科普中国网 2021-06-24
来源：silverson
作者 | 李存璞 重庆大学化学化工学院副教授
编辑｜陈天真
2021年6月，我们终于迎来了2020第十六届欧洲杯。球迷们开始关注第五次参加欧洲杯的C罗，关注丹麦童话，关注葡萄牙 vs. 法国……
而国足的支持者们，又迎来了国足对阵叙利亚，会回忆起2016年西安朱雀门掷地有声的：“对得起我们吗！退钱！”
足球所带来的开心与烦恼，以及生活中所有的经历，在这个六月比以往更亟需一杯啤酒来抚慰。问题是，怎么能倒出一杯完美的啤酒？接下来我们从科学角度探讨下这个问题。
最完美的啤酒风味
——由气泡决定
啤酒的口感来源于两个因素：
（1）入口的饮料中CO2含量越高，带走的热量越多，清爽感更强，即CO2的含量与保存程度越高，口感越好；
（2）饮料内部的风味物质流失程度越低，饮料口味越浓郁，口感更好，CO2泡沫可覆盖于饮料液面表层，减少易挥发的风味物质的流失，即气泡越多越好。
上述两个口感因素均与CO2流失情况相关，却又相互矛盾：CO2要有较高的保留程度，则需要尽可能减少倒入杯中时产生的气泡；而为减少风味物质的挥发、流失，要求增加气泡的产生。因此，如下面的啤酒口味火山图所示，适当的CO2气泡数量是一杯啤酒口感的关键。
倒出的啤酒气泡数量与口味火山图
控制气泡数量，杯子是关键
杯子在很大程度上决定了倒入啤酒时产生气泡的多少。
一个比较直接的筛选杯子的思路，是根据杯壁与CO2分子的相互作用强弱来选择杯子材料。遗憾的是，根据国家标准GB/T 4927-2008（啤酒）的规定，啤酒中的CO2质量分数达到0.35-0.65%即为合格。啤酒中的CO2含量如此之低，在倒入杯子时直接与杯壁接触的CO2分子数量会很少，难以真正影响到CO2气泡的产生。
另一方面，水分子与器壁的相互撞击会影响CO2的分子运动，进而影响到CO2气泡的产生。如果你试着将啤酒分别倒入一次性塑料杯子和干燥的玻璃杯子，会发现在塑料杯子产生的气泡数量远大于玻璃杯。
塑料杯子往往由疏水的高分子材料组成，比如聚丙烯、聚酯等，这些材料具有强烈的疏水性，会导致水分子运动速度变快。而水分子的运动加速，会撞击啤酒中的CO2分子，造成CO2分子聚集成气泡溢出体系，形成泡沫覆盖于啤酒液面之上。
而对于玻璃杯，其表面的化学组成决定了CO2气泡产生比较缓慢：可以亲水，但只能亲一点点。
如下图所示，因为玻璃的主要成分是二氧化硅，我们可以假设玻璃杯表面主要由硅-氧（Si-O）键组成。一个洗刷干净、干燥的杯子，玻璃杯表面主要是悬浮在外的氧原子（-O）。随着玻璃杯表面润湿程度的增加，悬浮在外的氧原子会逐渐转化为羟基（-OH键）。随着氧原子逐渐被润湿变为羟基，由于羟基与水分子可以形成足够的氢键，杯壁的亲水性逐渐增加。
玻璃杯表面的硅-氧键决定了其亲水性。
玻璃表面越亲水，则啤酒倒入时水分子与杯壁的相互吸引作用越强，水分子自身的运动不会显著增强，也就难以撞击出大量的CO2分子。因此，玻璃杯相对塑料杯更容易控制泡沫数量，获得优异的啤酒口感与风味。
啤酒倒进玻璃杯中饮用，口感更佳。｜[1]
第二杯啤酒最完美
中国有句古话：小酌怡情，喝醉伤身。事实上，由于玻璃杯的亲水性会随着润湿程度的增加而增加，第二杯啤酒往往是口感最好的那一杯：
干燥的玻璃杯亲水性不够，会产生过多气泡，完全润湿的杯壁产生的气泡则太少，唯有部分润湿的杯子可以获得“适度”的气泡。
第二杯啤酒时，杯壁已经经历了第一次润湿，表面的羟基密度大概为每平方纳米5个，具有最为合适的疏水性。
我在实验室考察了塑料、玻璃表面的亲水性变化，从下图可以看出，（a）图为塑料表面，具有明显的疏水特性，（b-d）为干燥的、润湿一次、润湿两次的玻璃表面，可以明显观察到随着润湿次数的增加，玻璃表面的亲水性逐渐增加。
随着润湿次数增加，玻璃表面的亲水性逐渐增加。｜作者供图
倒出一杯完美啤酒的实践攻略
尽管由于啤酒成分各异，酵母、蛋白等含量的不同，均会影响到最终的啤酒口感和泡沫绵密程度，但我们也可以给出最佳的倒酒方法，让每一杯啤酒都展现出最优秀的口感。
首先，不要选择塑料杯。如前所述，塑料杯子会产生太多的气泡，而且仪式感不够。
其次，认真清洗玻璃杯。啤酒内部含有蛋白质等有机分子，每次喝完啤酒一定要认真清洗干净，以免疏水性的油脂等有机物覆盖于玻璃表面，增加杯壁的疏水性，造成气泡过多。
第三，喝第一杯之前用纯净水润湿杯子。每一杯啤酒都应当被尊重，对杯子预先的润湿可以保证第一杯啤酒也有最佳的气泡数量，给我们最完美的口感。
第四，贴着杯壁倒酒。贴着杯壁倒酒可以尽可能减少啤酒液受到的扰动，从而减少气泡迅速、大量产生。
第五，不要贪杯，以及未成年人禁止饮酒。
看完欧洲杯的夜晚，从繁花会所走出，我会怀念曾经陪伴我的中国足球的每一个人，也会怀念啤酒杯中的那些氢键给我的最后一点温柔。
参考文献
[1]侠饭。https://www.bilibili.com/bangumi/play/ss27152/
[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会. 啤酒:GB/T 4927-2008[S]. 2008.
[3]J. Phys. Chem. B 2018, 122, 4573
