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物理学和生物学联手，终于看懂了啤酒泡沫里藏着的大学问

返邵文亚、杨超约 6 分钟

喝啤酒时，许多人偏爱那层绵密到挂壁的泡沫，可往往刚倒满的泡沫，没几分钟就消散只剩一层薄皮。而有些品类，泡沫可以持续存在很长时间。这些啤酒的差异在哪呢？其实这杯泡沫里藏着大学问。

撰文 | 邵文亚（福建医科大学副教授）、杨超（深圳理工大学）
在很多人的印象里，评价一杯啤酒是否好喝的标准之一，常常会取决于它的那层细腻、持久的泡沫，举杯时的第一眼往往就被那层泡沫所吸引。有些人甚至会把泡沫看作啤酒品质的“名片”，泡沫越绵密、越持久，似乎就意味着这杯酒越正宗、越讲究。
啤酒泡沫丨图片来源：作者使用AI生成
然而，想要得到一杯泡沫饱满又稳定的啤酒并不容易。许多人可能有过这样的体验，刚倒出的啤酒泡沫堆得高高的，但几分钟后便迅速消散，只剩下平淡无奇的液体。这背后究竟是什么机制在决定啤酒泡沫的不同？是酒精浓度、二氧化碳含量，还是酿造工艺的差别？
啤酒泡沫的“经典解释”与实验探索
长期以来，人们普遍认为啤酒泡沫的稳定性主要依赖于蛋白质。啤酒酿造过程中，大麦中的蛋白质会在气液界面聚集，形成一层类似“薄膜”的结构。这层蛋白质薄膜能够增加液体表面的黏性和弹性，就像给气泡穿上了一件保护衣，从而延缓泡沫的消散。尤其是脂质转运蛋白1（LTP1）和另一种称为Serpin Z4的蛋白，被认为是决定泡沫命运的关键角色。
但这样的解释并不能完全解答所有现象。比如，有些比利时修道院啤酒（一种比利时的传统啤酒流派）的表面黏度并不高，但它们的泡沫却持久而稳定。如果仅靠蛋白质提供的表面“厚度”，这些泡沫不应该表现得如此顽强。于是，科学家们开始怀疑，传统的模型可能忽略了更隐秘的物理机制。
为了验证这一点，瑞士苏黎世联邦理工学院和荷兰埃因霍温理工大学的研究团队进行了系统实验。他们不仅在实验室里倒了无数杯啤酒，还将这些啤酒进行严格的物理测量。
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科学家倒了无数杯啤酒研究其泡沫示意图丨图片来源：作者使用AI生成
研究人员利用表面流变学（研究界面物质流动特性的学科）和动态薄膜平衡技术，直接观察了泡沫薄膜在应力作用下的变化。他们还能通过高精度显微成像，看到气泡表面蛋白质颗粒的聚集与移动过程。
除此之外，科学家还借助蛋白质组学分析，量化了啤酒中不同蛋白质的含量及其在发酵过程中的结构变化。这使得他们第一次能够将泡沫的稳定性与特定的蛋白质变性过程联系起来，而不是停留在“蛋白质多就更稳”的经验推断。
这些实验让人们意识到，啤酒泡沫并非只有一种稳定机制。拉格啤酒（指采用桶底酵母在10-12摄氏度低温发酵，并经储存处理的啤酒）和比利时修道院啤酒这两大类型，竟然展现出截然不同的物理支撑方式。正是这种差异，揭开了啤酒泡沫研究的新篇章。
发酵次数与泡沫稳定机制的转变
如果说拉格啤酒代表的是一种多泡沫模式，那么比利时修道院啤酒则展示了另一种出人意料的泡沫稳定方式。研究团队比较了单次发酵的拉格啤酒、两次发酵的比利时啤酒，以及三次发酵啤酒。结果表明，随着发酵次数的增加，泡沫稳定性并没有减弱，反而显著增强，这一发现挑战了传统的“表面黏度越大，泡沫越稳”的假设。
单次发酵：靠“厚度”维持。在拉格啤酒中，蛋白质如LTP1大多保持原始的球形颗粒形态，它们紧密排列在气泡表面，形成一个均匀的二维悬浮层。这层保护膜提供了较高的表面黏度和弹性，能有效阻止泡沫中的液体快速流失，就像在泡沫外面包裹了一层弹性外套。因此，拉格啤酒的泡沫主要依靠表面黏度来延缓消散。
双次发酵：蛋白质“改头换面”。当啤酒经历第二次发酵时，活跃的酵母细胞会让LTP1蛋白逐渐变性，从球形颗粒变为类似薄膜或网状的结构。这种改头换面让气泡表面更像是被拉起了一张渔网，能够有效抵御外部扰动。此时，泡沫稳定性不再仅仅依赖于表面黏度，而更多来自这种柔韧的网络支撑。
三次发酵：泡沫的“秘密武器”。最令人惊讶的是三次发酵的比利时啤酒。在这一阶段，LTP1蛋白已经被彻底降解成带有“亲水端”和“疏水端”的碎片。这些碎片行为类似于洗洁精的表面活性剂，能够主动降低表面张力。由此产生的马兰戈尼应力（Marangoni stresses），是一种因表面张力差异而产生的回流效应，会驱动液体在泡沫膜内循环流动，显著减缓泡沫的坍塌。这种“自我修复”机制，让三次发酵啤酒的泡沫拥有极高的持久性。
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三次发酵啤酒的泡沫图片丨图片来源：参考文献[1]
实验结果清楚地表明，不同的发酵次数塑造了完全不同的泡沫稳定模式。单次发酵依靠的是“厚实的黏度”，而多次发酵则开启了“动态回流”机制。
研究人员用显微成像直接观察到，三次发酵啤酒的泡沫薄膜中，蛋白质颗粒并不是固定不动的，而是在表面不断迁移和循环，这正是马兰戈尼应力发挥作用的生动体现。
这也解释了一个有趣的现象：为什么许多比利时修道院啤酒在杯口形成的泡沫层，不仅厚实，还能维持几十分钟甚至更久。原来，这是由于多次发酵的缘故。
总结
啤酒泡沫远不只是杯中现象，它背后隐藏着复杂的物理与生物化学机制。科学家通过对比不同发酵工艺，发现单次发酵的拉格啤酒靠表面黏度来稳定泡沫，而多次发酵的比利时啤酒则依赖马兰戈尼应力维持持久的泡沫。脂质转运蛋白LTP1的结构变化在其中发挥了关键作用。
这样的研究不仅解释了人们日常饮酒时的直观体验，还为润滑剂、绿色表面活性剂等多个领域提供了思路。下次举杯时，或许你会想到，杯口的泡沫正是科学与工艺的结晶。

参考文献

[1] Chatzigiannakis, Emmanouil, et al. "The hidden subtlety of beer foam stability: A blueprint for advanced foam formulations."Physics of Fluids37.8 (2025).
[2] Bishop, L. R., A. L. Whitear, and W. R. Inman. "A scientific basis for beer foam formation and cling."Journal of the Institute of Brewing80.1 (1974): 68-80.
[3] Bamforth, Charles W. "The physics and chemistry of beer foam: A review."European Food Research and Technology249.1 (2023): 3-11.

出品：科普中国

监制：中国科普博览

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