Praktische-opdracht door een scholier 1887 woorden 13 april 2004 6,6 25 keer beoordeeld Vak ANW Inleiding. De meeste mensen houden wel van een lekker biertje. En daarbij worden allemaal eisen gesteld. Vooral moet de schuimlaag goed zijn: niet te dik, niet te dun, maar precies twee vingers. De bellen van het schuim mogen ook niet te groot of te klein zijn. Maar hoe komt het nou dat de schuimlaag op bier blijft? En waardoor zakt hij ook in, zodat je nog maar een klein beetje (tot geen) schuim overhoudt? En is het mogelijk om met N2 of met CO2 weer een schuimlaag op bier te krijgen? Deze vragen werden gesteld bij de workshop Luchtig Bier op de universiteit van Wageningen. Op de workshop werden natuurlijk nog meer dingen onderzocht (zoals schuim van zeepsop), maar omdat het verslag dan te groot zou worden, is deze praktische opdracht beperkt tot het schuimgedrag van bier. Wel is er een hoofdstuk over het schuimgedrag van zeep, om zo de twee verschillende schuimen te kunnen vergelijken. Aan de hand van experimenten kunnen de vragen van hierboven worden beantwoord. De meeste informatie is daarom het meest afgeleid van de informatie die meegegeven is bij de workshop. Hoofdstuk 1. Schuim algemeen. Paragraaf 1. Schuim. In veel levensmiddelen komt schuim voor. Schuim is een fijne verdeling van gasbellen, die zich in een vloeibare fase bevindt. Je kunt twee soorten schuim onderscheiden aan de hand van hun stabiliteit: 1. Schuim dat stabiel is door een oppervlakteactieve stof. 2. Schuim dat stabiel is door deeltjes. Bij de 1e soort schuim hoort o.a. het schuim op de cappuccino en het schuim van bier. Het schuim blijft stabiel doordat er eiwitten inzitten die tijdens het vormen van luchtbellen zich hechten aan de luchtbel, waardoor de luchtbel minder snel knalt. Wanneer bier wordt ingeschonken ontstaat er een schuimkraag. Die schuimkraag zal na een tijdje weer inzakken. Dit komt omdat op het moment dat het bier wordt ingeschonken, belletjes aan de oppervlakte komen. In de oppervlakte is weinig koolzuurgas. Het kooldioxide in de belletjes komt d.m.v. diffusie door de celwand heen. Dit gebeurt doordat de concentratie van het gas in de bel groter is dan de concentratie gas https://www.scholieren.com/verslag/16098 Pagina 1 van 6
in de oppervlakte. Door de zwaartekracht gaan de belletjes naar beneden, en op een gegeven moment is de wand van de bel te dun zodat hij knapt. Paragraaf 2. Luchtbellen. Luchtbellen ontstaan doordat gas bijeen wordt gehouden door een vloeistof. De luchtbellen in een vloeistof kunnen op verschillende manieren op elkaar reageren. Door: - Vlokking. - Coalescentie: het stukspringen of samengaan van de koolzuurbellen. - Disproportionering: diffusie van gas van een kleinere gasbel naar een grotere gasbel. Hierdoor krijgt het schuim grotere bellen en het wordt instabiel. - Drainage: het bier dat zich tussen de koolzuurbellen bevindt loopt langzaam naar beneden, de koolzuurbellen gaan aan elkaar kleven en worden daardoor groter en instabiel. - Gasdiffusie: De koolzuurbel bevat in verhouding meer CO2 dan lucht. Daarom gaat er CO2 vanuit de koolzuurbel naar buiten (d.m.v. diffusie). Andersom gaat er ook zuurstof en stikstof vanuit de lucht de bellen in, maar omdat dit niet sneller gaat dan de afname van CO2, worden de bellen kleiner. De druk van CO2 in de kleine bellen is groter dan de druk in grote bellen. Hierdoor gaat er van kleine bellen CO2 naar grote bellen (disproportionering). Het bierschuim wordt daarom grover. Paragraaf 3. Maken van schuim. Het maken van schuim kan op verschillende manieren. Het schuim ontstaat wanneer de oplosbaarheid van een gas in een vloeistof wordt overschreden. Dit kan komen omdat micro-organismen gist maken. Het kan ook komen doordat gas door de druk in vloeistof is opgelost, en er daarna minder druk op staat (bijvoorbeeld bij het openen van een flesje bier). Hoofdstuk 2. Schuim van bier. Paragraaf 1. Stabiliteit. Hoelang het schuim op bier kan blijven staan wordt bepaald door de stabiliteit van het schuim. De processen die bier ondergaat bepalen de stabiliteit en kwaliteit van het schuim. Deze processen zijn: - Mouten - Maischen - Koken - Gisting - Lagering Mouten. Wat het mouten precies doet is niet helemaal bekend. Wel weet men dat bij het mouten al een deel van de https://www.scholieren.com/verslag/16098 Pagina 2 van 6
eiwitten wordt afgebroken. Ongemoute gerst, tarwe en havermoutvlokken hebben meer eiwitten, waardoor deze de kwaliteit van het schuim bevordert. Maïs, rijst en suiker bevatten minder eiwitten, waardoor die juist de kwaliteit van het schuim verminderen. Maischen. Maischen is het afbreken van de moutbestanddelen door de enzymen. Bij dit proces worden grote eiwitten omgezet in kleine eiwitten en aminozuren. De middelgrote eiwitten zorgen voor een goed schuim. Om middelgrote eiwitten te krijgen moet er niet te lang worden doorgegaan met het afbreken van eiwitten. Koken. Bij het koken worden alfazuren (uit hop) geïsomeriseerd. Isomeren is wanneer de chemische samenstelling van het zuur gelijk blijft, maar het aantal atomen in de moleculen anders worden gerangschikt waardoor de moleculen andere eigenschappen kunnen krijgen. Alfazuren worden hier omgezet in iso-alfazuren. Dit zuur bevordert de kwaliteit van het schuim. Wanneer wort (een van de planten uit bier) te lang word gekookt, ontstaan er meer looizuren. Dit heeft een negatief effect op het schuim. Om te voorkomen dat dit gebeurd mag wort niet langer gekookt worden dan 60 minuten. Gisten. Bij gisten worden esters gevormd. Esters zijn verbindingen van alcoholen en zuren. Esters en alcoholen hebben een negatieve invloed op het schuim. Wanneer er een hoge vergistingtemperatuur wordt toegepast, ontstaan er meer esters en zuren. Daarom moet er dus op een lage temperatuur worden gegist. Lagering. Na de gisting moet het bier worden overgebracht naar een nieuw vat. Dit moet omdat er anders dode gistcellen uiteenvallen. Deze dode gistcellen hebben weer een negatieve invloed op het schuim. Paragraaf 2. Instabiliteit. Schuim kan op ten duur instabiel worden. Dit heeft als gevolg dat het schuim inzakt en verdwijnt. De instabiliteit kan worden veroorzaakt door disproportionering (zie hoofdstuk 1, paragraaf 2). Paragraaf 3. Schuimgedrag. Eiwitten erg bruikbaar bij het maken van schuim. Je kunt dit merken bij het schuim bij o.a. een andere bel grootte verdeling. Het hangt van het eiwit af op welke manier de processen verlopen bij het maken van schuim. Het kan liggen aan de eiwitconcentratie, de temperatuur, de ph-waarde en de zoutconcentratie. Het schuimgedrag goed te meten. Als je beter kijkt naar de invloed van eiwitten bij het maken van schuim, zie je dat verschillende eiwitten ook een verschillend schuimgedrag hebben. Je kunt het verschil zien als je kijkt naar de bel grootte. Ook kunnen drainage, coalescentie en disproportionering in een andere tijd https://www.scholieren.com/verslag/16098 Pagina 3 van 6
verlopen. Paragraaf 4. Schuimhoudbaarheid. Omdat isohumulonen alkenylzijketens bevatten, zorgt het voor een betere houdbaarheid van het bier. Isohumulonen zijn humolonen die tijdens het koken van wort zijn omgezet. De isohumulonen zorgen ook voor de bittere smaak van het bier. Isohumulonen bevorderen de stabiliteit van het schuim. Metaalionen hebben zijketens van isohumulonen. Deze zijn nodig voor de opbouw van schuim. Je kunt geen stevige bierkraag houden op het bier als de concentratie isohumulonen maar 20 mg per liter is. Wanneer het schuim instabieler word, kan je dat zien als het verdwijnen van het schuim. Hoofdstuk 3. Schuim van zeep. Paragraaf 1. Invloed van de concentratie op het schuimgedrag. Zeepschuim is stabieler dan bierschuim. Dit komt omdat de oppervlakte spanning van zeep lager is dan die van bier. Wanneer de oppervlakte spanning laag is worden er kleinere bellen gevormd. Wanneer de concentratie van zeep toeneemt, wordt er meer schuim gevormd. Dit komt omdat er dan meer zeep in het mengel zit, waardoor er meer bellen ontstaan. Deze bellen zorgen voor de stabiliteit van het schuim. Maar wanneer de hoeveelheid zeep boven een bepaalde zeepconcentratie uitkomt, heeft het geen invloed meer op de schuimhoogte. Aan de hand van een experiment kan je dit bewijzen. De uitkomsten zijn in een tabel gezet. Om de schuimhoogte uit te kunnen rekenen moet je de hoogte van het grensvlak van de totale hoogte aftrekken. Tijd = 0 min. Tijd = 1 min. Tijd = 10 min. Concentratie ml/l Totale hoogte Hoogte grensvlak Schuim-hoogte Totale hoogte Hoogte grensvlak Schuim-hoogte Totale hoogte Hoogte grensvlak Schuim-hoogte 0,001 20 20 0 20 20 0 20 20 0 0,01 22 20 2 21 20 1 20 20 0 0,1 23 19 4 23 19 4 23 19,5 3,5 1 30 15 15 27 17 10 26 18 8 5 40 10 30 40 14 26 40 18 22 In centimeters. Hoofdstuk 4. De invloed van de gassoort op het schuimgedrag van bier. Paragraaf 1. Werking van stikstofgas. Stikstof gas zorgt ervoor dat de kleine belletjes in het bier niet lekken. De kleine belletjes zorgen ervoor dat het schuim van het bier niet uitzakt. Wanneer het schuim uitdroogt zakt het schuim in elkaar. https://www.scholieren.com/verslag/16098 Pagina 4 van 6
De oplosbaarheid bij 20 graden Celsius van 1 atoom is 90,1 ml/l. Paragraaf 2. Werking van koolstofdioxide. De gasbellen in bier bestaan uit koolstofdioxide. Het vormen van gasbelletjes kost veel energie. De bellen hebben een grote oppervlakte, terwijl het volume lager ligt. Het maken van kleine belletjes kost daarom veel energie. Uiteindelijk worden de belletjes groter en stijgen ze op naar de oppervlakte. Door oneffenheden in het glas verloopt dit proces sneller dan normaal. Al helemaal versnellen voorwerpen met oneffen oppervlakken het proces. De oplosbaarheid bij 20 graden Celsius van 1 atoom is 1,5 ml/l. Paragraaf 3. Conclusie. Het schuim dat met stikstofgas wordt gemaakt is stabieler dan het schuim dat met koolstofdioxide is gemaakt. Dit komt omdat de oplosbaarheid van stikstofgas bij 20 graden Celsius lager ligt dan dat van koolstofdioxide. Dit kan je ook zien in de grafiek. Samenvatting. Het schuim op bier lijkt van zelfsprekend. Maar eigenlijk zit hier nog scheikundige gedachte achter. Het schuim van bier is stabiel omdat het uit een oppervlakte stof bestaat. De stabiliteit is te danken aan de eiwitten die in de vloeistof zitten. De eiwitten hebben allemaal andere eigenschappen, waardoor ze een andere invloed hebben bij de vorming van schuim. Bij bier gaat het er ook om hoe het proces van bier maken verloopt. De luchtbellen in het schuim kunnen op verschillende manieren op elkaar reageren. Door: - Vlokking. - Coalescentie. - Disproportionering. - Drainage. - Gasdiffusie. De alkenylzijketens in isohumulonen zorgen voor de houdbaarheid van schuim. Wanneer het schuim van het bier is verdwenen kan je het schuim weer terug krijgen door er stikstofgas of koolstofdioxide in te blazen. Stikstofgas werkt hierbij het beste. Dit komt omdat de oplosbaarheid van stikstofgas bij 20 graden Celsius lager ligt dan de oplosbaarheid van koolstofdioxide bij dezelfde temperatuur. Als je nou kijkt naar de stabiliteit van zeepschuim zie je dat die stabieler is dan bierschuim. De luchtbellen van zeepschuim van klein, waardoor er veel luchtbellen worden gevormd. Hoe groter de concentratie zeepsop, hoe stabieler het schuim. Aan de hand van experimenten kan je het verschil merken tussen het schuim van bier en het schuim van zeep. https://www.scholieren.com/verslag/16098 Pagina 5 van 6
Nawoord. Het schuim van bier had nog nooit mijn aandacht getrokken. Het schuim zat gewoon op het biertje nadat je het had ingeschonken. Persoonlijk vind ik bier ook helemaal niet lekker. Ook al heb ik er nu een praktische opdracht over gemaakt, waardoor ik hier nog meer over weet, trekt het onderwerp mij nog steeds niet. Het is altijd wel handig om ergens meer over te weten, maar ik ben niet van plan hier meer over te doen. Literatuuropgave. Boeken: A. Prins, T. van Vliet, P. Walstra, Inleiding in de levensmiddelennatuurkunde, 1997, Wageningen Universiteit, Sectie geïntegreerd Levensmiddelentechnologie en Fysica (meer was er geen informatie over het boek waaruit dit stukje tekst was gekopieerd). Zie Bijlage 2. Holzhaus, O., Bier, 1984, Bussum, ISBN-nummer: 9067610011. Sites: http://www.vwo-campus.net/experiment/29, Bier over accijns en schuim, Universiteit van Wageningen, 09-03- 04. Zie bijlage 3. http://scholieren.samenvattingen.nl/documenten/show/6424600/, Bier, schrijver(s) onbekend, 13-03- 04. Zie bijlage 4. http://www.xs4all.nl/~ocam44/brouwtechniek/schuim_en_bier.htm, Schuim en bier, Nico Mes, 14-03- 04. Zie bijlage 5. en http://www.hobbybrouwen.nl/artikel/schuimpr.html, Schuimhoudbaarheid, Jacques Bertens, 13-03- 04 Zie bijlage 6. http://www.brouw-bier.nl/theorie/chemie/hopbitterzuren.htm, Hopbitterzuren, A. Aten, 14-03- 04. Zie bijlage 7. http://www.hobbybrouwen.nl/artikel/studied.html, Trends in de Brouwerij, A. Aten, 14-03- 04. Zie bijlage 8. http://www.intermediair.nl/weekblad/kvragen/opschuimen0101.htm,opschuimen, A. van den Brom, 13-03- 04. Zie bijlage 9. http://home.planet.nl/~drent364/page6.html, Chemie brouwen, Johan Drenth, 14-03- 04. Zie bijlage 10. http://www2.niwi.knaw.nl/nl/oi/nod/onderzoek/ond1240696/toon, Vorming en stabilisering van schuim met eiwitten en peptiden in relatie tot hun moleculaire eigenschappen, A. Prins, 13-03- 04. Zie bijlage 11. Anders: Experiment van de universiteit van Wageningen. Zie bijlage 12. Uitwerkingen experimenten, universiteit van Wageningen. Zie bijlage 13. https://www.scholieren.com/verslag/16098 Pagina 6 van 6