Der Schaum dreifach vergorener Biere, wie die belgischen Trappistenbiere, besteht am längsten. Derjenige von einfach vergorenen Bieren ist dagegen wenig stabil. Grund für die Stabilität ist das Zusammenspiel verschiedener Faktoren, die von den Proteinen und deren Zustand im Flüssigkeitsfilm der Bläschen bestimmt werden. Eine entscheidende Rolle bei der Stabilisierung des Bierschaumes spielt das Protein LTP1 (Lipid transfer protein 1). Diese Proteinteile funktionieren wie Tenside, die in vielen Alltagsanwendungen wie Waschmitteln Schäume stabilisieren.
Nichts geht dem Bierliebhaber über eine Schaumkrone, die auf dem goldenen, perlenden Gerstensaft sitzt. Doch bei vielen Bieren platzt dieser Traum schnell, und der Schaum fällt in sich zusammen, bevor man den ersten Schluck nehmen kann. Allerdings gibt es auch Biersorten, bei denen die Schaumkrone lange hält. Weshalb das so ist, haben Forschende der ETH Zürich um Jan Vermant, Professor für Weiche Materialien, nun herausgefunden. Ihre Studie wurde soeben in der Fachzeitschrift Physics of Fluids veröffentlicht. Sieben Jahre haben der Belgier und seine Mitarbeitenden daran gearbeitet. Alles begann mit einer einfachen Frage an einen belgischen Brauer: «Wie kontrollierst du die Fermentierung?» – «Indem ich den Schaum beobachte», lautete die Antwort.
Belgische Biere, die dreifach vergoren wurden, haben den stabilsten Schaum, dicht gefolgt von doppelt vergorenen Bieren. Am wenigsten stabil ist die Schaumkrone dagegen bei einfach vergorenen Lagerbieren. Zu den dreifach vergorenen Bieren gehören etwa Trappistenbiere, eine Spezialität des gleichnamigen Mönchsordens. Unter den Lagerbieren, die die ETH-Forschenden untersuchten, befindet sich auch ein Bier einer grossen Schweizer Brauerei. «Da lässt sich noch einiges verbessern - wir helfen gerne», sagt Vermant und schmunzelt.
Bisher nahmen die Forschenden an, dass die Stabilität des Bierschaums vor allem von proteinreichen Schichten an der Oberfläche der Bläschen abhängt. Proteine stammen aus dem Gerstenmalz und beeinflussen die Oberflächenviskosität, also deren Klebrigkeit, sowie die Oberflächenspannung. Doch die neuen Experimente zeigen, dass der entscheidende Mechanismus komplexer ist komplexer und stark von der Biersorte abhängt.
Bei einfach vergorenen Lagerbieren ist die Oberflächenviskosität ausschlaggebend. Sie wird durch die im Bier vorhandenen Proteine beeinflusst: Je mehr Proteine im Bier vorhanden sind, desto zähflüssiger wird der Film um die Bläschen und desto stabiler wird der Schaum. Anders bei den mehrfach vergorenen Trappistenbieren: Hier ist die Oberflächenviskosität minimal. Die Stabilität entsteht durch so genannte Marangoni-Spannungen. Das sind Kräfte, die durch Unterschiede in der Oberflächenspannung entstehen.
Beobachten lässt sich dieser Effekt, indem man zerstossene Teeblättchen auf eine Wasseroberfläche gibt. Die Bruchstücke verteilen sich zunächst gleichmässig. Gibt man einen Tropfen Seife dazu, werden die Teeblättchen schlagartig an den Rand gezogen. Dabei treten Strömungen auf, die auf der Oberfläche zirkulieren. Halten solche Strömungen lange an, stabilisieren sie die Bläschen im Bierschaum.
Ein Protein entscheidet über Schaumqualität
Eine entscheidende Rolle bei der Stabilisierung des Bierschaumes spielt jedoch das Protein LTP1 (Lipid transfer protein 1). Das konnten die ETH-Forschenden durch Analysen des Proteinbestandes der untersuchten Biere bestätigen. In einfach vergorenen Bieren, wie den Lagerbieren, sind die sogenannten LPT1-Proteine in ihrer ursprünglichen Form vorhanden. Sie wirken wie kleine, kugelförmige Teilchen, die sich dicht gepackt auf der Oberfläche der Bläschen anordnen. Das entspricht einer zweidimensionalen Suspension, Also einem Stoffgemisch aus einer Flüssigkeit und fein verteilten Festkörpern, welche wiederum diese Blasen stabilisiert.
Bei der zweiten Gärung werden die Proteine durch die Hefezellen etwas denaturiert, das heisst ihre natürliche Struktur wird leicht verändert. Sie bilden dann eine netzartige Struktur, eine Art Membran, die die Bläschen noch stabiler macht. Bei der dritten Gärung werden die bereits veränderten LPT1-Proteine so stark denaturiert, dass es Bruchstücke mit einem wasserabstossenden und einem «wasserliebenden» Ende gibt. Diese Bruchstücke verringern die Grenz- und Oberflächenspannungen und stabilisieren die Bläschen maximal. «Diese Proteinteile funktionieren wie Tenside, die in vielen Alltagsanwendungen wie Waschmitteln Schäume stabilisieren», erklärt Vermant.
Er betont: «Die Stabilität des Schaums hängt nicht linear von einzelnen Faktoren ab. Man kann nicht einfach ‘etwas’ ändern und es ‘richtig’ einstellen.». Wird die Viskosität durch zusätzliche Tenside erhöht, könne das den Schaum sogar instabiler machen, weil man damit die Marangoni-Effekte zu stark verlangsame. «Entscheidend ist, gezielt an einem Mechanismus zu arbeiten – nicht an mehreren gleichzeitig. Bier macht das offensichtlich von Natur aus gut!», sagt Vermant.
Die Erkenntnisse aus der Bierschaumforschung haben auch ausserhalb der Braukunst Bedeutung. In einem EU-Projekt arbeiten die Forschenden zudem an Schäumen als Träger für bakterielle Systeme. Und in Zusammenarbeit mit Lebensmittelforscher Peter Fischer von der ETH Zürich geht es um die Stabilisierung von Milchschaum durch Proteine. «Es gibt also viele Bereiche, wo uns das mit Bier erworbene Wissen nützt», sagt Vermant.
Weitere Informationen unter www.ethz.ch