In der Schweiz ist die Sommerzeit traditionell Bierzeit, auch wenn der Konsum von alkoholhaltigem Bier insgesamt zurückgeht. Für viele Bierliebhaber ist eine stabile Schaumkrone, die auf dem goldgelben Gerstensaft thront, das A und O. Doch oft fällt dieser Traum schnell in sich zusammen und der Schaum verschwindet, noch bevor man den ersten Schluck genommen hat. Interessanterweise gibt es Biersorten, bei denen die Schaumkrone besonders lange hält.
Forscher der ETH Zürich unter der Leitung von Professor Jan Vermant haben nun das Geheimnis dahinter gelüftet. Ihre langjährige, siebenjährige Arbeit begann mit einer einfachen Frage an einen belgischen Brauer: „Wie kontrollierst du die Fermentierung?“ – „Indem ich den Schaum beobachte“, lautete die Antwort. Heute verstehen die Wissenschaftler der ETH die Mechanismen, die für den perfekten, stabilen Bierschaum verantwortlich sind. Dank dieser Erkenntnisse können Biergenießer in Zukunft vielleicht etwas länger ihre Schaumkrone bewundern, bevor sie ihren Durst löschen.
Lagerbiere haben vergänglichsten Schaum
In ihrer Studie haben die Materialforscher:innen herausgefunden, dass dreifach vergorene Biere den stabilsten Schaum aufweisen, dicht gefolgt von doppelt vergorenen Bieren. Im Gegensatz dazu ist die Schaumkrone bei einfach vergorenen Lagerbieren am wenigsten haltbar. Als Beispiel für dreifach vergorene Biere werden die Trappistenbiere genannt, eine Spezialität des gleichnamigen Mönchsordens. Unter den von der ETH untersuchten Lagerbieren befand sich auch ein Bier einer bekannten Schweizer Brauerei. „Da lässt sich noch einiges verbessern – wir helfen gerne“, sagt Vermant und schmunzelt.
Bisher gingen Forschende davon aus, dass die Stabilität des Bierschaums hauptsächlich durch proteinreiche Schichten an der Oberfläche der Bläschen bestimmt wird. Diese Proteine, die aus dem Gerstenmalz stammen, beeinflussen die Oberflächenviskosität (die Klebrigkeit) und die Oberflächenspannung, was den Schaum stabilisiert.
Oberflächenspannungen statt Zähflüssigkeit
Die neuesten Experimente haben ergeben, dass der Mechanismus der Schaumstabilität komplexer ist und stark von der Biersorte abhängt. Bei einfach vergorenen Lagerbieren ist die Oberflächenviskosität der entscheidende Faktor. Diese wird von den im Bier enthaltenen Proteinen beeinflusst: Je höher der Proteingehalt, desto zähflüssiger wird der Flüssigkeitsfilm um die Schaumbläschen und desto stabiler der Schaum.
Marangoni-Spannungen in Trappistenbieren
Bei mehrfach vergorenen Trappistenbieren ist die Oberflächenviskosität hingegen minimal. Hier wird die Stabilität durch sogenannte Marangoni-Spannungen erzeugt. Dabei handelt es sich um Kräfte, die durch Unterschiede in der Oberflächenspannung entstehen. Ein anschauliches Beispiel für diesen Effekt ist, wenn man zerstoßene Teeblätter auf eine Wasseroberfläche gibt und anschließend einen Tropfen Seife hinzufügt. Die Teeblätter werden schlagartig an den Rand gezogen, was auf Strömungen an der Oberfläche zurückzuführen ist. Wenn solche Strömungen lange anhalten, können sie die Bläschen im Bierschaum stabilisieren.
Ein Protein entscheidet über Schaumqualität
Eine entscheidende Rolle bei der Stabilisierung des Bierschaums spielt das Protein LTP1 (Lipid transfer protein 1), wie die ETH-Forschenden durch Analysen bestätigen konnten. In einfach vergorenen Lagerbieren liegt das LTP1-Protein in seiner ursprünglichen Form vor. Es wirkt wie kleine kugelförmige Partikel, die sich dicht auf der Oberfläche der Bläschen anordnen und so eine zweidimensionale Suspension bilden, die den Schaum stabilisiert.
Bei der zweiten Gärung wird das LTP1-Protein durch Hefezellen leicht denaturiert, also seine natürliche Struktur verändert. Dadurch bildet es eine netzartige, membranähnliche Struktur, die die Bläschen noch widerstandsfähiger macht.
Während der dritten Gärung werden die bereits veränderten LTP1-Proteine so stark denaturiert, dass sie in Bruchstücke zerfallen. Diese Bruchstücke besitzen nun ein hydrophobes (wasserabweisendes) und ein hydrophiles (wasserliebendes) Ende. Diese Eigenschaft ermöglicht es ihnen, die Grenz- und Oberflächenspannungen zu verringern und die Bläschen somit maximal zu stabilisieren. „Diese Proteinteile funktionieren wie Tenside, die in vielen Alltagsanwendungen wie Waschmitteln Schäume stabilisieren“, erklärt Vermant.
Zusammenarbeit mit Grossbrauerei
Vermant betont: „Die Stabilität des Schaums hängt nicht linear von einzelnen Faktoren ab. Man kann nicht einfach ‘etwas’ ändern und es ‘richtig’ einstellen.“. Wird die Viskosität durch zusätzliche Tenside erhöht, könne das den Schaum sogar instabiler machen, weil man damit die Marangoni-Effekte zu stark verlangsame. „Entscheidend ist, gezielt an einem Mechanismus zu arbeiten – nicht an mehreren gleichzeitig. Bier macht das offensichtlich von Natur aus gut!“, sagt Vermant.
In dieser Studie arbeitete der ETH-Professor mit einer der weltgrössten Brauereien zusammen. Diese tüftelt an der Schaumstabilität ihrer Bieren. Sie wollen deshalb verstehen, was den Bierschaum wirklich stabilisiert. „Wir kennen den Mechanismus nun genau und können der Brauerei helfen, den Schaum ihrer Biere zu verbessern“, sagt Vermant. Für belgische Bierkonsumenten sei der Schaum wichtig, wegen des Geschmacks und als „Teil der Experience“, wie der Materialforscher sagt. „Aber nicht überall, wo Bier getrunken wird, ist der Schaum so wichtig. Das ist etwas Kulturelles.“
Anwendungen auch in Technik und Umwelt möglich
Die aus der Bierschaumforschung gewonnenen Erkenntnisse sind auch über die Braukunst hinaus relevant. Zum Beispiel können in Elektrofahrzeugen Schmiermittel schäumen, was ein gefährliches Problem darstellt. Aus diesem Grund arbeitet Vermants Team unter anderem mit der Firma Shell zusammen, um herauszufinden, wie sich solche Schäume gezielt auflösen lassen.
Ein weiteres Ziel der Forschenden ist die Entwicklung nachhaltiger Tenside, die auf den Einsatz von Fluor und Silizium verzichten. „Unsere Studie ist ein wichtiger Schritt in diese Richtung“, so Vermant.
In einem EU-Projekt arbeiten die Forschenden zudem an Schäumen als Träger für bakterielle Systeme. In Zusammenarbeit mit Lebensmittelforscher Peter Fischer von der ETH Zürich geht es um die Stabilisierung von Milchschaum durch Proteine. „Es gibt also viele Bereiche, wo uns das mit Bier erworbene Wissen nützt“, sagt Vermant.
Quelle
Publikation
Chatzigiannakis E, Alicke A, Le Bars L, Bidoire L, Vermant J. The Hidden Subtlety of Beer Foam Stability: A Blueprint for Advanced Foam Formulations, Physics of Fluids, 26 August 2025, DOI:10.1063/5.0274943
https://doi.org/10.1063/5.0274943