Ученые научно обосновали традиционный способ определения концентрации этанола при перегонке мескаля по времени жизни пузырьков. Наличие поверхностно-активных веществ, нужной степени вязкости и содержание этанола около 55 процентов позволяло пузырькам не лопаться в течении десятков секунд. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.
Во многих культурах мира есть свой традиционный алкогольный напиток. В Мексике это текила — дистиллят, который получают из сока агавы. Менее известным, но особенно популярным в деревнях штата Оахака напитком из сока агавы является мескаль. Хотя производство этого напитка нормировано, в основном его получают кустарными методами. Традиционный способ определения содержания спирта в получаемом дистилляте основан на отслеживании времени жизни пузырьков, которые образуются при попадании струи напитка в небольшую емкость. Если содержание этанола подходящее (около 55 объемных процентов), жемчужные пузырьки остаются на поверхности долго — десятки секунд.
Время, которое пузырек может находиться на поверхности зависит от того, сколько жидкости заключено между ним и поверхностью. Это определяется силами гравитации, капиллярным эффектом и вязкостью. Со временем пленка пузырька становится тоньше и впоследствии разрывается, в результате чего он лопается.
На время жизни пузырьков на поверхности мескаля также влияет содержание спирта и поверхностно-активных веществ (ПАВ) в жидкости. Основными компонентами напитка являются этанол и вода, однако в малых количествах присутствуют соединения, которые могут играть роль ПАВ. Метанол, этилацетат, высшие спирты, эфиры, кетоны, фураны и другие простые органические соединения, а также белки могут значительно удерживать жидкость в пленке пузырьков, аналогично тому, как это происходит в пивной пене.
Для проверки того, насколько хорошо работает традиционный способ определения содержания этанола в мескале и объяснения зависимости времени жизни пузырьков от концентрации спирта, ученые под руководством Роберто Зенита (Roberto Zenit) из Университета Брауна исследовали семь мескалей разных типов и водно-спиртовые смеси, а также провели численные расчеты. Исследователи создавали аналогично традиционному методу отдельные пузырьки в небольшой емкости и фиксировали время с момента касания пузырька поверхности жидкости до момента, когда он лопнет.
Оказалось, что в смесях, которые содержали около 55 процентов этанола, образовывались пузырьки с характерно долгими временами жизни. Чем больше у пузырька было число Бонда (соотношение между внешними силами и силами поверхностного натяжения), тем дольше он не лопался. Но когда это значение становилось больше единицы, время его жизни уменьшалось. Также исследователи обнаружили, что для того, чтобы пузырьки дольше не лопались, необходима как относительно высокая вязкость, так и наличие ПАВ.
Расчеты исследователей указали на то, что жидкость в пузырьках задерживается благодаря эффекту Марангони, который возникает при движении потоков жидкости между областями с различающимися значениями поверхностного натяжения. За появление этого различия отвечали три физических механизма: перенос ПАВ, испарение и локальные изменения температуры. Пузырек имел большее поверхностное натяжение, чем жидкость под ним, в результате чего ПАВ стремились в пузырек, чтобы уменьшить эту разницу.
Очевидно, традиции производства мескаля — результат наблюдений и эмпирических выводов. Но, как утверждают авторы, понимание механизмов, которые позволяют определять содержание спирта, будет полезно и в контексте других смесей. Время жизни пузырьков на поверхности различных жидкостей может указывать на наличие или отсутствие ПАВ в них и быть индикатором чистоты смеси.
Побочные компоненты алкогольных напитков могут много о них рассказать. Весной этого года американские ученые сообщили о возможности определять марку американского виски по следам от высохших капель, и даже предложили это делать с помощью смартфона.
Алина Кротова