Bierschaum Wissenschaft 1: Was ist Bierschaum eigentlich?

Die Wissenschaft von CO₂, Blasen und Schaum

Beim Einschenken eines Bieres entsteht innerhalb weniger Sekunden eine charakteristische Schaumschicht. Für viele Biertrinker gehört sie einfach zum Erscheinungsbild des Bieres.

Aus brauwissenschaftlicher Sicht ist Bierschaum jedoch wesentlich mehr als nur ein optisches Detail.

Bierschaum ist ein komplexes Gas-Flüssigkeits-System, das durch das Zusammenspiel von gelöstem CO₂, Blasenbildung, Proteinen, Hopfenbestandteilen, Temperatur, Druck, Oberflächeneigenschaften und weiteren Faktoren entsteht.

Dabei ist ein Punkt besonders wichtig:

Karbonisierung und Bierschaum sind nicht dasselbe.

Ein Bier kann stark karbonisiert sein und trotzdem einen instabilen Schaum haben. Umgekehrt kann ein Bier mit moderater Karbonisierung einen sehr feinporigen und langlebigen Schaum entwickeln.

Wer Bierschaum wirklich verstehen möchte, muss deshalb zunächst verstehen, was beim Einschenken physikalisch und chemisch passiert.

1. Was ist Bierschaum überhaupt?

Aus physikalischer Sicht ist Bierschaum kein eigenständiger Stoff.

Er besteht aus einer großen Anzahl von Gasblasen, die durch sehr dünne Flüssigkeitsfilme voneinander getrennt werden.

Bei Bier besteht die Gasphase hauptsächlich aus CO₂. Die Flüssigkeit zwischen den einzelnen Blasen ist Bier.

Vereinfacht dargestellt:

CO₂-Gas + Bierflüssigkeit + stabilisierende Grenzflächenstoffe → Bierschaum

Entscheidend ist dabei die Grenzfläche zwischen Gas und Flüssigkeit.

Eine einzelne Blase besteht im Prinzip aus einem CO₂-haltigen Gasraum, der von einer dünnen Flüssigkeitsschicht umgeben ist. Treffen viele Blasen zusammen, entsteht daraus die typische Schaumschicht im Glas.

Bierschaum ist daher nicht einfach „viel CO₂“.

Vielmehr handelt es sich um eine strukturierte Ansammlung von Gasblasen, deren Stabilität davon abhängt, wie sich die Flüssigkeitsfilme zwischen den Blasen verhalten.

2. CO₂ ist die Voraussetzung – aber nicht der Schaum selbst

Während der Gärung entsteht CO₂ als Stoffwechselprodukt der Hefe.

Ein Teil dieses CO₂ entweicht, ein anderer Teil löst sich im Bier.

In einem geschlossenen Gär- oder Lagertank kann sich dadurch ein Teil des CO₂ im Bier lösen. Bei der späteren Karbonisierung kann zusätzlich CO₂ unter Druck eingebracht werden.

Das Ergebnis ist:

gelöstes CO₂ im Bier

Das bezeichnet man als Karbonisierung.

Solange das Bier unter entsprechendem Druck steht, bleibt ein großer Teil des CO₂ gelöst.

Wird das Bier anschließend gezapft oder eingeschenkt, verändert sich die Situation.

Der Druck sinkt, und das Bier kommt mit einer Umgebung mit niedrigerem CO₂-Partialdruck in Kontakt. Das gelöste CO₂ beginnt aus der Flüssigkeit auszutreten.

Vereinfacht:

Gelöstes CO₂ → CO₂-Blasen → Schaum

Damit beginnt die eigentliche Schaumbildung.

3. Karbonisierung, Blasen und Schaum – drei verschiedene Dinge

Diese drei Begriffe werden im Alltag häufig miteinander vermischt. Für das Verständnis von Bierschaum sollte man sie jedoch klar voneinander trennen.

Man kann es sich vereinfacht so vorstellen:

Karbonisierung = CO₂ im Bier

Blasen = CO₂ verlässt das Bier

Schaum = viele Blasen bilden eine stabile Struktur

Das erklärt einen wichtigen Punkt:

Mehr CO₂ bedeutet nicht automatisch besseren Bierschaum.

Eine höhere Karbonisierung kann zwar mehr CO₂ für die Blasenbildung bereitstellen. Ob daraus aber ein feinporiger und stabiler Schaum entsteht, hängt von vielen weiteren Faktoren ab.

4. Warum tritt CO₂ überhaupt aus dem Bier aus?

CO₂ ist in Bier löslich. Wie viel CO₂ gelöst bleibt, hängt unter anderem von Temperatur und Druck ab.

Grundsätzlich gilt:

• höherer Druck → CO₂ bleibt leichter gelöst
• niedrigere Temperatur → CO₂ bleibt leichter gelöst
• Druckabfall → CO₂ beginnt stärker auszutreten
• Erwärmung → CO₂ wird leichter freigesetzt

Genau das passiert beim Zapfen.

Im Keg steht das Bier unter Druck. Sobald es durch die Bierleitung und den Zapfhahn in die Umgebung gelangt, fällt der Druck deutlich ab.

Das gelöste CO₂ befindet sich nun nicht mehr im gleichen Gleichgewicht wie zuvor.

Es beginnt, aus der Flüssigkeit auszutreten.

Allerdings entsteht dabei nicht überall gleichzeitig eine neue Gasblase.

Dafür braucht es geeignete Bedingungen.

Und damit kommen wir zu einem der wichtigsten Begriffe der Schaumbildung:

Nucleation – die Keimbildung

5. Bierschaum entsteht nicht einfach irgendwo

Wer ein Bierglas genau beobachtet, kann oft erkennen, dass CO₂-Blasen bevorzugt an bestimmten Stellen entstehen.

Sie steigen beispielsweise von kleinen Punkten am Glasboden nach oben.

Diese Stellen werden als Nukleationsstellen bezeichnet.

Ein perfekt glattes Glas wäre für die spontane Blasenbildung deutlich weniger geeignet als eine Oberfläche mit mikroskopisch kleinen Unebenheiten.

Mögliche Nukleationsstellen sind beispielsweise:

• mikroskopische Kratzer
• Poren
• kleine Partikel
• Oberflächenunregelmäßigkeiten
• spezielle Mikrostrukturen

Deshalb können unterschiedliche Gläser bei identischem Bier sehr unterschiedliche Ergebnisse liefern.

Einige Biergläser besitzen sogar gezielt eingebrachte Mikrostrukturen oder eine lasergravierte Oberfläche am Boden. Diese Strukturen fördern die kontinuierliche Bildung von CO₂-Blasen.

Wichtig ist allerdings:

Mehr Nukleation bedeutet zunächst vor allem mehr CO₂-Freisetzung – nicht automatisch einen stabileren Schaum.

Ein Glas kann die Blasenbildung fördern, während die eigentliche Schaumstabilität von der Zusammensetzung des Bieres abhängt.

Das Zusammenspiel von Glas, CO₂ und Blasenbildung wird in einem späteren Beitrag dieser Serie noch ausführlicher behandelt.

6. Was passiert mit einer einzelnen CO₂-Blase?

Eine frisch entstandene CO₂-Blase ist zunächst sehr klein.

Sie besitzt eine Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche.

Sobald die Blase größer wird, wirken verschiedene physikalische Kräfte auf sie.

Sie kann:

• wachsen,
• aufsteigen,
• mit anderen Blasen zusammenstoßen,
• mit anderen Blasen verschmelzen,
• CO₂ aufnehmen oder abgeben.

Wenn sich sehr viele Blasen an der Oberfläche sammeln, entsteht schließlich die Schaumschicht.

Zwischen den einzelnen Gasblasen befindet sich dabei jeweils ein sehr dünner Flüssigkeitsfilm.

Und genau dieser Flüssigkeitsfilm entscheidet zu einem großen Teil darüber, wie lange der Schaum bestehen bleibt.

Damit wird deutlich:

Schaumbildung und Schaumstabilität sind zwei verschiedene Prozesse.

7. Warum verschwindet Bierschaum nicht sofort?

Wenn Bierschaum nur aus CO₂ bestehen würde, wäre er sehr kurzlebig.

In echtem Bier gibt es jedoch verschiedene Inhaltsstoffe, die sich an der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche anreichern und dadurch die Stabilität der Schaumbildung beeinflussen.

Besonders wichtig sind:

• Proteine
• Polypeptide
• bestimmte Hopfenbestandteile
• Polyphenole
• weitere kolloidale Bierbestandteile

Proteine und Polypeptide können sich an der Grenzfläche zwischen CO₂ und Bier anlagern.

Dadurch kann sich eine stabilisierende Grenzflächenschicht bilden.

Vereinfacht:

CO₂-Blase

↓

Flüssigkeitsfilm

↓

Proteine und andere grenzflächenaktive Bestandteile

↓

stabilere Blasenstruktur

Die genaue Wirkungsweise ist komplex und hängt unter anderem von Größe, Struktur und Eigenschaften der Proteine sowie von ihrer Wechselwirkung mit anderen Bierbestandteilen ab.

Deshalb ist die Aussage:

„Protein = Schaum“

zu stark vereinfacht.

Richtiger ist:

Bestimmte Proteine und Polypeptide können entscheidend zur Stabilisierung der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche beitragen.

Wie genau das funktioniert, ist ein eigenes Thema und wird im dritten Beitrag dieser Serie ausführlich behandelt.

8. Warum kann Bier mit gleicher Karbonisierung völlig unterschiedlichen Schaum haben?

Das ist eine der interessantesten Fragen für Hobbybrauer.

Nehmen wir zwei Biere mit jeweils etwa:

2,5 Vol. CO₂

Beide enthalten also vergleichbare Mengen gelösten CO₂.

Beim Einschenken kann das Ergebnis trotzdem völlig unterschiedlich aussehen.

Bier A

• hohe Schaumbildung
• feinporiger Schaum
• gute Standfestigkeit
• langsamer Schaumabbau

Bier B

• wenig Schaum
• größere Blasen
• schneller Schaumabbau

Warum?

Weil die Karbonisierung nur eine Komponente des gesamten Systems darstellt.

Die beiden Biere können sich beispielsweise unterscheiden hinsichtlich:

• Proteinzusammensetzung
• Polypeptiden
• Hopfenbestandteilen
• Polyphenolen
• Alkoholgehalt
• pH-Wert
• Viskosität
• Lipidgehalt
• kolloidaler Struktur

Diese Faktoren beeinflussen sowohl die Bildung als auch die Stabilität des Schaums.

Deshalb ist die Aussage:

„Mein Bier hat 2,5 Vol. CO₂, also muss es guten Schaum haben.“

wissenschaftlich nicht korrekt.

9. Schaumqualität ist mehr als Schaumhöhe

Wenn man Bierschaum beurteilen möchte, reicht die Frage „Wie hoch ist der Schaum?“ nicht aus.

Professionell betrachtet kann man verschiedene Eigenschaften unterscheiden.

Ein Bier kann beim Einschenken extrem viel Schaum produzieren und trotzdem nach wenigen Minuten fast schaumfrei sein.

Ein anderes Bier erzeugt vielleicht weniger Schaum, besitzt dafür aber eine sehr feine, gleichmäßige und langlebige Schaumschicht.

„Viel Schaum“ und „guter Schaum“ sind deshalb nicht dasselbe.

10. Bierschaum beeinflusst auch das Aroma

Schaum ist nicht nur für die Optik wichtig.

Er spielt auch eine Rolle bei der Aromawahrnehmung.

Bier enthält zahlreiche flüchtige Aromastoffe. Beim Austritt von CO₂ aus dem Bier entstehen Gasbewegungen, die den Stofftransport aus der Flüssigkeit in den Kopfraum über dem Bier beeinflussen können.

Vereinfacht:

CO₂-Freisetzung

↓

Blasenbildung

↓

Gastransport

↓

Aromastoffe gelangen in den Kopfraum

↓

Wahrnehmung über die Nase

Der Bierschaum ist deshalb Teil des gesamten sensorischen Systems.

Das ist besonders interessant bei hopfenbetonten Bieren, bei denen die Wahrnehmung flüchtiger Hopfenaromen eine zentrale Rolle spielt.

Damit wird deutlich:

Bierschaum ist nicht nur Dekoration. Er ist Teil des Trinkerlebnisses.

11. Schaum und „Spritzigkeit“ sind ebenfalls nicht dasselbe

Auch Karbonisierung, Spritzigkeit, CO₂-Blasen und Schaum werden häufig in einen Topf geworfen.

Tatsächlich handelt es sich um unterschiedliche Ebenen.

1. Karbonisierung

Wie viel CO₂ ist im Bier gelöst?

2. CO₂-Freisetzung

Wie schnell verlässt das CO₂ die Flüssigkeit?

3. Blasenbildung

Wo und wie entstehen CO₂-Blasen?

4. Schaum

Wie organisieren sich viele Blasen an der Oberfläche?

5. Sensorische Wahrnehmung

Wie wird das CO₂ im Mund als prickelnd oder spritzig wahrgenommen?

Deshalb kann ein Bier beispielsweise:

• stark karbonisiert sein, aber wenig stabilen Schaum besitzen,
• viel Schaum haben, aber nicht extrem spritzig wirken,
• eine hohe CO₂-Freisetzung zeigen, ohne besonders lange Schaumstabilität zu besitzen.

Diese Unterschiede sind gerade beim Hobbybrauen wichtig.

12. Bierschaum ist ein dynamisches System

Die bisherigen Zusammenhänge lassen sich in einem einfachen Modell darstellen:

Gelöstes CO₂
      │
      ▼
Druck- und Temperaturänderung
      │
      ▼
CO₂-Freisetzung
      │
      ▼
Keimbildung / Nucleation
      │
      ▼
Blasenwachstum
      │
      ▼
Viele CO₂-Blasen
      │
      ▼
          SCHAUM
      │
      ├───────────────┐
      ▼               ▼
Stabilisierung      Zerfall
      │               │
Proteine             Drainage
Hopfenbestandteile   Blasenkoaleszenz
Polyphenole          Filmbruch
etc.                 etc.
      │
      ▼
Langlebiger Schaum

Damit lässt sich das gesamte Thema Bierschaum auf drei grundlegende Fragen reduzieren:

Formation

Wie entsteht der Schaum?

Stabilization

Warum bleibt er bestehen?

Collapse

Warum verschwindet er wieder?

Diese drei Fragen bilden die Grundlage für die gesamte Bierschaum-Serie von DIYBrew.

13. Was braucht ein Bier also für guten Schaum?

Eine einfache Antwort wäre:

„Viel CO₂.“

Die wissenschaftlich bessere Antwort lautet:

Ein gutes Schaumbild benötigt mehrere Voraussetzungen.

① Ausreichend gelöstes CO₂

Ohne genügend CO₂ gibt es keine ausreichende Grundlage für die Blasenbildung.

② Geeignete Bedingungen für die CO₂-Freisetzung

Dazu gehören unter anderem:

• Temperatur
• Druck
• Druckabfall
• Zapfsystem
• Einschenkmethode

③ Geeignete Nukleationsstellen

Zum Beispiel an:

• Glasoberflächen
• Mikrostrukturen
• Partikeln
• anderen geeigneten Keimstellen

④ Schaumaktive Bierbestandteile

Vor allem bestimmte:

• Proteine
• Polypeptide
• Hopfenbestandteile
• Polyphenole

können zur Stabilisierung beitragen.

⑤ Möglichst wenige schaumschädigende Einflüsse

Besonders problematisch können sein:

• Fette und Öle
• Rückstände von Reinigungsmitteln
• bestimmte Prozessbedingungen
• ungünstige Zusammensetzung des Bieres

Erst das Zusammenspiel dieser Faktoren führt zu einem Schaum, der nicht nur entsteht, sondern auch stabil bleibt.

14. Die wichtigste Erkenntnis

Damit lässt sich eine häufige Frage aus der Hobbybraupraxis besser beantworten:

„Warum hat mein Bier trotz 2,5 Vol. CO₂ schlechten Schaum?“

Weil 2,5 Vol. CO₂ nur beschreibt, wie viel CO₂ im Bier gelöst ist.

Es sagt nicht automatisch:

• wie schnell CO₂ freigesetzt wird,
• wo Blasen entstehen,
• wie groß die Blasen werden,
• wie stabil die Blasen sind,
• wie lange der Schaum bestehen bleibt.

Bierschaum ist deshalb das Ergebnis eines ganzen Systems:

CO₂ + Nucleation + Blasenwachstum + Grenzflächenchemie + Biermatrix + Temperatur + Druck + Glas + Ausschank

Oder noch einfacher:

Karbonisierung liefert das CO₂. Die Biermatrix und die Grenzfläche entscheiden, was daraus wird.

Fazit

Bierschaum ist weit mehr als eine weiße Schicht auf dem Bier.

Er entsteht, wenn gelöstes CO₂ aus dem Bier austritt, Blasen bildet und sich viele dieser Blasen an der Oberfläche sammeln. Damit daraus jedoch ein stabiler Schaum entsteht, müssen die Flüssigkeitsfilme zwischen den Blasen ausreichend stabil sein.

Deshalb sollte man drei Dinge klar unterscheiden:

Karbonisierung ist nicht Schaum.

CO₂-Blasen sind nicht automatisch stabiler Schaum.

Viel Schaum bedeutet nicht automatisch guten Schaum.

Für Brauer ist genau diese Unterscheidung entscheidend. Denn die Schaumeigenschaften eines Bieres werden nicht erst beim Einschenken festgelegt. Sie sind das Ergebnis der gesamten Kette aus Rohstoffen, Brauprozess, Gärung, Reifung, Karbonisierung, Ausschank und Glas.

Und damit sind wir bei der nächsten Frage:

Wie entsteht eigentlich die erste CO₂-Blase?

Warum tritt das CO₂ nicht einfach gleichmäßig aus dem Bier aus? Warum entstehen Blasen bevorzugt an bestimmten Stellen? Und warum wachsen manche Blasen, während andere wieder verschwinden?

Das ist die Welt von Übersättigung, Keimbildung (Nucleation) und Blasenwachstum – und genau darum geht es im nächsten Beitrag:

„Wie entsteht Bierschaum? – CO₂, Keimbildung und Blasenwachstum“

Bild Quelle: Vinícius Caricatte von Pexels