Ambachtelijke makers van mezcal hebben een beproefde manier om te bepalen wanneer de drank is gedistilleerd tot het juiste alcoholniveau. Ze spuiten wat in een klein bakje en zoeken naar belletjes, bekend als parels. Als het alcoholgehalte te hoog of te laag is, de bubbels barsten snel. Maar als ze ongeveer 30 seconden blijven hangen, het alcoholgehalte is perfect en de mezcal is klaar om te drinken.

Nutsvoorzieningen, een nieuwe studie door een team van vloeistofdynamica-onderzoekers onthult de fysica achter de truc. Met behulp van laboratoriumexperimenten en computermodellen, de onderzoekers laten zien dat een fenomeen dat bekend staat als het Marangoni-effect ervoor zorgt dat mezcal-bubbels iets langer blijven hangen wanneer het alcoholgehalte rond de sweet spot van 50% is. Naast het tonen van de wetenschappelijke onderbouwing van iets dat ambachtslieden al eeuwenlang weten, de onderzoekers zeggen dat de bevindingen nieuwe fundamentele details onthullen over de levensduur van bellen op vloeibare oppervlakken.

De studie, een samenwerking tussen onderzoekers van Brown University, Universidad Nacional Autónoma de México, Université de Toulouse en elders, werd op 3 juli gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschappelijke rapporten .

Toen Roberto Zenit, een professor in Brown's School of Engineering en senior auteur van de studie, hoorde voor het eerst over de bellentruc, hij zei dat hij meteen geïntrigeerd was.

"Een van mijn belangrijkste onderzoeksinteresses is bubbels en hoe ze zich gedragen, Zenit zei. "Dus toen een van mijn studenten me vertelde dat bubbels belangrijk waren bij het maken van mezcal, wat een drankje is waar ik echt van geniet met mijn vrienden, het was voor mij onmogelijk om niet te onderzoeken hoe het werkt."

De onderzoekers begonnen met experimenten om te zien hoe het veranderen van het alcoholgehalte van mezcal de levensduur van bellen veranderde. Ze verwaterden sommige mezcal-monsters en voegden pure ethylalcohol toe aan andere. Vervolgens reproduceerden ze de spuittruc in het laboratorium terwijl ze de bubbels zorgvuldig timen. Ze vonden dat, zowaar, het alcoholgehalte had een dramatische invloed op de levensduur van de bellen. In ongewijzigde monsters, bellen duurde van 10 tot 30 seconden. In zowel de versterkte als de verwaterde monsters, de bubbels barsten onmiddellijk.

Nadat we hebben aangetoond dat bubbels echt een graadmeter kunnen zijn voor het alcoholgehalte, de volgende stap was om erachter te komen waarom.

Om dat te doen, de Zenit en zijn studenten begonnen met het vereenvoudigen van de vloeistof-experimenten met mengsels van puur water en alcohol. Die experimenten toonden aan dat, zoals bij mezcal, bellen hadden de neiging langer mee te gaan als het mengsel bijna 50% water en 50% alcohol was. De onderzoekers stelden vast dat de extra levensduur van de bellen grotendeels te wijten was aan de viscositeit. Bellen hebben de neiging om langer mee te gaan in meer viskeuze vloeistoffen, en de viscositeit van alcohol-watermengsels piekt rond de 50%.

Echter, de bubbels in de 50-50 water- en alcoholmengsels gingen nog steeds niet zo lang mee als die in mezcal. Zenit en zijn studenten realiseerden zich dat er iets met mezcal moest zijn dat het viscositeitseffect versterkt. Om erachter te komen wat het was, ze gebruikten high-speed videocamera's om de bubbels hun hele leven zorgvuldig te bekijken.

De video onthulde iets verrassends, zei Zenit. Het toonde een opwaartse convectie van vloeistof van het oppervlak van mezcal in de bellenmembranen.

"Normaal gesproken, zwaartekracht zorgt ervoor dat de vloeistof in een bellenfilm wegloopt, waardoor de bel uiteindelijk barst, "Zenit zei. "Maar in de mezcal bubbels, er is deze opwaartse convectie die de vloeistof aanvult en de levensduur van de bel verlengt."

Met behulp van wat computermodellering, de onderzoekers stelden vast dat een fenomeen dat bekend staat als de Marangoni-convectie verantwoordelijk was voor deze opwaartse beweging. Het Marangoni-effect treedt op wanneer vloeistoffen tussen gebieden met verschillende oppervlaktespanning stromen, dat is de aantrekkingskracht tussen moleculen die een filmoppervlak van een vloeistof vormen. Mezcal bevat een verscheidenheid aan chemicaliën die fungeren als oppervlakteactieve stoffen - moleculen die de oppervlaktespanning veranderen. Als resultaat, bellen die zich op het oppervlak van mezcal vormen, hebben meestal een hogere oppervlaktespanning dan de met oppervlakteactieve stof gevulde vloeistof eronder. Die verschillende oppervlaktespanning trekt vloeistof omhoog in de bel, het verlengen van zijn levensduur.

Door de bestaande neiging tot langer aanhoudende bubbels in 50% alcoholmengsels te versterken, het door oppervlakteactieve stoffen aangedreven Marangoni-effect maakt bubbels tot een betrouwbare graadmeter voor het alcoholgehalte in mezcal.

Zenit, die uit Mexico komt, zei dat het verheugend was om nieuw licht te werpen op deze ambachtelijke techniek.

"Het is leuk om te werken aan iets dat zowel wetenschappelijke waarde heeft als culturele waarde die deel uitmaakt van mijn achtergrond, " zei hij. "Deze ambachtslieden zijn experts in wat ze doen. Het is geweldig om te kunnen bevestigen wat ze al weten en om aan te tonen dat het wetenschappelijke waarde heeft die verder gaat dan alleen mezcal maken."

De inzichten die uit het werk worden gegenereerd, kunnen nuttig zijn in een verscheidenheid aan industriële processen waarbij bellen, aldus de onderzoekers. Het kan ook nuttig zijn bij milieuonderzoek.

"Bijvoorbeeld, " schrijven de onderzoekers, "de levensduur van oppervlaktebellen zou kunnen worden gebruikt als een diagnostisch hulpmiddel om de aanwezigheid van oppervlakteactieve stoffen in een vloeistof af te leiden:als de levensduur langer is dan verwacht van een zuivere/schone vloeistof, dan is de vloeistof hoogstwaarschijnlijk verontreinigd."