Undersøgelse afslører videnskaben bag traditionel mezcal-fremstillingsteknik

Håndværksproducenter af mezcal har en afprøvet og sand måde at fortælle, hvornår drikken er blevet destilleret til det rigtige alkoholniveau. De sprøjter lidt ned i en lille beholder og leder efter små bobler, kendt som perler. Hvis alkoholindholdet er for højt eller for lavt, boblerne brister hurtigt. Men hvis de bliver hængende i 30 sekunder eller deromkring, alkoholniveauet er perfekt, og mezcalen er klar til at drikke.

Nu, en ny undersøgelse foretaget af et hold af væskedynamikforskere afslører fysikken bag tricket. Ved hjælp af laboratorieforsøg og computermodeller, forskerne viser, at et fænomen kendt som Marangoni-effekten hjælper mezcal-bobler med at blive hængende lidt længere, når alkoholindholdet er omkring sweet spot på 50%. Ud over at vise det videnskabelige grundlag for noget, håndværkere har kendt i århundreder, forskerne siger, at resultaterne afslører nye grundlæggende detaljer om boblernes levetid på væskeoverflader.

Studiet, et samarbejde mellem forskere ved Brown University, Universidad Nacional Autónoma de México, Université de Toulouse og andre steder, blev offentliggjort den 3. juli i tidsskriftet Videnskabelige rapporter .

Da Roberto Zenit, en professor ved Brown's School of Engineering og undersøgelsens seniorforfatter, hørte først om boble-tricket, han sagde, at han øjeblikkeligt blev fascineret.

"En af mine vigtigste forskningsinteresser er bobler, og hvordan de opfører sig, " sagde Zenit. "Så da en af ​​mine elever fortalte mig, at bobler var vigtige for at lave mezcal, som er en drink, som jeg virkelig nyder med mine venner, det var umuligt for mig ikke at undersøge, hvordan det fungerer."

Forskerne startede med at lave eksperimenter for at se, hvordan en ændring af alkoholniveauet i mezcal ændrede boblernes levetid. De udvandede nogle prøver af mezcal og tilføjede ren ethylalkohol til andre. De reproducerede derefter sprøjtetricket i laboratoriet, mens de omhyggeligt havde timing af boblerne. De fandt ud af, at Helt sikkert, alkoholniveauet påvirkede boblernes levetid dramatisk. I uændrede prøver, bobler varede fra 10 til 30 sekunder. I både de berigede og udvandede prøver, boblerne brister øjeblikkeligt.

Efter at have vist, at bobler virkelig kan være en målestok for alkoholindhold, næste skridt var at finde ud af hvorfor.

At gøre det, Zenit og hans elever startede med at forenkle væsken - udføre eksperimenter med blandinger af rent vand og alkohol. Disse eksperimenter viste, at som med mezcal, bobler havde en tendens til at holde længere, når blandingen var tæt på 50 % vand og 50 % alkohol. Forskerne fastslog, at den ekstra boblelevetid i høj grad skyldtes viskositeten. Bobler har en tendens til at holde længere i mere tyktflydende væsker, og viskositeten af ​​alkohol-vand-blandinger topper lige omkring 50%.

Imidlertid, boblerne i 50-50 vand- og alkoholblandingerne holdt stadig ikke så længe som dem i mezcal. Zenit og hans elever indså, at der må være noget ved mezcal, der forstærker viskositetseffekten. For at finde ud af hvad det var, de brugte højhastighedsvideokameraer til omhyggeligt at se boblerne gennem deres levetid.

Videoen afslørede noget overraskende, sagde Zenit. Det viste en opadgående konvektion af væske fra overfladen af ​​mezcal ind i boblemembranerne.

"Normalt, tyngdekraften får væsken i en boblefilm til at løbe væk, som til sidst får boblen til at briste, " sagde Zenit. "Men i mezcal-boblerne, der er denne opadgående konvektion, der fylder væsken op og forlænger boblens levetid."

Ved hjælp af noget computermodellering, forskerne fastslog, at et fænomen kendt som Marangoni-konvektion var ansvarlig for denne opadgående bevægelse. Marangoni-effekten opstår, når væsker flyder mellem områder med forskellig overfladespænding, som er tiltrækningskraften mellem molekyler, der danner en filmoverflade af en væske. Mezcal indeholder en række kemikalier, der fungerer som overfladeaktive stoffer - molekyler, der ændrer overfladespændingen. Som resultat, bobler, der dannes på overfladen af ​​mezcal, har en tendens til at have højere overfladespænding end den overflade-fyldte væske nedenfor. Den forskellige overfladespænding trækker væske op i boblen, øge dens levetid.

Ved at forstærke den eksisterende tendens til længerevarende bobler i 50% alkoholblandinger, Den overfladeaktive Marangoni-effekt gør bobler til en pålidelig måler for alkoholindholdet i mezcal.

Zenit, der kommer fra Mexico, sagde, at det var glædeligt at kaste nyt lys over denne håndværksmæssige teknik.

"Det er sjovt at arbejde med noget, der har både videnskabelig værdi og kulturel værdi, som er en del af min baggrund, " sagde han. "Disse håndværkere er eksperter i, hvad de laver. Det er fantastisk at være i stand til at bekræfte, hvad de allerede ved, og at demonstrere, at det har videnskabelig værdi ud over bare mezcal-fremstilling."

Den indsigt, der genereres fra arbejdet, kan være nyttig i en række industrielle processer, der involverer bobler, sagde forskerne. Det kunne også være nyttigt i miljøforskning.

"For eksempel, " skriver forskerne, "levetiden for overfladebobler kan bruges som et diagnostisk værktøj til at udlede tilstedeværelsen af ​​overfladeaktive stoffer i en væske:Hvis levetiden er længere end forventet af en ren/ren væske, så er væsken højst sandsynligt forurenet."