Bir bira sever için bol ve kalıcı bir köpük, içim keyfini zirveye taşıyan unsurlardan biri. İsviçreli bir araştırmacı ekibi, tam yedi yıl süren titiz bir çalışmayla bazı bira köpüklerinin neden diğerlerinden daha uzun süre dayandığını ortaya çıkardı. Yapılan yeni bir araştırma, fermantasyon derecesinin, yani biranın tek, çift veya üçlü fermantasyona uğramış olmasının, köpük stabilitesi üzerinde kritik bir rol oynadığını gösteriyor. Bu bulgular, Physics of Fluids dergisinde yayımlandı.
Köpükler, hayatımızın pek çok alanında karşımıza çıkar. Yiyeceklerden (krema), içeceklere (bira, cappuccino), kişisel bakım ürünlerinden (tıraş köpüğü, saç jölesi) endüstriyel malzemelere (paketleme peynirleri, yalıtım malzemeleri, alev geciktiriciler) kadar geniş bir yelpazede köpük yapılarına rastlamak mümkündür. Tüm köpükler, bir sıvının içine hava karıştırılmasıyla ve bu sıvıda bulunan yüzey aktif madde (genellikle yenilebilir köpüklerde yağlar veya proteinler, yenilebilir olmayan ürünlerde ise kimyasal katkı maddeleri) sayesinde oluşur. Bu yüzey aktif maddeler, kabarcıkların sıvı film duvarlarını güçlendirerek çökmesini engeller.
Tekil kabarcıklar genellikle küre şeklini alır, çünkü belirli bir hacim için en az yüzey alanına sahip olan şekil budur ve bu da en enerji verimli durumdur. Küreleşmenin bir nedeni, çok sayıda kabarcığın bir araya gelerek bir köpük oluşturabilmesidir. Ancak zamanla, yerçekiminin etkisiyle sıvı incelir ve kabarcıklar daha çok futbol topu (çok yüzlü) gibi görünmeye başlar. Köpük olgunlaştıkça, küçük kabarcıklar yavaş yavaş daha büyük olanlar tarafından emilir. Kabarcıkları ayıran sıvı miktarı azaldıkça, birbirlerine daha çok yaklaşırlar ve boşlukları doldururlar.
Bu "sıkışma" durumu, köpüklerin gaz (%95) ve sıvı (%5) bileşenlerinden çok daha katı olmasının nedenidir. Kabarcıklar ne kadar sıkı bir şekilde sıkışırsa, hareket etmeleri o kadar zorlaşır ve içlerindeki basınç artar, bu da onlara katı özellikler kazandırır.
Köpük stabilitesini etkileyen çeşitli faktörler vardır. Örneğin, geçtiğimiz yıllarda yapılan bir araştırmada, bir köpüğün kenarındaki bir kabarcığın patlamasının, köpükteki diğer kabarcıklara yayılarak zincirleme bir etki yarattığı "kolektif kabarcık çökmesi" (CBC) olarak bilinen bir olgu incelenmiştir. Bu araştırmada, iki farklı CBC mekanizması belirlenmiştir: patlayan kabarcığın sıvı filme emildiği "yayılan mod" ve bir kabarcığın patlamasının, diğer kabarcıklara çarparak onların da patlamasına neden olan damlacıklar fırlatmasıyla oluşan "nüfuz edici mod".
Köpükteki sıvı miktarının artması çökmenin yayılmasını yavaşlatırken, sıvının viskozitesini değiştirmenin kırılan kabarcık sayısı üzerinde belirgin bir etkisi olmadığı görülmüştür. Köpükleri stabilize etmek için kullanılan birçok endüstriyel strateji viskoziteyi değiştirmeye dayanır; bu bulgular, bu yöntemlerin etkisiz olabileceğini göstermektedir. Araştırmacılar, bunun yerine karışıma farklı yüzey aktif maddeler eklemeye odaklanılmasını önermektedir. Bu, oluşan filmi güçlendirerek çarpan damlacıklar tarafından kırılmaya karşı daha dirençli hale getirecektir.
Ancak, yapılan son araştırmanın yazarlarının da belirttiği gibi, "Çoğu bira deterjan çözeltisi değildir (ancak bazıları öyle tadabilir)." Bu araştırmacılar, bir Belçikalı bira üreticisine fermantasyonu nasıl kontrol ettiğini sorduklarında aldığı "Köpüğü izleyerek" yanıtından ilham almışlardır. Kalıcı bir köpük, başarılı fermantasyonun bir işareti olarak kabul edilir. Araştırmacılar, köpük stabilitesini yöneten çeşitli faktörlerin fermantasyon süreciyle tam olarak nasıl etkilendiğini incelemeye karar verdiler.
Üç Kere Fermantasyon
Araştırmanın ortak yazarlarından Emmanouil Chatzigiannakis, yaptığı açıklamada, "İki komşu kabarcığı ayıran ince filmde neler olduğunu doğrudan inceleme fikriydi," dedi. "Ve kabarcıklar ve köpükler hakkında düşündüğümüzde akla ilk gelen biradır."
Bu doğrultuda Chatzigiannakis ve ekibi, altı ticari bira üzerinde deneyler gerçekleştirdi: iki üçlü fermante Belçika birası (Westmalle Tripel ve Tripel Karmeliet); iki İsviçre lager birası (Feldschlösschen ve Chopfab); ve iki ek Belçika birası: tekli fermante Westmalle Extra ve çiftli fermante Westmalle Dubbel.
Tekli fermante lager biralarının en az stabil köpüğe sahip olduğu, üçlü fermante biraların ise en stabil köpüğü sergilediği görüldü. Çiftli fermante biraların köpük stabilitesi ise bu aralığın ortasında yer aldı. Ekip ayrıca, köpük stabilitesi için en önemli faktörün sabit olmadığını, büyük ölçüde biranın türüne bağlı olduğunu keşfetti. Tekli fermante lagerler için tüm bu durum yüzey viskozitesine dayanıyor.
Ancak yüzey viskozitesi, çiftli veya üçlü fermante biralardaki stabil köpükler için büyük bir faktör değil. Bunun yerine, stabilite yüzey gerilimindeki farklılıklardan, yani Marangoni gerilimlerinden kaynaklanıyor. Bu, "şarap gözyaşları" ve "kahve halkası etkisi" gibi olguların arkasındaki aynı fenomen. Benzer şekilde, sulu boya damlası kuruduğunda, renk pigmentleri damlanın kenarına doğru dağılır. Bira köpüğü durumunda, yüzey gerilimindeki bu farklılıklar sonucu oluşan kalıcı akıntılar, köpüğe stabilite kazandırır.
Araştırmacılar, biraların protein içeriğini de analiz ettiler ve özellikle lipid transfer proteini 1 (LTP1) olarak bilinen bir proteinin, bira köpüklerini stabilize etmede önemli bir faktör olduğunu ve formunun fermantasyon derecesine bağlı olduğunu buldular. Örneğin, tekli fermante biralarda proteinler, kabarcıkların yüzeyinde küçük, yuvarlak parçacıklar halindedir. Ne kadar çok protein varsa, köpük o kadar stabil olur çünkü bu proteinler kabarcıkların etrafında daha viskoz bir film oluşturur.
Bu LTP1 proteinleri, ikinci fermantasyon sırasında hafifçe denatüre olarak daha çok ağ benzeri bir yapı oluşturur ve bu da köpük stabilitesini artırır. Bu denatürasyon, üçüncü fermantasyon sırasında devam eder; bu sırada proteinler hidrofobik ve hidrofilik uçlara sahip parçacıklara ayrılır, bu da yüzey gerilimlerini azaltır. Temel olarak, köpükteki kabarcıkları çok daha stabil hale getiren yüzey aktif maddeler haline gelirler.
Bununla birlikte, ekip, ek yüzey aktif maddelerle viskoziteyi artırmanın, Marangoni etkilerini çok güçlü bir şekilde yavaşlatarak köpüğü aslında daha az stabil hale getirebileceğini keşfetmekten biraz şaşırdı. Araştırmanın bir diğer ortak yazarı Jan Vermant, "Köpüğün stabilitesi, tekil faktörlere doğrusal olarak bağlı değildir," dedi. "Sadece 'bir şeyi' değiştirerek 'doğru' sonucu elde edemezsiniz. Anahtar, aynı anda birkaç faktöre değil, tek bir mekanizma üzerinde çalışmaktır. Bira bunu doğası gereği iyi yapıyor. Şimdi mekanizmayı tam olarak biliyoruz ve [bira üreticilerinin] biralarının köpüğünü iyileştirmelerine yardımcı olabiliyoruz."
Bu bulguların daha geniş uygulamaları da olması muhtemel. Vermant, "Bu, malzemelerin tasarımı için ilham vericidir; en malzeme verimli yollarla [stabil köpükler oluşturma] yollarını düşünmeye başlayabiliriz," dedi. "Klasik yüzey aktif maddeleri kullanamazsak, çiftli fermante biraların sahip olduğu 2D ağlarını taklit edebilir miyiz?" Ekip şimdi, elektrikli araçlarda kullanılan yağlayıcıların köpüklenmesini önleme, florür veya silikon içermeyen sürdürülebilir yüzey aktif maddeler geliştirme ve süt köpüğünü stabilize etmek için proteinleri kullanma yolları gibi çeşitli projeler üzerinde çalışıyor.
