L'été est le temps de la bière, même si la consommation de bière alcoolisée diminue en Suisse. Et pour les amateurs de bière, il n'y a rien de mieux qu'une tête de mousse en tête du jus d'orge doré et étincelant. Mais avec de nombreuses bières, le rêve est rapidement brisé et la mousse s'effondre avant de pouvoir prendre votre première gorgée. Il existe également des types de bière, cependant, où la tête dure longtemps.
Les chercheurs de l'ETH dirigés par Jan Vermant, professeur de matériaux doux, ont maintenant découvert pourquoi c'est le cas. Leur étude vient d'être publiée dans la revue Physique des liquides. Le chercheur belge et son équipe ont mis sept ans de travail dans ces questions. Tout a commencé avec une question simple posée à un brasseur belge: « Comment contrôlez-vous la fermentation? – en regardant la mousse », était la réponse succincte.
Aujourd'hui, les scientifiques de l'ETH comprennent les mécanismes à l'œuvre derrière une mousse de bière parfaite. Et peut-être que les futurs buveurs de bière pourront admirer la tête de la mousse dans leurs verres un peu plus longtemps avant de terminer leur soif.
Les bières blondes ont la mousse la plus éphémère
Dans cette étude, les scientifiques des matériaux ont montré que les bières belges qui ont été triples fermentées ont la mousse la plus stable, suivie de bières fermentées doubles. La tête est la moins stable dans les bières blondes fermentées simples.
Les bières à triple clandestinement comprennent des bières trappistes, une spécialité de l'ordre monastique éponyme. Une bière d'une grande brasserie suisse faisait également partie des bières blondes que les chercheurs de l'ETH ont examinées. « Il y a encore de la place à l'amélioration – nous sommes heureux de vous aider », explique Vermant.
À ce jour, les chercheurs ont supposé que la stabilité de la mousse de bière dépendait principalement des couches riches en protéines à la surface des bulles (voir ETH News): les protéines proviennent du malt d'orge et influencent la viscosité de surface, c'est-à-dire l'adhésivité de la surface et la tension de surface.
Contrainte de surface au lieu de la viscosité
Les nouvelles expériences, cependant, montrent que le mécanisme décisif est plus complexe et dépend considérablement du type de bière. Dans les bières de la bière blonde à fermentation, la viscosité de surface est le facteur décisif. Ceci est influencé par les protéines présentes dans la bière: plus la bière contient des protéines, plus le film autour des bulles devient visqueux et plus la mousse sera stable.
La situation est différente avec les bières trappistes multi-fermentation, où la viscosité de surface est en fait minime. La stabilité est obtenue grâce à des contraintes dits de marangoni – pour des différences de tension en surface.
Cet effet peut être facilement observé en plaçant des feuilles de thé écrasées à la surface de l'eau. Initialement, les fragments s'étalaient uniformément. Si une goutte de savon est ajoutée, les feuilles de thé sont soudainement tirées sur le bord, faisant circuler les courants à la surface. Si ces courants persistent pendant longtemps, ils stabilisent les bulles dans la mousse de bière.
Une protéine est décisive pour la qualité de la mousse
Cependant, la protéine LTP1 (protéine de transfert de lipides 1) joue un rôle décisif dans la stabilisation de la mousse de bière. Les chercheurs de l'ETH ont pu le confirmer en analysant la teneur en protéines des bières qu'ils ont étudiées.
Dans les bières de fermentation unique, comme les bières blondes, les protéines dits LPT1 sont présentes dans leur forme d'origine. Ils agissent comme de petites particules sphériques qui s'organisent densément à la surface des bulles. Cela correspond à une suspension bidimensionnelle, c'est-à-dire un mélange de solides liquides et finement distribués, ce qui stabilise à son tour ces bulles.
Pendant la deuxième fermentation, les protéines sont légèrement dénaturées par les cellules de levure, ce qui signifie que leur structure naturelle est légèrement modifiée. Ils forment ensuite une structure en forme de filet, une sorte de membrane, ce qui rend les bulles encore plus stables.
Au cours de la troisième fermentation, les protéines LPT1 déjà modifiées sont dénaturées à un point tel que des fragments avec une extrémité anti-voyageur et une extrémité « qui aiment l'eau » se forment. Ces fragments réduisent les tensions interfaciales et de surface et stabilisent les bulles dans l'étendue maximale possible.
« Ces fragments de protéines fonctionnent comme des tensioactifs, qui stabilisent les mousses dans de nombreuses applications quotidiennes telles que les détergents », explique Vermant.
Collaboration avec une brasserie majeure
Comme il le souligne, « la stabilité de la mousse ne dépend pas de facteurs individuels linéairement. Vous ne pouvez pas simplement changer de » quelque chose « et le faire » correctement « . » Par exemple, augmenter la viscosité avec des tensioactifs supplémentaires peut réellement rendre la mousse plus instable car elle ralentit les effets de Marangoni trop fortement.
« La clé est de travailler sur un mécanisme à la fois – et pas sur plusieurs à la fois. La bière le fait évidemment bien par nature! » Dit Vermant.
En menant cette étude, le professeur de l'ETH a collaboré avec l'une des plus grandes brasseries du monde qui travaillait sur la stabilité en mousse de leurs bières et voulait comprendre ce qui stabilise réellement la mousse de bière. « Nous connaissons maintenant le mécanisme exactement et sommes en mesure d'aider la brasserie à améliorer la mousse de leurs bières », explique Vermant.
Pour les consommateurs de bière belge, la tête est importante en raison du goût et en tant que «partie de l'expérience», comme le raconte le chercheur des matériaux. « Mais la mousse n'est pas si importante partout où la bière est servie – c'est essentiellement une chose culturelle. »
Applications potentielles également dans la technologie et l'environnement
Les résultats de la recherche en mousse de bière sont également significatifs au-delà de l'art du brassage. Dans les véhicules électriques, par exemple, les lubrifiants peuvent mousser – présentant un problème dangereux. L'équipe de Vermant travaille maintenant avec Shell, entre autres, pour étudier comment ces mousses peuvent être détruites de manière ciblée.
Un autre objectif est de développer des tensioactifs durables sans fluor ou de silicium. « Notre étude est une étape essentielle dans cette direction », explique Vermant.
Dans un projet en cours de l'UE, les chercheurs travaillent également sur des mousses en tant que porteurs pour les systèmes bactériens. Et en collaboration avec le chercheur alimentaire Peter Fischer de Eth Zurich, ils travaillent à stabiliser la mousse de lait par le biais de protéines.
« Il existe donc de nombreux domaines où les connaissances que nous avons acquises par la bière s'avèrent utiles », conclut Vermant.
