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又是一个开心的周末,你和朋友约了一起去撸串,点上两瓶啤酒,正往杯子里倒,啤酒却又像往常一样冒出大量气泡,溢了出来。这些“恼人”的气泡总会搞得桌面一团糟,但你是否想过一杯啤酒里,到底会有多少“恼人”的泡泡呢?
在5000多年前的美索不达米亚,人们就已经开始喝啤酒了。现代啤酒主要由水、谷物、酵母和啤酒花发酵而成。发酵过程中,酵母菌会分解谷物中的淀粉,产生可口的糖、醉人的酒精以及二氧化碳——而这正是气泡的来源。啤酒在罐装时,还会被生产商注入额外的二氧化碳,雪花玻璃瓶啤酒多少ml,以增加容器中的压力。这导致开瓶时,或是倒入杯中时,啤酒中总会涌出不少气泡。
所以,当你小心翼翼地将啤酒倒入杯中时,到底会冒出多少泡泡?为了弄清楚这个问题,法国兰斯-香槟-阿登大学(University of Reims Champagne-Ardenne)的杰拉德·利格·贝莱尔(Gérard Liger-Belair)和克拉拉·西林德(Clara Cilindre)做了充分的理论分析,并用实验验证了他们的预测,他们还将结论发表在ACS Omega期刊上。他们的实验表明,一杯啤酒冒出的气泡总数,大约在20万~200万个之间。
一玻璃瓶啤酒大约为330ml-650ml。不同的啤酒公司尤其是大型啤酒公司会为了促销或宣传需要,会选择一些不同容量的玻璃瓶。如青岛小瓶啤酒为330ml,大瓶啤酒有473ml、500ml、650ml。啤酒的酒精含量较低,含有二氧化碳、多种氨基。
理论分析
一杯啤酒中能产生的气泡总数受到三个因素的限制,啤酒中二氧化碳的总量,每个气泡中二氧化碳的含量,以及最后啤酒不再形成气泡时,啤酒中二氧化碳的浓度。
二氧化碳溶于水,但二氧化碳溶解度的数据大多是在纯水中的数据,对于啤酒这种酒精含量5%左右的混合物,数据就很稀有了。好在2013年,已经有人研究过二氧化碳在啤酒中的溶解问题。不过有一点对于水和啤酒来说都是相通的:液体中能溶解多少二氧化碳,是和气压密切相关的。
这被称为亨利定律(Henry's law),即气压越高,啤酒中能溶解的二氧化碳越多。一般而言,啤酒瓶并不会被完全装满,会在瓶口留下一点空间,正是这里的气压决定了啤酒中能溶解多少二氧化碳。一般而言,二氧化碳的溶解度并不是很高。但是由于啤酒瓶中气压较高,溶解度上升,瓶中啤酒的体积也远大于气体的体积,因此瓶中大部分二氧化碳都集中在啤酒中。
一般啤酒瓶中总会留下一点空间,正是这里的气压决定了啤酒中溶解的二氧化碳数量(图片来源:pixabay)
冒泡的诀窍
但是显然,开瓶时“绅士”与否,会影响开瓶产生的气泡的多少。这是因为就算溶解的二氧化碳已经到达过饱和状态,但从液体中形成气泡,是会让整个体系能量上升的,所以气体难以自发从啤酒中冒出来。只有啤酒中有现成的气腔时,气体才能从啤酒中自发成核,形成泡泡。
市场上卖的普通瓶装啤酒一般为330ml、355ml,600ml,640ml。但是不同的啤酒公司尤其是大型啤酒公司会为了促销或宣传需要,会选择一些不同容量的玻璃瓶。如青岛小瓶啤酒有296ml,大瓶啤酒有473ml,500ml。百威啤酒为世界杯推。
根据啤酒-二氧化碳界面的表面张力强度、大气压力、二氧化碳在啤酒中的溶解度和浓度,可以计算出激发气泡成核(Bubble Nucleation)的气腔的临界曲率半径。对于实验中使用的6摄氏度,酒精含量5%的啤酒来说,只要曲率半径大于0.7微米,或者说原始气腔的直径大于1.4微米,它就能从气腔成长为泡泡。
就算你开瓶时不那么“狂野”,尽可能避免因摇晃而啤酒瓶中产生太多气腔,酒杯也不会放过你。虽然多数玻璃杯表面看上去非常光滑,但如果把它们放到显微镜下审视,就会发现上面布满在制造过程中留下的细微缺口。每个缺口都是一个不可消灭的气腔,让溶解在啤酒中的二氧化碳鱼贯而出。一般而言,玻璃杯底部不平整的地方更多,这也是大部分气泡都会从酒杯底部涌出的原因。
玻璃杯的显微照片,(a)(b)两图中黑线分别代表100微米和20微米 图片来源:ACS Omega 2021,6,14,9672–9679
玻璃瓶啤酒是330ml。啤酒是以小麦芽和大麦芽为主要原料,并加啤酒花,经过液态糊化和糖化,再经过液态发酵而酿制成的。其酒精含量较低,含有二氧化碳,富有营养。它含有多种氨基酸、维生素、低分子糖、无机盐和各种酶。啤酒的。
二氧化碳不断析出,啤酒中的二氧化碳浓度也越来越低,这样所需要气腔的半径也越来越大。直到啤酒中再也没有足够大的气腔能让二氧化碳析出,气泡也就不会再析出了。算出临界点,就能得到啤酒不再冒泡时的二氧化碳浓度。
一个泡泡
气体的析出是一个动态过程。气泡在上升的过程中,不断有气体从啤酒进入气泡,气泡也在不断长大。上世纪90年代,就有科学家研究过气泡变大的过程。除了气压、温度、重力加速度等常系数外,气泡直径主要和气泡上升高度的三分之一次方成正比。也就是说,气泡刚产生时会迅速变大,然后维持在一个稳定的直径。不过,相较于变化不大的直径,气泡的体积倒是随着上升的过程线性增大——这也意味着,向杯中倒入不同体积的啤酒,杯中的气泡数量会有较大的差别。
和上世纪90年代相比,现在的高速摄像机已经领先了很多。除了理论推导之外,贝莱尔他们也直接用高速摄像机拍出了照片。当气泡上升到啤酒表面时,气压基本上和大气压相等,这时就能估计每个气泡中,二氧化碳的含量了。不过,玻璃杯的形状,向杯中倒入啤酒的多少,都会影响每个气泡中二氧化碳的含量。
一个泡泡在上升过程中的大小变化的示意图,(a)(b)两图分别为啤酒和香槟中的气泡,黑线代表1毫米 图片来源:ACS Omega 2021,6,14,9672–9679
严谨的物理实验
他们选择了一个法国品牌的啤酒,酒精含量为5%。啤酒用玻璃瓶封装,每瓶含有250毫升啤酒。在实验开始之前,每瓶啤酒至少在6摄氏度的冰箱中冷藏48小时。杯子也不能马虎,他们选取了四个机械制造的500毫升玻璃杯,尽可能保证它们是相同的。首先用稀醋酸清洗玻璃杯,再用蒸馏水清洗,清洗过后在60摄氏度的干燥炉中干燥,干燥完成后,再将玻璃杯存放在6摄氏度的环境中。之后,他们还学着服务员的样子,轻柔地将将整瓶250毫升的啤酒倒入杯中,尽可能减少倒啤酒过程中的颠簸。
只有在这样的条件下,一杯啤酒中冒出的泡泡总数才是20万到200万个。实验条件变化时,一杯啤酒中产生泡泡的数量会剧烈变化。200万和寥寥无几的对比对小编的冲击也的确不小。
哈啤玻璃瓶啤酒500ml/550ml。哈尔滨啤酒分大瓶和小瓶大瓶和小瓶的容量是不相同的。如果是标准的哈尔滨啤酒大瓶应该在500毫升到
不过,这些都不重要,啤酒好喝就行了。
ACS Omega 2021,6,14,9672–9679
转自:环球科学