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科学松鼠会

让我们剥开科学的坚果

 
 
 

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什么是科学松鼠会? 我们认为,对于部分人来说,科学就像一枚枚难以开启的坚果,虽味美却不易入口。 我们希望自己能够像松鼠一样,打开科学的坚硬外壳,将有营养的果仁剥出来,让人们能够领略到科学的美妙。 我们试图让科学传播并且流行起来。

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[流体力学趣事]:啤酒必须有泡沫  

2012-05-07 06:34:30|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文作者:沐右

对于很多成年男性来说,就餐的时候,尤其是在酷热的夏天,没什么比来瓶冰镇啤酒更惬意的了。在啤酒开瓶和倒入玻璃杯的时候,里面会产生很多的气泡,形成细腻的泡沫,啤酒倒的急一些的话,泡沫很容易就会溢出来。啤酒不起泡或者泡沫很快消散,容易让人觉得啤酒质量不佳,而泡沫太急太多,则容易洒的到处都是,引起不便。

【啤酒的泡沫(图片来自这里)】

在我国的国家标准里面[1],啤酒“是一种以麦芽、水为主要原料,加啤酒花,经酵母发酵酿制而成的、含有二氧化碳的、起泡的,低酒精度的发酵酒”。其中还规定,泡沫是否细腻,是否持久挂杯,是评判啤酒质量的一个重要标准。

啤酒是一种气泡酒,瓶装或者罐装的啤酒是二氧化碳的过饱和溶液。这些二氧化碳可以是发酵过程中产生的,也可以是在灌装的过程中加入的。在密封的情况下,二氧化碳在水里面的溶解度跟压强有关,压强越高,溶解的二氧化碳越多。开瓶的时候,由于压强变小了,二氧化碳就会从啤酒里面分离出来,形成很多气泡。如果啤酒有剧烈的运动(摇晃或快速倒入杯子里),以及和啤酒接触的器皿表面如果粗糙不平,那么就会更快地产生更多的气泡。可乐[2]、香槟[3]等含有大量二氧化碳的饮品也有类似的情况。当人喝下这些饮品之后,由于气体的离开会带走一些热量,能让人感到凉爽。这就是为什么在炎炎夏日里啤酒和可乐大受欢迎的一个原因。

然而,光有气泡并不足以形成持久的泡沫。一般,在把可乐或者香槟倒入杯子里面的时候,也会产生大量的气泡,但是这些气泡很快会破碎,只会把小液滴向周围喷溅[3],很难会形成漂浮的泡沫。

在啤酒里面含有来自于麦芽等原料的多种有机物,其中的多肽和蛋白质等物质,可以起到表面活性剂的作用,让气泡不容易破碎,更容易形成稳定的泡沫。

表面活性剂一般是同时具有亲水部分和疏水部分的有机物分子,食品行业里面通常称作乳化剂。典型的表面活性剂有着下图这样的结构:有一个亲水的极性基团部分(下图里面的圆球脑袋),还有一个喜欢溶解在油等非极性介质里面的非极性憎水基团部分(下图里面的尾巴)。构成生物体细胞膜的磷脂分子、生物体里的多肽和很多蛋白质都可以作为表面活性剂。蛋白质一般都是球形的,没有头尾的结构,其表面上有一些亲水和憎水的基团。

【表面剂的典型分子结构。图片来自这里,已汉化。】

大家都做过这样的实验,用清水吹不成泡泡,但是用肥皂水就能很容易地吹成泡泡,这是因为肥皂水里的表面剂可以使得气泡稳定下来。当啤酒里产生的小气泡聚集在一起的时,它们之间的啤酒在重力作用下流下来,它们就会互相接触,形成多面体的结构:泡沫。这时候,憎水的尾巴暴露在气泡里面,而亲水的脑袋扎在一薄层啤酒里面,使得这种泡沫的结构可以在比较长的时间里稳定存在。

【表面剂在形成泡沫时的作用。(图片来自这里,已汉化)。】

密封的啤酒是一种二氧化碳的过饱和溶液,而且其中含有大量的可以作为表面剂的有机物分子,这就是啤酒可以形成大量泡沫的原因。

日常的玻璃杯的表面可能会吸附一些油脂,这可以是因为和人手的接触,或者是因为放在厨房里面时的油烟。当啤酒倒入这些器皿里的时候,这些油脂会对表面剂有吸附作用,可能会让啤酒的泡沫没有理想情况下多[5]。这也是为什么啤酒泡沫总是消散不了的时候,用筷子沾些菜汤再点两下泡沫就可以让泡沫很快消失的缘故。

祝大家春夏静好!请不要酒后驾驶。

备注

因为内容相近,关于表面剂和泡沫的部分文字和图片和旧文[4]略有重复。
感谢云无心对本文的帮助。

参考资料

1. 中华人民共和国国家标准,GB 4927-2008,《啤酒》。

2. 果壳网,花落成蚀,《可乐+曼妥思,同食撑死人?》,http://www.guokr.com/article/60508

3. 果壳网,熊出没,《怎么样倒香槟最好喝?》,http://www.guokr.com/article/79219

4. 科学松鼠会,沐右,《[流体力学趣事]:咖啡拉花和表面剂》,http://songshuhui.net/archives/63693

5. 维基百科,“Beer head

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