Wetenschap - 18 juni 1998

Een model voor bier en mousserende wijn

Een model voor bier en mousserende wijn

Een model voor bier en mousserende wijn
Theo Blijdenstein, Levensmiddelenfysica
Als mensen horen dat hij onderzoek heeft gedaan naar het schuimgedrag van alcohol-eiwit-wateroplossingen, denkt iedereen meteen aan bier. Maar bier vindt hij een te complex systeem; het bevat meer dan vijftig ingredienten. Daarom koos vierdejaars student Levensmiddelentechnologie Theo Blijdenstein voor een model met slechts twee ingredienten: water met alcohol en eiwit
Zijn begeleider benadert het probleem van de andere kant. Zij haalt met een enzym steeds een van de vele ingredienten uit het bier en bekijkt dan of hierdoor de eigenschappen van het schuim veranderen. Zo bestudeert ze het effect van dat ene ingredient op het schuim
Blijdenstein kwam vorig jaar voor het eerst in aanraking met schuimen. Toen onderzocht hij bij het vak Geintegreerde levensmiddelentechnologie het effect van plantaardige eiwitten op het schuimgedrag van luchtige toetjes. Toen ben ik enthousiast geworden voor de oppervlaktereologie, de wetenschap die zich bezighoudt met vervorming van materialen en de krachten die daaraan te pas komen. Ik wilde wel eens fundamenteler naar schuim kijken. Ik heb vroeger nog getwijfeld of ik Levensmiddelentechnologie of Moleculaire wetenschappen zou gaan studeren.
De stabiliteit van schuim is moeilijk te doorgronden, vindt Blijdenstein. Met behulp van de apparatuur kun je slechts een van de vele processen nabootsen die betrokken zijn bij schuimvorming en inzakking. Het is daardoor moeilijk om de praktijk na te bootsen tijdens de proef. Daarvoor is eerst meer fundamenteel onderzoek nodig. Directe tips voor een bierfabrikant heeft zijn onderzoek dan ook niet opgeleverd
Eiwitten worden vaak gebruikt om schuim te maken en te stabiliseren. Ze kunnen een netwerk vormen op het lucht-wateroppervlak. Hierdoor ontstaat een soort stabiliserend vliesje om een luchtbel. Wat Blijdenstein tijdens zijn afstudeervak wilde onderzoeken, is of zo'n schuim goed tegen alcohol kan. Dat is nog niet vaak bekeken, terwijl alcohol wel regelmatig voorkomt in levensmiddelen. Laatst hoorde ik dat iemand zocht naar een advocaat die een stevig schuim oplevert als je het met 7up mengt. Zijn water-eiwit-alcoholmengsels staan model voor schuimende alcoholische dranken als bier en mousserende wijn
Hij gebruikte twee verschillende eiwitten. Beta-lactoglobuline is een compact bolletje en beta-caseine is juist een uitgewaaierd eiwit. De alcoholconcentraties varieerde hij van nul tot twintig procent. Hij voegde water, alcohol en eiwit in verschillende concentraties bij elkaar in een buisje. Je schudt het buisje een paar seconden en meet met een liniaal de hoogte van de schuimlaag. Vervolgens bekeek hij hoe lang het duurde voordat de helft van de schuimlaag was verdwenen
Het toevoegen van een beetje alcohol bleek goed voor de schuimvorming. Met een procent alcohol kreeg Blijdenstein het beste schuim. Daarna nam de schuimkwaliteit af. Het eiwit caseine, dat een goed netwerk vormt, kan een twee keer zo hoog alcoholpercentage verdragen als het compacte lactoglobuline. Een concentratie van vijf procent alcohol levert bij lactoglobuline al een slechte schuimstabiliteit
Alcoholmoleculen gaan op het lucht-watergrensvlak zitten net als de eiwitten en verlagen zo de oppervlaktespanning, legt Blijdenstein uit. Bij lage concentraties is dat gunstig; als er een lagere spanning op het oppervlak staat, kan het makkelijker expanderen. Maar bij hogere concentraties wordt het eiwitnetwerk te veel verstoord door de alcoholmoleculen die tussen de eiwitmoleculen gaan zitten. Het schuim wordt dan onstabiel en zakt snel in
Blijdenstein bestudeerde ook de verplaatsing van eiwitten aan een groter wordend oppervlak. Hij gebruikte daarvoor een bij de leerstoelgroep ontwikkelde techniek met een overlopende cilinder. In zo'n cilinder laat je water zover omhoog stromen dat de cilinder overloopt. Het gewicht van het naar beneden stromende waterlaagje zorgt voor een vergroting van het wateroppervlak boven op de cilinder. Het trekt de moleculen op het oppervlak als het ware uit elkaar. Laserlicht meet hoe snel dat gebeurt
De overlopende cilinder simuleert de vorming van luchtbellen, waarbij lucht in de vloeistoffase wordt geslagen en de oppervlakte van het water-luchtgrensvlak snel wordt vergroot
Blijdenstein wilde weten wat de eiwitten en alcoholmoleculen in de oplossing op zo'n moment doen. Hij ontdekte dat de alcoholmoleculen snel en massaal naar het water-luchtgrensvlak verhuizen, de eiwitmoleculen zijn veel trager. Bij grote vervormingen kunnen zij het niet bijbenen. Als geen alcohol aanwezig is, vliegt de oppervlaktespanning omhoog. En zo'n hoge oppervlaktespanning blijkt gunstig te zijn, want de eiwitmoleculen die zich in het wateroppervlak naast de cilinder hebben opgehoopt, worden dan naar het bovenste oppervlak met de hoge oppervlaktespanning getrokken. Het gaat net andersom als met de luchtdruk, waar een lage luchtdruk moleculen aantrekt. Op zo'n manier vormt zich een eiwitnetwerk
Alcohol verstoort dit proces, doordat die de oppervlaktespanning op het oppervlak boven op de cilinder laag houdt. Boven tien procent alcohol wordt er geen eiwitnetwerk meer gevormd
Tijdens zijn afstudeervak mocht Blijdenstein een demonstratie van de overlopende cilinders geven bij de cursus schuim en emulsies voor mensen uit het bedrijfsleven. Ik vond het leuk om hun praktijkervaringen te horen. Soms dacht ik wel eens dat mijn fundamentele metingen helemaal niet relevant waren. Ik zit tenslotte maar twee stofjes te meten. Met die cursus zag ik ook de praktische kanten. Ik hoor het wel van meer studenten dat ze het moeilijk vinden om te kiezen tussen fundamenteel en meer praktijkgericht onderzoek. Het leuke van fundamenteel onderzoek is dat je kans hebt op nieuwe ontdekkingen.

Re:ageer