Por qué las burbujas de una Guinness descienden por la pared interna de la pinta

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Los bebedores de cerveza Guinness saben que para disfrutar de una pinta bien servida hay que esperar. Muchos habrán observado en la pinta ya servida que hay burbujas que en lugar de subir descienden por la pared interna del vaso. La razón es que las burbujas de esta cerveza son muy pequeñas (porque tienen nitrógeno además de carbónico) y tras la “subida” de la cerveza se forma una zona de reflujo cerca de la pared, una capa límite delgada en la que el fluido se mueve hacia abajo llevado por y llevando con él las burbujas. La clave del reflujo es la geometría del vaso de la pinta y la interacción entre las burbujas y el fluido. Así lo afirma un nuevo artículo en American Journal of Physics que ha estudiado gracias a COMSOL la fluidodinámica de la cerveza en una vaso de un pinta y en un vaso de “antipinta” (como muestra la figura). El artículo técnico es E. S. Benilov, C. P. Cummins, W. T. Lee, “Why do bubbles in Guinness sink?,” Am. J. Phys. 81: 88-91, 2013 [arXiv:1205.5233].

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2009 Ig Nobel de la Paz: Golpear en la cabeza con una botella de cerveza vacía produce mayor fractura craneal que una llena

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Los médicos forenses a veces se hacen preguntas que nos pueden parecer de risa a los demás. Salvo que veamos mucha televisión. Nadie se sorprendería si Grissom (u Horatio) se preguntara “¿qué causa una fractura craneal mayor una botella de cerveza vacía o llena?” Lo sorprendente es que los médicos forenses de verdad ya se la han preguntado, han realizado la oportuna investigación y la han contestado utilizando botellas de medio litro: las botellas vacías se rompen con 40 J (julios) de energía, mientras que las llenas lo hacen a los 30 J. Ambos golpes son suficientes para fracturar un cráneo humano, pero la botella vacía provoca una factura más grave. Cual CSI de primera, han estudiado la fractura de las botellas de cerveza en su caída desde una torre. El premio Ig Nobel de la Paz lo han recibido Stephan Bolliger, Steffen Ross, Lars Oesterhelweg, Michael Thali y Beat Kneubuehl, de la Universidad de Berna, Suiza, quienes han publicado el artículo “Are Full or Empty Beer Bottles Sturdier and Does Their Fracture-Threshold Suffice to Break the Human Skull?,” Journal of Forensic and Legal Medicine: 16: 138-142, April 2009. En la fotografía de arriba, extraída del artículo técnico, veis la botella utilizada (cuya geometría se analiza en detalle en el artículo), así como la torre de tirado de botellas, que tiene una altura regulable entre 2 y 4 metros de altura, y un detalle del mecanismo para la suelta de la botella. Los interesados en más detalles pueden consultar dicho artículo técnico (no he encontrado una copia gratis en la web, si alguien la conoce que nos informe).

Biología sintética aplicada a la fabricación de la cerveza: enchufando y desenchufando genes para mejorar la producción

Dibujo20090520_Increasing_Activity_Promoter_Library_For_Lac_SubstitutionLas herramientas CAD (diseño asistido por computador) son utilizadas por los ingenieros para diseñar cualquier cosa, desde un palo de golf a un avión. Hoy podemos fabricar cualquier cosa diseñada en un ordenador. Los biólogos sintéticos pronto podrán hacer lo mismo. Diseñar una compleja red de genes en el ordenador y “fabricarla” (sintetizarla) en un organismo vivo, como una levadura. Enchufar y desenchufar genes a conveniencia y con parámetros a gusto del diseñador. El sueño de los biotecnólogos dedicados a la biólogía sintética. Jim Collins y sus colegas han demostrado cómo diseñar eficientemente redes sintéticas de genes para el control de procesos industriales mediados por levaduras, como la floculación de la levadura de la cerveza (proceso similar al que vemos en un bote de aceitunas por el cual se forma una capa de levaduras en la superficie del líquido dentro del bote). Han generado una librería de promotores con “actividad” variable (medida in vivo como la expresión cierto gen marcador). Si el diseño por ordenador de una red génica óptima requiere un promotor concreto, basta buscarlo en dicha librería. Un circuito electrónico complejo se diseña a base de pequeños módulos funcionales. Los autores creen que pueden implementar “casi” cualquier circuito génico utilizando sus promotores como “biobloques” (biobricks). Para ilustrar la potencia de sus técnicas de biología sintética han demostrado experimentalmente como regular la floculación de la levadura de la cerveza un proceso de gran importancia industrial (en cerveceras, claro). Nos lo cuentan Matthew R. Bennett, Jeff Hasty, “Overpowering the component problem,” News & Views, Nature Biotechnology 27: 450-451, 5 may 2009 . El artículo técnico es Tom Ellis, Xiao Wang, James J Collins, “Diversity-based, model-guided construction of synthetic gene networks with predicted functions,” Nature Biotechnology 27: 465-471, 5 may 2009 .

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La biología sintética promete revolucionar la biotecnología mediante la aplicación de los principios del diseño CAD en ingeniería a los sistemas biológicos. En menos de una década este reciente campo ha logrado incorporarse al desarrollo de medicamentos y a la biofabricación de alimentos. El futuro de la biología sintética será el desarrollo de bancos de genes “artificiales” (sintéticos) con propiedades a medida, de tal forma que si es necesario usar un gen con cierta actividad concreta sólo sea necesario buscarlo en dicha librería e insertarlo en el ADN destino. ¿Se puede hacer? Collins y su grupo nos han mostrado no sólo que es posible sino que está al alcance de la biotecnología actual. Lo han demostrado (proof of concept) en un organismo patrón, la levadura de la cerveza (Saccharomyces cerevisiae), y con un gen “patrón”, el promotor del operón lac. No quiero destacar los detalles técnicos de este ejemplo concreto (de gran importancia industrial), sino su gran importancia como “prueba de concepto.” Diseñar in silico con garantías de éxito in vivo es un paso enorme en biología sintética y en biología en general.

Imagina un plug & play biológico. Añadir un gen que haga lo que queramos tan fácil como enchufar un lápiz de memoria en un ordenador y que se monte automáticamente. Fabricar un proceso bioindustrial a medida. Difícil imaginar lo que se podrá hacer dentro de una década.

En época de crisis hay que sustituir el cava por cerveza (o cómo evoluciona la espuma de una bien tirada)

La cerveza hay que servirla con “cabeza” (como se dice en inglés: “head”), es decir, con más de un dedo de alto de espuma. Más aún, no hay que “forzar” la cosa. La evolución de la espuma tiene su tiempo y el bebedor debe saber esperar a que la espuma suba “a su ritmo”. Una caña bien tirada requiere un cierto tiempo de espera, por eso se recomienda que el primer sorbo sea profundo, largo, con “ganas”. En España, no sé el porqué, mucha gente sirve la cerveza prácticamente sin espuma pretendiendo que un cambio de recipiente es suficiente. Obvian el arte de tirar la cerveza. No tienen paciencia o no quieren tenerla: ¡cuánto hay que esperar! ¡Uhm! ¿Cuánto hay que esperar? ¿Cómo evoluciona la espuma de una cerveza?

La evolución sigue una curva exponencial, como es fácil comprobar con un experimento sencillo (Nick Fisher, “The physics of your pint: head of beer exhibits exponential decay,” Phys. Educ. 39: 34-35, 2004) Lo puedes hacer en casa o en clase con tus alumnos, pero el lugar ideal es un bar (solo o con tus alumnos), qué mejor lugar para hablar sobre física.

La espuma de la cerveza está formada por un gran número de burbujas de gas que explotan a un ritmo exponencial, ya que, como un material radiactivo, la tasa de explosión es proporcional al número de burbujas presentes (dB/dt ∝ -B, donde B es el número de burbujas).

¿Cuál es la cerveza ideal para el experimento? Yo recomendaría la Alhambra Reserva 1925, una extra lager de baja fermentación de sabor exquisito (aunque fuerte de graduación 6,4% vol.). Por supuesto, cualquier otra cerveza también sirve (no quiero que parezca que hago publicidad). Otra posibilidad es una cerveza con espuma cremosa gracias al nitrógeno como la Guinness o una cerveza de trigo, yo prefiero las turbias, como la Weihenstephaneres.

Si no quieres realizar el experimento o no te gusta lo suficiente la cerveza quizás prefieras una tabla con los valores experimentales. En el artículo de A. Leike, “Demonstration of the exponential decay law using beer froth,” Eur. J. Phys. 23: 21-26, 2002 (versión gratis en la página web del autor), que compara el resultado de 7 experimentos con Erdinger Weissbier, 4 con Augustinerbräu München y 4 con Budweiser Budvar, incluye detalles sobre el análisis estadítico de los resultados.

¡Ah! Por cierto, ¡cuidado con dónde os tomáis la cerveza! En la Fiesta de la Cerveza de Munich (Octoberfest), hace ya unos años, alguien se la tomó en un condón con graves consecuencias para su intestino: Stephan J. Ott, Thomas Helmberger, and Ulrich Beuers, “Intestinal obstruction after ingestion of a beer-filled condom at the Munich Octoberfest,” The American Journal of Gastroenterology 98: 512-513, 2004 .