Para muchos amantes de la cerveza, una buena cabeza de espuma es uno de los placeres de la vida, y cuanto más tiempo dure la espuma, mejor es la experiencia de beber. Un equipo de investigadores suizos pasó siete años estudiando por qué algunas espumas de cerveza duran más que otras y descubrió que el grado de fermentación, es decir, si una cerveza ha sido fermentada una, dos o tres veces, es crucial, según un nuevo artículo publicado en la revista Physics of Fluids.
Como se ha informado anteriormente, las espumas son omnipresentes en la vida cotidiana, presentes en alimentos (nata montada), bebidas (cerveza, capuchino), crema de afeitar y mousse para el cabello, entre otros. Todas las espumas son el resultado de aire incorporado en una fórmula líquida que contiene algún tipo de surfactante, generalmente grasas o proteínas en espumas comestibles, o aditivos químicos en productos no comestibles. Ese surfactante refuerza las paredes de la película líquida de las burbujas para evitar que colapsen.
Las burbujas individuales suelen formar una esfera porque esa es la forma con la superficie mínima para cualquier volumen y, por lo tanto, es la más eficiente en términos de energía. Una razón para este principio de minimización en la forma de una burbuja es que muchas burbujas pueden empaquetarse estrechamente para formar una espuma. Sin embargo, las burbujas “coarsen” con el tiempo, debido a la gravedad que tira del líquido y adelgaza las paredes. Eventualmente, comienzan a parecerse más a pelotas de fútbol (poliedros). En una espuma en proceso de “coarsening”, las burbujas más pequeñas son gradualmente absorbidas por las más grandes. Hay cada vez menos líquido que separa las burbujas individuales, por lo que se presionan juntas para llenar el espacio.
Este “atasco” es la razón por la que las espumas son típicamente mucho más rígidas que sus componentes gaseosos (95 por ciento) y líquidos (5 por ciento). Cuanto más juntas estén las burbujas, menos pueden moverse y mayor es la presión dentro de ellas, lo que les otorga propiedades de un sólido.
Varios factores pueden afectar la estabilidad de la espuma. Por ejemplo, en 2019, investigadores japoneses investigaron un fenómeno conocido como “colapso colectivo de burbujas”, o CBC, en el cual romper una burbuja en el borde de una espuma provoca un efecto en cascada a medida que la ruptura se propaga a otras burbujas en la espuma. Identificaron dos mecanismos distintos para los CBC resultantes: un “modo de propagación”, en el que una burbuja rota es absorbida en la película líquida, y un “modo de penetración”, en el que la ruptura de una burbuja provoca que gotas salgan disparadas y golpeen otras burbujas, causando que se rompan a su vez.
Niveles más altos de líquido en la espuma ralentizaron la propagación del colapso, y cambiar la viscosidad del fluido no tuvo un impacto significativo en cuántas burbujas se rompieron en el CBC. Muchas estrategias industriales para estabilizar espumas dependen de alterar la viscosidad; esto demuestra que esos métodos son ineficaces. Los investigadores sugieren centrarse en usar varios surfactantes diferentes en la mezcla. Esto fortalecería la película resultante para hacerla más resistente a la ruptura cuando sea golpeada por gotas voladoras.
Sin embargo, como señalan los autores de este último artículo, “La mayoría de las cervezas no son soluciones detergentes (aunque algunas pueden tener ese sabor).” Se inspiraron en la respuesta de un cervecero belga cuando le preguntaron cómo controlaba la fermentación: “Observando la espuma”. Una espuma estable se considera un signo de fermentación exitosa. Los autores decidieron investigar cómo los diversos factores que rigen la estabilidad de la espuma podrían ser influenciados por el proceso de fermentación.
Tres veces fermentado
“La idea era estudiar directamente lo que sucede en la película delgada que separa dos burbujas vecinas”, dijo el coautor Emmanouil Chatzigiannakis del ETH Zurich en Suiza y la Universidad Tecnológica de Eindhoven en los Países Bajos. “Y lo primero que se me ocurre al pensar en burbujas y espumas es la cerveza.”
Con ese fin, Chatzigiannakis y su equipo realizaron experimentos con seis cervezas comerciales: dos cervezas belgas de triple fermentación (Westmalle Tripel y Tripel Karmeliet); dos lagers suizas (Feldschlösschen y Chopfab); y dos cervezas belgas adicionales: la Westmalle Extra de fermentación simple y la Westmalle Dubbel de fermentación doble.
Las cervezas lager de fermentación simple tenían la espuma menos estable, mientras que las cervezas de triple fermentación presentaban la espuma más estable; la estabilidad de la espuma de las cervezas de fermentación doble se situaba en un rango intermedio. El equipo también descubrió que el factor más importante para la estabilidad de la espuma no es fijo, sino que depende en gran medida del tipo de cerveza. Todo se reduce a la viscosidad superficial en las cervezas lager de fermentación simple.
Pero la viscosidad superficial no es un factor importante para las espumas estables en cervezas de fermentación doble o triple. En su lugar, la estabilidad proviene de las diferencias en la tensión superficial, es decir, las tensiones de Marangoni, el mismo fenómeno detrás de las llamadas “lágrimas de vino” y el “efecto de anillo de café”. De manera similar, cuando una gota de pintura de acuarela se seca, las partículas de pigmento de color se expanden hacia el borde de la gota. En el caso de la espuma de cerveza, las corrientes persistentes que se forman como resultado de esas diferencias en la tensión superficial otorgan estabilidad a la espuma.
Los investigadores también analizaron el contenido de proteínas de las cervezas y encontraron que una en particular, la proteína de transferencia de lípidos 1 (LPT1), era un factor significativo en la estabilización de las espumas de cerveza, y su forma dependía del grado de fermentación. En las cervezas de fermentación simple, por ejemplo, las proteínas son pequeñas y redondas en la superficie de las burbujas. Cuantas más proteínas hay, más estable será la espuma porque esas proteínas forman una película más viscosa alrededor de las burbujas.
Esas proteínas LPT1 se desnaturalizan ligeramente durante una segunda fermentación, formando una estructura más parecida a una red que mejora la estabilidad de la espuma. Esa desnaturalización continúa durante una tercera fermentación, cuando las proteínas se descomponen en fragmentos con extremos hidrofóbicos e hidrofílicos, reduciendo las tensiones superficiales. Esencialmente, se convierten en surfactantes para hacer que las burbujas en la espuma sean mucho más estables.
Dicho esto, el equipo se sorprendió al encontrar que aumentar la viscosidad con surfactantes adicionales puede hacer que la espuma sea más inestable porque ralentiza demasiado los efectos de Marangoni. “La estabilidad de la espuma no depende de factores individuales de manera lineal”, dijo el coautor Jan Vermant, también del ETH Zurich. “No puedes simplemente cambiar ‘algo’ y hacerlo ‘bien’. La clave es trabajar en un mecanismo a la vez y no en varios a la vez. La cerveza, por supuesto, lo hace bien por naturaleza. Ahora conocemos el mecanismo exactamente y podemos ayudar a [las cervecerías] a mejorar la espuma de sus cervezas.”
Los hallazgos probablemente tienen aplicaciones más amplias. “Esto es una inspiración para otros tipos de diseño de materiales, donde podemos comenzar a pensar en las formas más eficientes en materiales [para crear espumas estables]”, dijo Vermant. “Si no podemos usar surfactantes clásicos, ¿podemos imitar las redes 2D que tienen las cervezas de fermentación doble?” El grupo ahora está investigando cómo prevenir que los lubricantes utilizados en vehículos eléctricos formen espuma; desarrollando surfactantes sostenibles que no contengan flúor o silicio; y buscando formas de usar proteínas para estabilizar la espuma de la leche, entre otros proyectos.
DOI: Physics of Fluids, 2025. 10.1063/5.0274943 (Acerca de los DOI).
Fuente original: ver aquí
