Welke invloed hebben de bubbeltjes en de mousse in champagne op de smaak en het aroma?
En hoe ontstaan die belletjes eigenlijk? Wat gebeurt er als ze langzaam naar de oppervlakte stijgen?
De Franse wetenschapper Gérard Liger-Belair maakt er, samen met zijn collega’s van de Université de Reims Champagne-Ardenne zijn levenswerk van.
Hij schreef ettelijke wetenschappelijke artikels en een fraai geïllustreerd boek: “Uncorked: The Science of Champagne“.

Gérard Liger-Belair. Photo © by Emmanuel Goulet.

Even een paar wetenswaardigheden op een rijtje: in een gemiddeld glas champagne kunnen 20 miljoen belletjes opborrelen.
Maar in een gesloten fles zijn er geen bubbels te bekennen. Door de tweede gisting op fles ontstaat er om en bij de negen gram CO2 in een gewone fles van 75 cl. 80% hiervan gaat onmiddellijk verloren bij het knallen van de kurk, en dat komt neer op zo’n vijf liter gas dat moet ontsnappen, of ongeveer zes keer het volume van de wijn.
In je glas champagne ontstaan elke seconde 400 belletjes, die naar het oppervlakte opstijgen.

De Fransen geven de voorkeur aan het woord ‘effervescence‘ om de bubbels in champagne te beschrijven omdat ze daarmee de juiste connotatie van beweging en levendigheid, maar ook intensiteit en vreugde willen uitdrukken.
Voor een wetenschapper verwijst effervescence alleen naar de vorming van de bubbels en niet naar de mousse die volgt.

Hoe ontstaan de gasbelletjes?

Vanuit een strikt chemisch standpunt zijn champagne en mousserende wijnen multicomponent hydro-alcoholische oplossingen oververzadigd met CO2 gasmoleculen.
Champagne en mousserende wijnen bezitten ook honderden oppervlakteactieve stoffen, waarvan sommige organoleptisch interessant zijn.
Zodra een fles champagne wordt ontkurkt is de geleidelijke vrijlating van de opgeloste CO2 gasmoleculen verantwoordelijk voor belletjesvorming, of het bruisproces van de schuimwijn.
We weten al dat uit een typische champagnefles vijf liter CO2 moet ontsnappen. Om een idee te krijgen van hoeveel belletjes dit kan produceren, delen we het volume CO2 door het gemiddelde volume van een typisch belletje met een diameter van 0,5 mm. De berekening geeft het enorm aantal van 108, of honderd miljoen. Dit grote aantal bubbeltjes zorgt ook voor een uitwisselingsoppervlak van geuren en smaken van 80 m2!

Time sequence (from left to right) showing a bubble nucleation site at the bottom of a flute poured with champagne blowing bubbles through different and well-established bubbling regimes (bar = 1 mm). (Photographs by Gerard Liger-Belair.) ©


Het opbruisen van bubbeltjes is afhankelijk van de aanwezigheid van kleine microscopische onzuiverheden in je glas. Kleine buisvormige vezeltjes van cellulose blijven achter na het schoonmaken en drogen van een glas. Deze vezeltjes hebben een holle structuur en zijn rond de 100 micrometer lang. Beide voorwaarden zijn nodig om als activator van gasbelletjes te kunnen fungeren.

Wat al meteen een fabeltje uit de wereld helpt: het zijn niet de onregelmatigheden in het glas zelf die belletjesvorming veroorzaken. Er is namelijk een minimum lengte en een zekere (holle) structuur van de onzuiverheid nodig, wat de kristalstructuur van glas niet bezit.
Liger-Belair reinigde wijnglazen met een krachtig zuur om alle stofdeeltjes of vezels te verwijderen en vulde ze vervolgens met champagne. In zo’n perfect schoon glas verschenen geen bubbels. Het leek op een stille wijn, waaruit de opgeloste kooldioxide zoals gewoonlijk ontsnapte, maar bijna onmerkbaar, zonder het bruisen aan het oppervlak van de wijn.
Er bestaan champagneglazen met een geëtste, gegraveerde of gelaserde “onzuiverheid” die wel de vereiste grootte en structuur hebben om een mooie trein van pareltjes te doen ontstaan. De invloed daarvan onderzocht Liger-Belair ook (zie verderop in dit artikel).

De lucht die in het holle cellulosevezeltje zit vormt een bijkomende voorwaarde om tot de vorming van belletjes te kunnen komen. Aan de oppervlakte van het kleine luchtbelletje in het holle buisje ontstaan de gasbelletjes: gas bouwt zich op in de vezels totdat de oppervlaktespanning, viscositeit en druk precies goed zijn en de vezel belletjes begint te “lekken”, en dit met de regelmaat van de klok. Gemiddeld worden 15 bellen per seconde vrijgegeven van elk vezeltje. Elk vezeltje lost de bubbeltjes aan zijn eigen frequentie: Gérard Liger-Belair vond er die 1 belletje per seconde vrijzetten terwijl op andere plaatsen in hetzelfde glas 30 belletjes per seconden worden gelanceerd.

Het kleine belletje dat ontstaat stijgt door de vloeistofdruk en het drijfvermogen naar boven, en neemt onderweg meer CO2 uit de champagne in zich op. De belletjes worden dus groter bij het opstijgen! Waardoor ze nog sneller gaan stijgen…
De oppervlakte van een gasbelletje bestaat uit een laagje oppervlakteactieve stof, met eiwit en glycoproteïne. Naarmate het gasbelletje dus groter wordt, kunnen er meer van deze oppervlaktestoffen mee naar boven worden genomen.
Uiteindelijk komen de belletjes aan het oppervlak van de vloeistof. Daar blijven ze drijven, net zoals een ijsberg met het grootste deel van de gasbel onder de vloeistof.

De dunne vloeistoffilm die zich rond het gasbelletje bevindt barst uit elkaar als het belletje langzaam naar de rand van het glas beweegt. Bij het uiteenspatten wordt een klein straaltje vloeistof (champagne dus) met hoge snelheid (enkele meters per seconde) de lucht in gesproeid. Vanwege zijn eigen snelheid wordt deze opwaartse vloeistofstraal onstabiel en breekt in kleine druppels (jet drops). Vermits elke seconde honderden bubbels aan de oppervlakte barsten, is het vrije oppervlak van een glas champagne bezaaid met honderden van deze kegelvormige vloeistofstructuurtjes, helaas te kortstondig van duur om geobserveerd worden met het blote oog.
We kunnen ze echter wel op een andere manier waarnemen. Door het injecteren van wijn in kleine druppeltjes boven het oppervlak van een champagneglas worden de aroma’s intenser gewaargeworden. Net als bij een aerosol worden de druppeltjes wijn in onze neus verstoven als we aan het glas ruiken.
Op die manier fungeert de doorlopende paternoster van stijgende en exploderende bubbels als een continue lift van de aroma’s uit een glas champagne.

Bubbels in wijn zijn er dus niet alleen voor de show. Hun effect is aangenaam waarneembaar in de mond, een fenomeen dat werd toegeschreven aan het fysieke barsten van de bubbels maar ook kan worden bekeken als een biochemisch effect. Wanneer je een slok neemt van een mousserende drank diffundeert een beetje koolstofdioxide in de cellen van je tong, waar het bepaalde zenuwuiteinden activeert en een scherpe tinteling produceert. De tactiele sensatie maakt een groot deel uit van het genot van het mondgevoel van elke sprankelende drank, zeker als het gaat om de bruisende streling van een mooie champagne.
Naast de sensorische tinteling en de mild zurige smaak van de opgeloste koolstofdioxide-bubbels versterken de belletjes ook andere smaakstoffen. Terwijl ze zich op de bodem van een glas vormen en naar de oppervlakte stijgen, creëren ze stromingen in de wijn die de vloeistof in het glas laten circuleren. Wanneer ze aan de oppervlakte komen en barsten, lanceren ze kleine aromatische pluimen van wijnmist in de lucht boven het glas. Dit draagt ​​minstens zo veel bij aan de zintuiglijke effect van schuimwijn als de smaak van koolzuur. Sommige andere wijnen die niet duidelijk sprankelend zijn, zoals veel Vinhos Verdes en jonge rieslings, bevatten ook genoeg opgeloste kooldioxide om het aromatische impact ervan te versterken.

De fysica van de opstijgende champagnebubbeltjes

Champagneliefhebbers zullen ongetwijfeld aandacht besteden aan de continue stroom van opstijgende bubbels, vaak zelfs voor het ruiken en proeven van de wijn. Die belletjes zijn inderdaad visueel aantrekkelijk, maar in het geval van champagne stijgt hun rol ver uit boven het louter esthetische aspect.

De verplaatsing van een object in een stilstaande vloeistof brengt beweging in de nabije vloeistoflagen.
Champagnebubbels vormen geen uitzondering op deze regel en gedragen zich als objecten in beweging.
Viskeuze effecten zorgen voor een onderdruk onderaan de gasbel, waardoor vloeistofmoleculen eromheen aangetrokken worden en er vloeistof naar het bovenoppervlak wordt gesleept. De gasbelletjes zelf bewegen ongeveer 10 keer sneller dan de omliggende vloeistof. Bijgevolg bewegen bellen en hun naburige vloeistof opwaarts langs de middellijn van het glas. Omdat de belletjesvorming continu is en omdat een glas champagne een opgesloten vat is, veroorzaakt deze constante opwaartse opstijging van vloeistof onvermijdelijk ook een rotatiestroom.

Vetzuren en andere aromatische verbindingen in koolzuurhoudende dranken werken als oppervlakteactieve stoffen, dus ze hechten zich aan de stijgende bubbels en de moleculen concentreren zich op het oppervlak van de drank.

Het enorme aantal belletjes dat vrijkomt uit de talrijke kiemplaatsen in een typisch champagneglas (in de orde van enkele honderden belletjes per seconde) is daarom in staat om de hele vloeistof in het glas in beweging te zetten. Opstijgende  bellen werken als wervelende bewegingsgeneratoren in een champagneglas.
De stabiliteit van stromingspatronen werd onderzocht in flûtes met en zonder kunstmatige gravering. Zowel de gravering als de vorm van het glas bleken de kinetiek en de stabiliteit  van de mengstroom in de glazen sterk te beïnvloeden.
In het gegraveerde glas vormt de stijgende bellenkolom twee grote en stabiele wervels die zeker vijftien minuten na het inschenken kunnen aanhouden. In tegenstelling tot de niet gegraveerde glazen zijn de convectiestromen in de gegraveerde flûtes zeer stabiel. De belangrijkste reden is dat de opstijgende vloeistofstroom die ontstaat uit een centrale bellenkolom de vloeistofstroom van enkele willekeurige bellenbanen in het glas ruimschoots overtreft. De belangrijkste convectiestroom worden afgedwongen door het  intense bruisen vanaf de artificiële centrale gravering. Bovendien zorgt de gegraveerde champagneflûte dat heel de champagnemassa homogeen en met hoge vloeistofsnelheden wordt gemengd.

The flow patterns induced by ascending bubbles within a glass. Photo courtesy of Gerard Liger-Belair, Fabien Beaumont, Guillaume Polidori, and the University of Reims Champagne-Ardenne. ©

 

Coupe of flûte?

Het belangrijkste verschil in vloeistofstromen tussen brede (champagnecoupes) en langwerpige glazen (champagneflûte) is de afstand die de belletjes moeten afleggen. Er is een duidelijk verband tussen de beweging van de belletjes naar de rand van het glas en de snelheid van de wervelstroom onder het oppervlak. Een snellere stroming onder het oppervlak drijft de bellen verder naar de rand. Er bestaat ook een relatie tussen het aroma dat uit het champagne-oppervlak ontsnapt door de talloze druppeltjes die vrijkomen door barstende bubbels.

De bewegingsenergie van de bubbel op het moment van de botsing met het vloeistofoppervlak heeft een grote invloed op de zijdelingse snelheid van de bubbel. In het geval van een breed glas verhindert de korte stijgafstand een voldoende bewegingsenergie om een ​​bel helemaal de rand van het glas te laten bereiken voordat deze barst. De beperkte wervelende beweging en de korte levensduur van de bellen betekenen dat hun oppervlaktebeweging beperkt is in een eerder klein gebied van het oppervlak. In een champagnecoupe neemt slechts ongeveer de helft van het oppervlak deel aan het mengproces onder het vloeistofoppervlak en aan de druppelproductie boven de vloeistof. In het geval van een fluitglas echter is kinetische energie van de bellen die oppervlak bereiken voldoende groot om ze de glasrand te laten bereiken en is dus het gehele vloeistofoppervlak betrokken bij het aromaproces.

De stromingen onder het vloeistofoppervlak in een flûte dragen de bellen die uit het midden van het oppervlak komen naar de glasrand over een afstand van ongeveer 2,5 centimeter, terwijl in een champagnecoupe de belletjes slechts  1 centimeter ver geraken.

In een flûte concentreert de smalle opening sterk het vrijgekomen CO2, waardoor dat de neus kan irriteren. We hebben immers pijnreceptoren voor een hoog CO2-gehalte en de bubbels uit een flûte kunnen die activeren en zo de aroma’s en smaak beïnvloeden. Een coupe daarentegen zal het effect van de CO2 op de neus verdunnen, maar zal ook het vermogen van de bubbels om smaken en geuren naar de oppervlakte te brengen verminderen.
Er is een trend om champagne te serveren in conventionele wijnglazen, maar Gérard probeert tegenwoordig het perfecte champagneglas te ontwerpen dat op een perfecte manier de bubbels creëert, maar dat er nog steeds feestelijk genoeg uitziet om champagne in te serveren.

 

Kleine belletjes of grote bubbels?

Omdat champagneproevers zich vaak zorgen maken over de grootte van de bubbels die in de wijn worden gevormd (er wordt beweerd dat hoe kleiner de bubbels zijn, hoe beter de champagne is), werd veel aandacht besteed aan het meten van de gemiddelde grootte van opstijgende bubbels. Eigenlijk is de uiteindelijke gemiddelde grootte van de opstijgende belletjes het resultaat van een combinatie van hun groeisnelheid en hun stijgsnelheid. Recente berekeningen, gebaseerd op massaoverdrachtsvergelijkingen koppelden de uiteindelijke gemiddelde bubbelgrootte aan verschillende fysisch-chemische en geometrische parameters.
Een ervan is de vloeistofdichtheid. Maar die is voor elke champagne nagenoeg gelijk. De grootte van belletjes wordt eerder bepaald door de afgelegde afstand, de vloeistoftemperatuur,de zwaartekrachtversnelling, de omgevingsdruk en het koolstofdioxidegehalte.

Hoe langer de afgelegde afstand, hoe groter de bubbelgrootte. Deze afhankelijkheid van de belletjesgrootte van de afgelegde afstand door de vloeistof betekent dat de gemiddelde bubbelafmeting aan het champagneoppervlak varieert van glas tot glas. In een smalle fluitglas is het niveau van de champagne ongeveer driemaal zo hoog als in een typische champagnecoupe. Daarom zal de gemiddelde belletjesdiameter in de flûte groter zijn dan die in de coupe. De belletjes die ongeveer drie keer groter in volume in het fluitvormig glas.

De temperatuurafhankelijkheid van de bellengrootte is vrij zwak. Verhoging van de temperatuur van de vloeistof met 10°C (laten we zeggen van 5°C naar 15°C, wat ongeveer het bereik is van de proeftemperatuur van champagne) zorgt ervoor dat bellen slechts ongeveer 5-6% in diameter groeien.

De zwaartekrachtversnelling, die de drijvende kracht is achter de stijging van de belletjes (door drijfvermogen) speelt ook een vrij belangrijke rol in de uiteindelijke bellengrootte. Op de maan, waar de zwaartekracht ongeveer 1/6 van de zwaartekracht op aarde is, zou de gemiddelde bellengrootte met een factor 3 toenemen (bellen met een bijna 50% grotere diameter en daarom meer dan 3 keer groter in volume).

De druk in de stijgende luchtbel is gelijk aan de omgevingsluchtdruk. Gewoonlijk is deze druk op zeeniveau gelijk aan 1 atm. Het verlagen van de atmosferische druk tot slechts 0,3 atm (bijvoorbeeld op de top van Mount Everest) zou de gemiddelde bellendiameter met ongeveer 55% verhogen (en dus met een factor van bijna 4 in volume).

Het koolstofdioxidegehalte van de vloeistof beïnvloedt ook de uiteindelijke gemiddelde bellengrootte. Dit is de belangrijkste reden waarom belletjes in bier aanzienlijk kleiner zijn dan belletjes in champagne en schuimwijn. Het kooldioxidegehalte in bieren varieert van ongeveer 4 g/l tot 7 g/l, terwijl het kooldioxidegehalte in champagne kan variëren van 10 g/l tot 12 g/l. Dat wil zeggen ongeveer 2 keer hoger in champagne dan in bier. Het verminderen van het koolstofdioxidegehalte met een factor 2 zou de theoretische gemiddelde bellengrootte met ongeveer 40% verlagen (wat dus leidt tot bellen die bijna 5 keer kleiner zijn in volume).
Bovendien ontsnappen CO2-moleculen na het uitschenken van champagne in het glas geleidelijk uit de vloeistof. Daardoor neemt het gehalte aan opgeloste kooldioxide progressief af. Naarmate de tijd vordert neemt dus de gemiddelde bellengrootte aan het vloeistofoppervlak progressief af.
oudere champagnes hebben ook kleinere belletjes: in de loop van de jaren is er wat druk uit de fles verdwenen en is er dus minder COdruk overgebleven.

Anne Krebiehl MW beweert in The World of Fine Wine ook dat champagne die malolactische vergisting heeft ondergaan fijnere belletjes zou hebben dan wijnen die geen malo kregen.

Een groep wetenschappers van het Institute of Vine and Wine Sciences (University of La Rioja) onderzochten nog meer stoffen die een invloed hebben op de schuimvorming van wijnen.
Ze vonden dat sommige verbindingen relevanterlijken dan andere om de schuimeigenschappen te verklaren.
Hoewel soms tegenstrijdige resultaten zijn verkregen, is in de literatuur een hoge correlatie (≥ 0,75) gevonden tussen de schuimeigenschappen van mousserende wijnen en het gehalte aan totale aminozuren, polysacchariden, anthocyaninen, coumarinezuur en isorhamnetine. Daarentegen zijn het alcoholgehalte en de concentratie van zure polysacchariden, proanthocyanidinen en vrij SO2 factoren die de schuimkwaliteit het meest negatief beïnvloeden.

In een andere studie van het Cool Climate Oenology & Viticulture Institute wordt vermeld dat druiven die met meer rijpheid worden geplukt produceren wijnen met minder schuimvormend vermogen produceren.

 

Advertenties

2 gedachten over “Themamaand Champagne – deel 4: de rol van belletjes in champagne

  1. Bijzonder goed geschreven, zeer interessant en instructief artikel met schitterende bron- en docu-vermeldingen! Van harte gefeliciteerd! Meer dan dit!

    Like

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit /  Bijwerken )

Google photo

Je reageert onder je Google account. Log uit /  Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit /  Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit /  Bijwerken )

Verbinden met %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.