中，大麥中的蛋白質(zhì)會(huì)在氣液界面聚集，形成一層類似“薄膜”的結(jié)構(gòu)。這層蛋白質(zhì)薄膜能夠增加液體表面的黏性和彈性，就像給氣泡穿上了一件保護(hù)衣，從而延緩泡沫的消散。尤其是脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（LTP1）和另一種稱為Serpin Z4的蛋白，被認(rèn)為是決定泡沫命運(yùn)的關(guān)鍵角色。

但這樣的解釋并不能完全解答所有現(xiàn)象。 比如，有些比利時(shí)修道院啤酒 （一種比利時(shí)的傳統(tǒng)啤酒流派）的 表面黏度并不高 ，但它們的 泡沫 卻 持久而穩(wěn)定。如果僅靠蛋白質(zhì)提供的表面“厚度”，這些泡沫不應(yīng)該表現(xiàn)得如此頑強(qiáng)。于是，科學(xué)家們開始懷疑，傳統(tǒng)的模型可能忽略了更隱秘的物理機(jī)制。

為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和荷蘭埃因霍溫理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。他們不僅在實(shí)驗(yàn)室里倒了無數(shù)杯啤酒，還將這些啤酒進(jìn)行嚴(yán)格的物理測量。

科學(xué)家倒了無數(shù)杯啤酒研究其泡沫示意圖丨圖片來源：作者使用 AI生成

研究人員利用表面流變學(xué)（研究界面物質(zhì)流動(dòng)特性的學(xué)科）和動(dòng)態(tài)薄膜平衡技術(shù)，直接觀察了泡沫薄膜在應(yīng)力作用下的變化。他們還能通過高精度顯微成像，看到氣泡表面蛋白質(zhì)顆粒的聚集與移動(dòng)過程。

除此之外，科學(xué)家還借助蛋白質(zhì)組學(xué)分析，量化了啤酒中不同蛋白質(zhì)的含量及其在發(fā)酵過程中的結(jié)構(gòu)變化。這使得他們第一次能夠?qū)⑴菽姆€(wěn)定性與特定的蛋白質(zhì)變性過程聯(lián)系起來，而不是停留在“蛋白質(zhì)多就更穩(wěn)”的經(jīng)驗(yàn)推斷。

這些實(shí)驗(yàn)讓人們意識(shí)到，啤酒泡沫并非只有一種穩(wěn)定機(jī)制。 拉格啤酒（指采用桶底酵母在10-12攝氏度低溫發(fā)酵，并經(jīng)儲(chǔ)存處理的啤酒） 和比利時(shí)修道院啤酒這兩大類型，竟然展現(xiàn)出截然不同的物理支撐方式。正是這種差異，揭開了啤酒泡沫研究的新篇章。

發(fā)酵次數(shù)與泡沫穩(wěn)定機(jī)制的轉(zhuǎn)變

如果說 拉格 啤酒代表的是 一種多泡沫 模式，那么比利時(shí)修道院啤酒則展示了另一種出人意料的泡沫穩(wěn)定方式。研究團(tuán)隊(duì)比較了單次發(fā)酵的 拉格 啤酒、 兩 次發(fā)酵的比利時(shí) 啤酒 ，以及三次發(fā)酵 啤酒 。結(jié)果表明，隨著發(fā)酵次數(shù)的增加，泡沫穩(wěn)定性并沒有減弱，反而顯著增強(qiáng)，這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的“表面黏度越大，泡沫越穩(wěn)”的假設(shè)。

單次發(fā)酵：靠“厚度”維持 。 在 拉格 啤酒中，蛋白質(zhì)如LTP1大多保持原始的球形顆粒形態(tài)，它們緊密排列在氣泡表面，形成一個(gè)均勻的二維懸浮層。這層保護(hù)膜提供了較高的表面黏度和彈性，能有效阻止泡沫中的液體快速流失，就像在泡沫外面包裹了一層彈性外套。因此， 拉格 啤酒的泡沫主要依靠表面黏度來延緩消散。

雙次發(fā)酵：蛋白質(zhì)“改頭換面” 。 當(dāng)啤酒經(jīng)歷第二次發(fā)酵時(shí)，活躍的酵母細(xì)胞會(huì)讓LTP1蛋白逐漸變性，從球形顆粒變?yōu)轭愃票∧せ蚓W(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)。這種改頭換面讓氣泡表面更像是被拉起了一張漁網(wǎng)，能夠有效抵御外部擾動(dòng)。此時(shí)，泡沫穩(wěn)定性不再僅僅依賴于表面黏度，而更多來自這種柔韌的網(wǎng)絡(luò)支撐。

三次發(fā)酵：泡沫的“秘密武器” 。 最令人驚訝的是三次發(fā)酵的比利時(shí)啤酒。在這一階段，LTP1蛋白已經(jīng)被徹底降解成帶有“親水端”和“疏水端”的碎片。這些碎片行為類似于 洗潔精的 表面活性劑，能夠主動(dòng)降低表面張力。由此產(chǎn)生的馬蘭戈尼應(yīng)力（Marangoni stresses），是一種因表面張力差異而產(chǎn)生的回流效應(yīng)，會(huì)驅(qū)動(dòng)液體在泡沫膜內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，顯著減緩泡沫的坍塌。這種“自我修復(fù)”機(jī)制，讓 三次發(fā)酵 啤酒的泡沫擁有極高的持久性。

三次發(fā)酵 啤酒的泡沫 圖片丨圖片來源：參考文獻(xiàn) [1]

實(shí)驗(yàn)結(jié)果清楚地表明 ， 不同的發(fā)酵次數(shù)塑造了完全不同的泡沫穩(wěn)定模式。單次發(fā)酵依靠的是“厚實(shí)的黏度”，而多次發(fā)酵則開啟了“動(dòng)態(tài)回流”機(jī)制。

研究人員用顯微成像直接觀察到， 三次發(fā)酵 啤酒的泡沫薄膜中，蛋白質(zhì)顆粒并不是固定不動(dòng)的，而是在表面不斷遷移和循環(huán)，這正是馬蘭戈尼應(yīng)力發(fā)揮作用的生動(dòng)體現(xiàn)。

這也解釋了一個(gè)有趣的現(xiàn)象：為什么許多比利時(shí)修道院啤酒在杯口形成的泡沫層，不僅厚實(shí)，還能維持幾十分鐘甚至更久。原來，這是 由于 多次發(fā)酵的 緣故 。

總結(jié)

啤酒泡沫遠(yuǎn)不只是杯中 現(xiàn)象 ，它背后隱藏著復(fù)雜的物理與生物化學(xué)機(jī)制。科學(xué)家通過對(duì)比不同發(fā)酵工藝，發(fā)現(xiàn)單次發(fā)酵的拉格啤酒靠表面黏度來穩(wěn)定泡沫，而多次發(fā)酵的比利時(shí)啤酒則依賴馬蘭戈尼應(yīng)力維持持久的泡沫。脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白LTP1的結(jié)構(gòu)變化在其中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

這樣的研究不僅解釋了人們?nèi)粘ｏ嬀茣r(shí)的直觀體驗(yàn)，還為潤滑劑、綠色表面活性劑等多個(gè)領(lǐng)域提供了思路。下次舉杯時(shí)，或許你會(huì)想到，杯口的泡沫正是科學(xué)與工藝的結(jié)晶。

參考文獻(xiàn)

[1] Chatzigiannakis, Emmanouil, et al. "The hidden subtlety of beer foam stability: A blueprint for advanced foam formulations." Physics of Fluids 37.8 (2025).

[2] Bishop, L. R., A. L. Whitear, and W. R. Inman. "A scientific basis for beer foam formation and cling." Journal of the Institute of Brewing 80.1 (1974): 68-80.

[3] Bamforth, Charles W. "The physics and chemistry of beer foam: A review." European Food Research and Technology 249.1 (2023): 3-11.

出品：科普中國 監(jiān)制：中國科普博覽

本文轉(zhuǎn)載自《返樸》微信公眾號(hào)

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