Хіміки порахували бульбашки в келиху пива

Хіміки теоретично і експериментально проаналізували утворення бульбашок вуглекислого газу в пиві при параметрах, типових для комерційних марок напою. Виявилося, що в бокалі, який заповнений 250 мілілітрами лагера з п'ятивідсотковим вмістом спирту, охолодженого до шести градусів Цельсія, утворюється близько сотень тисяч бульбашок CO₂ при рівні рідини близько 10 сантиметрів. Стаття опублікована в журналі.

На сьогоднішній день лагер (пиво низового бродіння) - найбільш доступний і широко споживаний вид пива. Як правило, пляшкові та банкові напої такого типу знаходяться під тиском газоподібного CO₂, а значить (за рахунок обміну молекулами між рідкою і газоподібною фазою) містять і якусь кількість цієї речовини, розчиненої в самій рідині.

Присутність CO₂ впливає на темпи утворення та зростання бульбашок газу в рідині, а разом з цим - на смакові та ароматичні якості пива. За останні роки вчені вже досліджували подібні ефекти для інших напоїв - наприклад, оцінювали число бульбашок у келиху шампанського, з'ясовували, як вони допомагають розкрити аромат останнього, і визначали мінімальну концентрацію CO₂, при якій ще можна розрізнити його присмак в ігристому вині. Проте деталі поведінки вуглекислого газу в пиві донедавна залишалися невивченими.

Жерар Лігер-Белер (Gérard Liger-Belair) і Клара Циліндре (Clara Cilindre) з Університету Шампань - Арденни теоретично пов'язали кількість бульбашок у комерційному пляшковому пиві з параметрами напою, а потім оцінили цю величину, використовуючи експериментальні вимірювання.

Автори скористалися тим, що в закритій пляшці комерційного пива вуглекислий газ зосереджений в порівняно невеликому обсязі (близько п'яти мілілітрів порівняно з 250 мілілітрами самого пива) і може бути описаний рівнянням стану ідеального газу, а рівноважна концентрація розчиненого CO₂ в напої прямо пропорційна його парціальному тиску над рідиною відповідно до закону Генрі. З'ясувалося, що при температурі в 0-20 градусів Цельсія рівноважний парціальний тиск у закритій пляшці становить близько 2-3 бар, тоді як при знятті кришки він (разом з рівноважною концентрацією) падає майже в десять тисяч разів - до типових атмосферних значень (близько 0,4 мільйбар).

Різка зміна рівноважної концентрації призводить до того, що розчинений CO₂ прагне покинути напій - він дифундує через поверхню розділу з повітрям, а в обсязі рідини утворюються бульбашки. При цьому реальна концентрація прагне до рівноважної із запізненням - утворення бульбашок пригнічене енергетичним бар'єром. Щоб подолати цей бар'єр, в рідкій фазі повинні заздалегідь існувати газові порожнини (наприклад, біля стінок судини) з радіусом кривизни більше критичного значення, яке зростає з падінням концентрації CO₂ в рідині. Через це з часом бульбашкам стає важче сформуватися, і процес слабшає до тих пір, поки утворення бульбашок остаточно не перестане бути термодинамічно можливим.

Пов'язавши концентрацію, при якій закінчується утворення бульбашок, з поверхневим натягненням на кордоні між рідиною і газом, тиском навколишнього середовища і константою Генрі, вчені висловили повне число утворених бульбашок (за весь час падіння вмісту розчиненого CO₂) через характеристики напою (в'язкість, щільність, обсяг, рівень поверхні рідини в склянці і початкову концентрацію розчину), а також температуру і тиск і тиск.

Для вимірювань дослідники використовували комерційний лагер у пляшках об'ємом 250 мілілітрів з п'ятивідсотковим вмістом спирту і концентрацією CO₂ близько 5,5 грамів на літр. Перед дослідами напій не менше двох діб зберігали в холодильнику при температурі 6 градусів Цельсія.

В ході дослідів автори обережно (не допускаючи зайвої турбулентності і надмірного спінювання, які не враховувалися в теоретичній моделі) переливали вміст пляшок в чотири однакових півлітрових склянки, попередньо промитих дистильованою водою і висушених при температурі в 60 градусів Цельсія. Вчені проводили вимірювання по чотири рази (для різних пляшок пива) і усереднювали результати, а щільність і в'язкість визначали лише після дегазації напою.

Виявилося, що при рівні рідини 8,9 сантиметрів і критичному радіусі кривизни газових порожнин в 1-10 мікрометрів в склянці лагера утворюється від двохсот тисяч до мільйона бульбашок CO₂.

Відзначається, що приблизно така ж кількість бульбашок виникає в келихі з 100 мілілітрами шампанського при схожих температурі і рівні рідини (10 градусів Цельсія і 7,4 сантиметра). У пиві, однак, спостерігається більш різка залежність від критичного радіусу кривизни газових порожнин - при радіусі в 1 мікрометр в ньому утворюється приблизно вдвічі менше бульбашок, ніж у шампанському, а при 10 мікрометрах - вже вдвічі більше.

Останнім часом пиво ставало предметом дослідження і в інших галузях науки. Так, у травні минулого року археологи запропонували виявляти сліди виробництва пива по мікроструктурі зерен злаків, в 2018 вчені спрогнозували зростання цін на напій через глобальне потепління, а в 2016 - виявили, що суб'єктивне сприйняття смаку пива можна поліпшити за допомогою музики.