研究人員揭開了香檳酒優(yōu)雅氣泡背后的神秘面紗
發(fā)布時間：2023-05-24 06:42:54 文章來源：cnBeta
來自布朗大學(xué)和圖盧茲大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，表面活性劑，也就是類似肥皂的化合物是香檳中氣泡直線上升的原因

來自布朗大學(xué)和圖盧茲大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，表面活性劑，也就是類似肥皂的化合物是香檳中氣泡直線上升的原因。這種獨特的氣泡行為與其他碳酸飲料不同，對理解流體力學(xué)有重大意義，特別是在氣泡引起的混合和自然現(xiàn)象方面。

這里有一些值得敬酒的科學(xué)發(fā)現(xiàn)： 來自布朗大學(xué)和法國圖盧茲大學(xué)的研究人員解釋了為什么香檳酒中的氣泡會以直線上升，而其他碳酸飲料，如啤酒或蘇打水中的氣泡則不會。

發(fā)表在《物理評論-流體》雜志上的一項新研究描述了這一發(fā)現(xiàn)，它基于一系列數(shù)值和物理實驗，當(dāng)然包括倒出香檳、啤酒、氣泡水和氣泡酒的杯子。這些結(jié)果不僅解釋了是什么讓香檳酒有了氣泡線，而且可能對理解流體力學(xué)領(lǐng)域的氣泡流動具有重要意義。


(資料圖)

"這是我多年來一直在研究的類型，"布朗工程教授羅伯托-澤尼特說，他是該論文的作者之一。"大多數(shù)人從未見過海洋滲漏或曝氣池，但他們中的大多數(shù)人都喝過蘇打水、啤酒或一杯香檳酒。通過談?wù)撓銠壓推【?，我們的總體計劃是讓人們明白流體力學(xué)在他們的日常生活中是很重要的。"

澆灌香檳

研究人員調(diào)查了碳酸飲料中氣泡鏈的穩(wěn)定性，如香檳和起泡酒。

該團(tuán)隊的目標(biāo)是研究碳酸飲料中的氣泡鏈的穩(wěn)定性。享受這些飲料的部分標(biāo)志性體驗是當(dāng)飲料被倒出時形成的微小或巨大的氣泡，創(chuàng)造出一個可見的氣泡和汽水鏈。根據(jù)飲料及其成分的不同，所涉及的流體力學(xué)都是不同的。

例如，當(dāng)涉及到香檳和起泡酒時，不斷出現(xiàn)的氣泡以一字排開的方式迅速上升到頂部，并在一段時間內(nèi)一直如此。這被稱為穩(wěn)定的氣泡鏈。對于其他碳酸飲料，如啤酒，許多氣泡偏向一側(cè)，使它看起來像多個氣泡同時出現(xiàn)。這意味著氣泡鏈并不穩(wěn)定。

研究人員開始探索使氣泡鏈穩(wěn)定的機制，以及他們是否能夠重新創(chuàng)建它們，使不穩(wěn)定的氣泡鏈像香檳或普羅塞克酒中的一樣穩(wěn)定。

香檳和起泡酒的氣泡鏈呈直線上升。許多啤酒中的氣泡鏈在上升時偏向一側(cè)，使其看起來像多個氣泡同時上升。

他們的實驗結(jié)果表明，香檳和其他起泡酒中穩(wěn)定的氣泡鏈?zhǔn)怯捎谧鳛榉试頎罨衔锏某煞侄a(chǎn)生的，這種成分被稱為表面活性劑。這些類似表面活性劑的分子有助于減少液體和氣泡之間的張力，使其順利上升到頂部。

"理論上說，在香檳中，這些作為表面活性劑的污染物是好東西，"論文的高級作者Zenit說。"這些賦予液體風(fēng)味和獨特性的蛋白質(zhì)分子是使它們產(chǎn)生的氣泡鏈穩(wěn)定的原因。"

實驗還顯示，氣泡的穩(wěn)定性受到氣泡本身大小的影響。他們發(fā)現(xiàn)，有大氣泡的鏈子有一個類似于有污染物的氣泡的喚醒，導(dǎo)致平穩(wěn)上升和穩(wěn)定的鏈子。

然而，在飲料中，氣泡總是很小。這使得表面活性劑成為產(chǎn)生直線和穩(wěn)定鏈的關(guān)鍵成分。例如，啤酒也含有類似表面活性劑的分子，但根據(jù)啤酒的類型，氣泡可以以直鏈上升或不上升。相比之下，碳酸水中的氣泡總是不穩(wěn)定的，因為沒有污染物幫助氣泡順利地通過鏈中其他氣泡留下的尾流。

"這種尾流，這種速度干擾，導(dǎo)致氣泡被撞出，"Zenit說。"與其說是一條線，不如說是氣泡最終以更多的錐形上升。"

在論文的這張圖中，研究人員顯示，當(dāng)在干凈的液體中，氣泡的頻率增加到香檳酒中的氣泡鏈的速率時，氣泡鏈很快就失去了穩(wěn)定性。資料來源：Roberto Zenit提供

研究人員說，這項新研究的結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了對慶祝性祝酒詞的科學(xué)理解。研究結(jié)果提供了一個流體力學(xué)的一般框架，用于理解氣泡流動中的集群的形成，這具有經(jīng)濟(jì)和社會價值。

例如，使用氣泡誘導(dǎo)混合的技術(shù)，如水處理設(shè)施的曝氣池，將大大受益于研究人員對氣泡如何聚集、它們的起源以及如何預(yù)測它們的出現(xiàn)的更清晰的理解。在自然界中，了解這些流動可能有助于更好地解釋海洋滲漏，其中甲烷和二氧化碳從海洋底部涌出。

研究小組進(jìn)行的實驗相對簡單--有些甚至可以在任何當(dāng)?shù)氐木瓢蛇M(jìn)行。為了觀察氣泡鏈，研究人員倒入一杯碳酸飲料，包括Pellegrino氣泡水、Tecate啤酒、Charles de Cazanove香檳和西班牙風(fēng)格的Brut。

為了研究氣泡鏈以及使其穩(wěn)定的原因，他們在一個小的矩形有機玻璃容器中注入液體，并在底部插入一根針，這樣他們就可以泵入氣體以創(chuàng)造不同種類的氣泡鏈。

然后，研究人員逐漸加入表面活性劑或增加氣泡大小。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)他們使氣泡變大時，他們可以使不穩(wěn)定的氣泡鏈變得穩(wěn)定，即使沒有表面活性劑。當(dāng)他們保持固定的氣泡大小，只添加表面活性劑時，他們發(fā)現(xiàn)他們也可以從不穩(wěn)定的鏈變成穩(wěn)定的鏈。

研究人員在論文中解釋說，這兩個實驗表明有兩種不同的可能性來穩(wěn)定氣泡鏈：添加表面活性劑和使氣泡變大。

研究人員在計算機上進(jìn)行了數(shù)值模擬，以解釋他們無法通過物理實驗解釋的一些問題，例如計算有多少表面活性劑進(jìn)入氣泡，氣泡的重量和它們的精確速度。

他們計劃繼續(xù)研究穩(wěn)定氣泡鏈的力學(xué)，努力將其應(yīng)用于流體力學(xué)的不同方面，特別是在氣泡流中。

"我們對這些氣泡如何移動以及它們與工業(yè)應(yīng)用和自然界的關(guān)系感興趣，"Zenit說。

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