Der perfekte Einschenkvorgang: Modell sagt die Eigenschaften der Schaumkrone von Bier voraus

Forscher befassen sich mit den unzähligen komplexen Fragen der Bierschaumdynamik und weisen auf eine präzisere Brauerei und Düsenherstellung hin

16.02.2023 - USA

Ob es darum geht, Getränken ein unverwechselbares Aussehen zu verleihen oder Aromen für Genießer bereitzustellen - Bierschaum ist ein großes Geschäft. Das komplexe Zusammenspiel zwischen den Bestandteilen eines Biers, dem Gefäß, aus dem es ausgeschenkt wird, und dem Glas, in das es gegossen wird, hat bei Forschern, Brauern und Trinkern viel Aufmerksamkeit erregt. Eine neue Studie versucht, die genauesten Vorhersagen darüber zu treffen, wie ein Bier schäumen wird.

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Die Forscher haben das Brauen mit numerischen Simulationen analysiert, um eine Reihe von Bierschaummerkmalen vorherzusagen. Lyu et al. zeigen in ihrer in der Zeitschrift Physics of Fluids von AIP Publishing veröffentlichten Arbeit, dass ihr Modell Schaummuster, -höhen, -stabilität, Bier/Schaum-Verhältnis und Schaumvolumenanteile bestimmen kann.

In der Studie wird zum ersten Mal ein rechnerischer Ansatz, ein so genannter Multiphasen-Solver, zur Untersuchung von Bierköpfen eingesetzt.

"Die Simulation eines Bottom-up-Gießprozesses mit einem Mehrphasen-Löser ist eine komplexe Aufgabe, die die Modellierung der physikalischen und chemischen Wechselwirkungen beinhaltet, die während des Prozesses auftreten, wie z. B. Flüssigkeitsdynamik, Wärme- und Stoffübertragung und chemische Reaktionen", so Autor Wenjing Lyu. "Durch den Einsatz eines Mehrphasenlösers ist es möglich, das Verhalten des Systems genau vorherzusagen und das Design der Düsenauslässe und der Bechergeometrie zu optimieren, um das schnellstmögliche Bottom-up-Gießen unter verschiedenen Bedingungen wie Druck, Temperatur und Karbonisierung zu gewährleisten".

Um diese Aufgabe zu bewältigen, hat sich die Gruppe mit Einstein 1 zusammengetan, einem Startup-Unternehmen, das ein neues Bottom-up-Zapfsystem entwickelt, bei dem die Düse einen beweglichen Magneten auf den Boden eines Glases drückt, um einen temporären Einlass zu schaffen. Wenn sich das Glas füllt, bewegt sich der Magnet zurück und das Getränk ist trinkfertig. Nach Wiederholbarkeitsstudien zur Ermittlung stabiler Ausgießbedingungen erstellten sie ein Modell, das dann durch Experimente validiert wurde.

Die Gruppe fand heraus, dass Schaum aus dem Zapfsystem von Einstein 1 nur in den ersten Momenten des Ausgießens entsteht. Höhere Temperaturen und Drücke führten zu mehr Schaum.

Danach setzte die flüssige Phase des Bieres ein. Die Schaumphase des Biers, die größtenteils durch die Blasengröße bestimmt wird, zerfiel langsam und brauchte etwa 25 Mal länger, um vollständig zu verpuffen, als der Schaum für seine Entstehung brauchte.

Neben der weiteren Optimierung ihrer Berechnungsansätze will die Gruppe als Nächstes die Auswirkungen der Düsenform untersuchen.

"Dies wird dazu beitragen, die Schaumbildung zu kontrollieren, den Verbrauch und die Gießzeit zu reduzieren und die Gesamteffizienz des Gießprozesses zu verbessern", so Lyu. "Durch die genaue Simulation des Schaumbildungsprozesses kann unser Modell dazu beitragen, die Qualität des Endprodukts zu verbessern, die Kosten zu senken und die Produktivität in Branchen wie der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, der chemischen Industrie und anderen zu steigern.

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