La chimica della schiuma: come le proteine denaturate stabilizzano le bolle

Le bolle rimangono stabili se sono presenti proteine denaturate: è il caso della birra, dell'albume e dell'acqua dei ceci. Ecco spiegato il processo chimico dietro la formazione delle schiume.

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17 Marzo 2023
18:15
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La chimica della schiuma: come le proteine denaturate stabilizzano le bolle
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Vi siete mai chiesti come mai la schiuma della birra dura di più rispetto a quella delle bevande gasate? E perché l'albume e l'acqua dei ceci (acqua faba) riescono a montarsi e formare una schiuma stabile? La risposta sta nella presenza di proteine. Queste molecole, infatti, in determinate condizioni, possono acquisire proprietà schiumogene e diventare ottimi tensioattivi. In questo video-articolo vediamo insieme la chimica che si cela dietro il mondo delle bolle e delle schiume.

Le bolle: come si formano e perché esplodono

Prima di capire cosa c'entrano le proteine con la stabilizzazione della schiuma, vediamo insieme come si formano le bolle e quali sono le loro proprietà.

Solitamente, le bolle presenti in cucina sono formate da anidride carbonica (CO2) oppure aria (formata principalmente da N2 e O2). Queste molecole hanno una caratteristica importante: sono idrofobiche. Ciò significa che "odiano l'acqua" e quindi se dovessero entrarci a contatto, non si scioglierebbero. Per questo motivo, la CO2 e l'aria formano delle cavita sferiche: le bolle. Nel momento in cui si formano, però, tendono a "scappare" dall'acqua e andare verso l'alto grazie alla spinta di Archimede.

bolle schiuma

Nel momento in cui raggiungono la superficie, le bolle superano il livello dell'acqua: qui si forma un sottilissimo strato di acqua attorno alla bolla. L'elasticità di questo strato, però, non è sufficientemente elevata per poter resistere alla pressione del gas al suo interno. In chimica si dice che la tensione superficiale dell'acqua risulta essere troppo alta. La bolla, quindi esploderà e farà uscire il suo contenuto.

Per evitare che le bolle esplodano sono strettamente necessarie delle molecole chiamate tensioattivi: queste sostanze chimiche sono "attive" sulla "tensione" superficiale dell'acqua. In particolar modo, rendono più flessibile lo strato di acqua attorno alle bolle, impedendo l'esplosione delle stesse.

Perché la schiuma della birra è più stabile

La birra, a differenza delle bevande gasate, arriva dall'orzo e dal luppolo. Le proteine contenute in questi due ingredienti, infatti, sono le dirette responsabili della stabilizzazione delle bolle nella schiuma. Le proteine sono molecole formate da tante unità, chiamate amminoacidi, che si legano tra loro formando una struttura compatta, una specie di gomitolo, grazie alla formazione di legami interni, quelli verdi che vedete, che vengono chiamati legami a ponte idrogeno.

proteine legami a ponte idrogeno
Struttura compatta delle proteine della birra, con i legami a ponte idrogeno Credit: Kiki Sanford

Ecco questa è la struttura tridimensionale delle proteine contenute nella birra. Durante il processo di produzione della birra, però, è prevista la bollitura dopo l’aggiunta delle infiorescenze del luppolo. Questo passaggio serve per rendere la birra più aromatica e conferire il classico sapore amaro.

Le proteine del luppolo e dell’orzo, durante la bollitura, si srotolano e perdono la loro struttura compatta. A livello molecolare, il calore va ad agitare così tanto le proteine da rompere, da spezzare i legami a ponte idrogeno e srotolare la proteina, ottenendo quindi le proteine denaturate, con una struttura lineare.

proteina denaturata struttura lineare
Struttura lineare della proteina denaturata Credit: Kiki Sanford

Sono proprio le proteine denaturate che andranno a stabilizzare le bollicine di anidride carbonica. La struttura lineare delle proteine, quindi, funge da tensioattivo: fondamentalmente solo delle molecole che hanno la capacità di rendere più “elastico” lo straterello di acqua attorno alle bolle, in modo tale da resistere alla pressione dell'anidride carbonica. In particolare, queste molecole si dispongono attorno alle bolle mantenendo la schiuma della birra più stabile nel tempo.

schiuma birra stabile

Perché l'albume o l'acqua dei ceci formano una schiuma stabile

Come fanno l’albume o l'acqua dei ceci, chiamata anche acqua faba, a montarsi, cioè passare da liquido a schiuma stabile?

Per poter rispondere a questa domanda, dobbiamo conoscere la composizione chimica di questi due liquidi:

  • l'albume è composto dal 90% di acqua e dal 10% di proteine;
  • l'acqua faba è composta dal 94% di acqua e il restante 6% arriva da carboidrati, grassi, proteine e fibre.

L'acqua faba, però, contiene anche le cosiddette saponine: queste molecole hanno proprietà simili a quelle del sapone e quindi fungono da tensioattivi. Ed è per questo che quando sciacquate i ceci sotto l’acqua del rubinetto si forma la schiuma!

Quando sbattiamo con le fruste l’albume o l'acqua fava, fondamentalmente stiamo inglobando aria all’interno del liquido. Come per la birra, però, per riuscire a incastrare le bolle di aria al suo interno, abbiamo bisogno di proteine denaturate. Ecco, l’energia meccanica delle fruste agisce esattamente come il calore durante il processo di bollitura: quindi andrà a spezzare i legami a ponte idrogeno all’interno della molecola e srotolerà la struttura molecolare delle proteine. Queste catene lunghe andranno a formare un rete in cui le bollicine d’aria verranno trattenute.

albume montato proteine

Ma attenzione, ci sono alcune differenze tra l'albume e la schiuma di ceci. Ad esempio, la schiuma di ceci ha un sapore completamente diverso e non si cuoce allo stesso modo dell'albume. Quindi, se state cercando di sostituire l'albume nella vostra ricetta preferita, assicuratevi di fare qualche prova prima di metterla in pratica.

E un ultimo consiglio: se volete fare le meringhe, per avere una schiuma più stabile e liscia: non aggiungete il sale! Il sale è deleterio per le proteine e quindi rende la schiuma meno stabile nel tempo. Quindi se volete farle con l’acqua dei ceci, se potete scegliete quelli senza sale aggiunto. Al posto del sale, aggiungete una spruzzata di limone, qualche goccia di aceto oppure una punta di cremor tartaro: l’acido contenuto in queste sostanze sarà d’aiuto alle proteine per ottenere una schiuma bella liscia e stabile.

Sono un appassionato del mondo microscopico, a partire dalle molecole fino agli artropodi. La laurea magistrale in chimica mi ha permesso di avere gli strumenti necessari per comprendere il funzionamento del mondo, ma soprattutto ha saziato la mia fame di risposte. Curioso, creativo e con idee folli: date una videocamera, un drone o una chitarra al DeNa e lo renderete felice.
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