'Celmembranen en bierschuim hebben veel met elkaar gemeen'

Waarom is het belangrijk dat we schuim beter kunnen stabiliseren?

“Voor bedrijven in de voedingssector is schuim interessant, omdat het een rol speelt bij de textuur van verschillende producten. Als je een espresso maakt, dan zorgt de hoge temperatuur en druk ervoor dat bepaalde eiwitten in de koffie gaan denatureren. Ze ontvouwen en gaan samen een nieuwe structuur vormen, een soort netwerk aan het oppervlak dat de schuimbelletjes stabiliseert. Daardoor krijg je zo’n mooi crèmig laagje op je koffie. Kleine belletjes geven een prettig mondgevoel. Maar schuim heeft de neiging om steeds grotere bellen te vormen. Grotere bellen hebben minder oppervlak per volume en het intact houden van een oppervlak kost energie. Een grotere bel is daarom energetisch gunstiger dan meerdere kleintjes. Je moet dus zorgen dat de kleine belletjes stabiel blijven. Wij willen begrijpen hoe we die belletjes kunnen ‘bewapenen’ tegen de natuurlijke neiging om groter te worden. Door te kijken hoe celmembranen stabiel blijven, hopen we daar meer over te leren.”

Hoe onderzoek je de stabiliteit van schuim?

“Schuim is moeilijk omdat er verschillende factoren zijn die een rol spelen. Bijvoorbeeld de oppervlaktespanning, die kan men laag maken om belletjes te laten ontstaan, maar zelfs een lage oppervlaktespanning destabiliseert uiteindelijk een dunne film. Het draait niet alleen om de oppervlaktespanning, ook de mechanische eigenschappen van het grensvlak zijn belangrijk. Wij hebben een hele batterij aan technieken ontwikkeld waarmee we heel goed de mechanische eigenschappen van die extreem dunne grensvlakken kunnen bepalen. We weten inmiddels veel over al deze losse puzzelstukjes, maar de fundamentele principes achter de vorming en stabiliteit van schuim begrijpen we nog niet goed.”

Je ging in je lezing uitgebreid in op bierschuim. Is dat een serieus onderwerp in je onderzoek?

“Het is natuurlijk een mooi voorbeeld om de interesse te wekken, dat geef ik toe, maar bierschuim is zeker wetenschappelijk relevant. Een vriend van me is brouwer en hij zegt altijd dat stabiel schuim een teken is van goede fermentatie. Dat is ambachtelijke kennis, waarvan de verklaring volgens mij ligt in de eiwitten in het schuim. We hebben tot in detail naar het schuim van verschillende bieren gekeken en dan zie je grote verschillen. Dat is interessant, omdat de viscositeit van het water in die dunne laagjes en de oppervlaktespanning in de belletjes gelijk zijn. Het verschil zit in de eiwitten die netwerken vormen rond de belletjes en zo het schuim stabiliseren.”

Maar hebben we echt behoefte aan nieuwe technieken om bierschuim te stabiliseren? Of draait het om andere toepassingen?

“Ja, er zijn veel voorbeelden te geven waarvoor dit nuttig is. Wij werken momenteel samen met een Zwitsers bedrijf zich richt op het 3D-printen van huizen. Zij willen de dichtheid van beton iets verlagen door luchtbelletjes in te brengen, maar die moeten dan wel heel stabiel zijn. Je moet dan echt iets doen met dat oppervlak van de belletjes om het mechanische sterkte te geven.”

Waarom moet je een schuim kunnen ontwerpen om het beter te kunnen maken?

“Het maken van schuim of een emulsie [mengsel van niet-mengbare vloeistoffen, zoals olie en water, red.] is een ambachtelijk proces. Als je kijkt naar gravures uit de zestiende eeuw en hoe we nu schuim of emulsies maken, dan zijn die technieken nog vrijwel gelijk. We mengen en we roeren net zolang tot we belletjes of druppeltjes van de gewenste grootte hebben. Het is een beetje van dit, een beetje van dat en gaandeweg krijg je de juiste textuur. Denk maar aan mayonaise. Maar een verklaring waarom je dat type textuur krijgt hebben we niet. Daardoor zijn de processen eerder inefficiënt, want vaak zie je dat er eerst heel veel kleine druppeltjes worden gemaakt die vervolgens weer samensmelten tot druppeltjes van de gewenste omvang. Dat kost onnodig veel energie. Op dit moment gebruiken we ongeveer tienduizend keer meer energie dan theoretisch nodig is om een schuim of een emulsie te maken. Dus als we beter begrijpen wat we precies moeten doen om de gewenste belletjes te maken, kunnen we volgens mij een enorme winst in energieverbruik boeken.”