Insieme all'anidride carbonica, l'altro prodotto di degradazione del glucosio è l'alcool etilico. L'equazione di bilancio della fermentazione alcolica, formulata da Pasteur nel 1857 è la seguente:

In rispetto della stechiometria di reazione un tirage a 24 g di zucchero per litro di vino produce in teoria una massa m_CO2 = 11,7 g di CO₂ e una massa m_C2H5OH = 12,2 g di etanolo per litro di vino fermentato. Noto che la massa volumica dell'etano è di r_C2H5OH = 800 kg/m³ , la massa di etanolo prodotta durante la presa di spuma porta ad un aumento della gradazione alcolica del vino pari a:

La CO₂ alle condizioni di temperatura e pressione nella bottiglia è in forma gassosa, di conseguenza è più appropriato calcolare il volume che occuperebbe allo stato gassoso, piuttosto che parlare del suo peso. Quale volume v_CO2 occupa da quantità di anidride carbonica prodotta durante la presa di spuma, ad 1 atm e 20 °C ?

Sono dunque 6,5 litri di CO2 gassosa prodotti per litro di vino durante la seconda fermentazione in bottiglia. Per una classica bottiglia da 75 cl, ci saranno, in definitiva, circa 5 litri di gas CO2 (circa 9 grammi) intrappolati sotto il tappo.

In base alla legge di Henry tra le molecole di diossido di carbonio disciolte nel liquido e quelle in fase di vapore al di sotto del tappo si stabilisce infatti un equilibrio. Prima che la bottiglia venga aperta, la pressione di diossido di carbonio al di sotto del tappo è di circa 6 atm, mentre la quantità di molecole di diossido di carbonio disciolte e in equilibrio è di circa 12 g per litro di vino.

Quando la bottiglia viene aperta la pressione del diossido di carbonio in fase gassosa cala all'improvviso rompendo l'equilibrio termodinamico della bottiglia chiusa: il liquido, a questo punto, diventa soprasaturo perché contiene un eccesso di molecole di diossido di carbonio rispetto all'atmosfera esterna alla bottiglia. Per stabilire un nuovo stato di equilibrio stabile, corrispondente alla pressione parziale delle molecole di diossido di carbonio nell'atmosfera, quasi tutte le molecole di CO₂ disciolte nello spumante devono disperdersi.  

Assumendo che una classica flûte contenga circa 0,1 litri di spumante, si può stimare che devono sfuggire dal bicchiere circa 0,7 litri di anidride carbonica gassosa perché si ristabilisca un equilibrio. Per farci un'idea di quante bollicine corrispondono a questa quantità possiamo dividere il volume del diossido di carbonio gassoso presente nella flûte (circa 0,7 litri) per il volume medio di una bolla (che ha un diametro di circa 500 mm). Si otterrà così un valore molto alto corrispondente all'elevato numero di bollicine che deve sfuggire dalla flûte di spumante prima che il liquido raggiunga nuovamente l'equilibrio, vale a dire circa 11 milioni di bollicine, più della popolazione della città di New York!

Quando lo spumante si trova nel bicchiere le molecole di anidride carbonica disciolte nel liquido soprasaturo possono disperdersi in due modi:

1) in modo diretto, attraverso la superficie dello spumante,

2) tramite la formazione di bolle.

Esperimenti recenti hanno dimostrato che in una classica flûte di cristallo soltanto il 20% circa delle molecole sfugge in forma di bolle, mentre oltre l'80% si disperde direttamente attraverso la superficie libera dello spumante. Così, se non toccate il vostro bicchiere di spumante e riuscite a resistere senza berlo finché l'effervescenza scompare, circa 2 milioni di bolle di diossido di carbonio si disperderanno dalla vostra flûte. Ma, incominciamo innanzitutto con il chiederci: come si formano le bolle ovvero dove avviene la loro nucleazione.

Esaurimento dell’effervescenza

Naturalmente, sono importanti le condizioni al contorno, la forma del bicchiere è fondamentale, così come l'intensità dell’effervescenza. Da come lo spumante viene versato esso perde continuamente anidride carbonica e l’effervescenza è sempre meno intenso nel bicchiere. L'energia cinetica trasportata dalle bollicine, che crescono nella salita per poi scoppiare in superficie rappresenta il "motore" del processo di effervescenza e diminuisce inesorabilmente col passare del tempo. È normale quindi che c’è una diminuzione di effervescenza durante l'assaggio, le due fotografie di seguito illustrano questo effetto. Le scansioni tomografiche sono state eseguite, rispettivamente, a due minuti (Figura a), e a ventina di minuti (Figura b) dopo che lo spumante era stato versato nella flûte.

A ventina di minuti dopo il riempimento della flûte, l'effervescenza non ha più energie sufficiente per mettere in movimento il volume di liquido, cosa contraria a due minuti. Difatti i vortici ad anello sono presenti solo sulla superficie, ma a pochi centimetri sotto tutto e calmo. Più di metà del volume di spumante è letteralmente "isolato" dalla superficie e, di fatto, non parteciperà allo scambio di gas. Di conseguenza da una parte si formano meno bollicine, ma anche meno gas si disperde dalla superficie che rappresenta circa l’80% del modo di desorbimento della CO₂. Dunque mentre l’effetto visivo (perlage) dopo circa mezz’ora non sarà più osservabile, l’effetto gustativo (il pizzicore sulla lingua) durerà ancora per molto tempo , da una a due ore; questi tempi comunque sono molto relativi essendo molte le variabili che agiscono sul sistema: temperatura di servizio, concentrazione iniziale di CO₂, viscosità del vino (soprattutto zuccheri presenti), modo di versare, ecc…

Dove nascono le bolle.

Nei liquidi soprasaturi di molecole di gas le bolle non si formano a partire dal nulla. Perché le bolle nascano occorre che le molecole di gas disciolte nel liquido si uniscano insieme e si facciano strada risalendo attraverso le molecole di liquido unite tra loro dalle forze di attrazione di Van der Waals . 
In teoria, il problema della formazione delle bollicine è semplice: lo Spumante non è in equilibrio stabile, quando si trova all'aria libera, e il gas fuoriesce dal liquido formando delle bollicine sulle impurità presenti nella sua massa (rare) o alla superficie del bicchiere. La grana delle bollicine dipende dall'energia della superficie che bagna il liquido, e cioè dalla facilità con la quale la superficie accetta il contatto con gli altri materiali, liquidi o gassosi. Una volta formate, le bollicine si ingrossano perché la pressione del gas nel liquido è superiore alla pressione nelle bollicine: le molecole del gas si diffondono verso le bollicine. A partire da una certa grana, se la spinta di Archimede sulle bollicine diventa superiore alle forze di adesione, le bollicine si staccano dalle pareti e risalgono lentamente nel bicchiere.

La formazione di bolle nelle bibite effervescenti richiede la presenza di sacche di gas di una certa dimensione che permettano alle molecole di diossido di carbonio di superare la barriera energetica propria della nucleazione assumendo liberamente l'aspetto di bolle. Secondo la classica teoria della nucleazione, quando si stappa una bottiglia di spumante il raggio critico (o, semplicemente, la dimensione) al di sotto del quale è  impossibile la produzione di bolle corrisponde a circa 0,2 mm.  Questo tipo di nucleazione, a partire da preesistenti sacche di gas, è indicata dagli studiosi come nucleazione eterogenea, per distinguerla dalla nucleazione omogenea che si ha quando le bolle appaiono direttamente nel complesso del liquido senza l'aiuto di centri di nucleazione preesistenti, cioè di sacche di gas che facilitino la produzione delle bolle.

Usando diversi metodi di microscopia si è studiato innanzitutto il processo di formazione delle bollicine: contrariamente a un'idea diffusa, le bollicine non si formano sulle imperfezioni del vetro, perché le striature sono rare; la microscopia ha infatti rivelato che si formano soprattutto sui depositi di calcare, di tartaro e sulle fibre di cellulosa lasciate alla superficie dei bicchieri dagli strofinacci con i quali li abbiamo asciugati. 
La prova? Nei bicchieri privi di ogni deposito, preparati in una camera bianca (in assenza totale di polvere) e subito riempiti di spumante, non si forma nessuna bollicina: tutte le molecole di diossido di carbonio in eccesso sfuggono direttamente attraverso la superficie libera del liquido e lo spumante aveva l'aspetto di un qualsiasi vino fermo.

Gran parte dei centri di nucleazione è costituita da fibre di cellulosa allungate, cave e grossolanamente cilindriche derivate da carta o stoffa che si posa sul vetro e proviene dall'aria circostante o rimane sul bicchiere dopo che è stato lavato e asciugato. Entro ogni fibra si trova una cavità, detta lume. Queste particelle cave, a causa delle loro caratteristiche e proprietà geometriche, non vengono bagnate completamente dallo spumante quando lo si versa nel bicchiere e dunque possono intrappolare piccole quantità di aria anche se la flûte è piena.

Vi sarà peraltro capitato di notare, con curiosità, che le bollicine visibili in una bottiglia di spumante appena aperta prima che il vino venga versato sono molto poche. Questo fenomeno non è dovuto all'assenza di particelle sul vetro della bottiglia, ma piuttosto dipende dal fatto che il lungo invecchiamento nel corso di molti anni ha permesso allo spumante di bagnare quasi tutte le sacche di gas nella bottiglia impedendo di fatto alle molecole disciolte di diossido di carbonio di sfuggire in forma di bollicine.

Nella Figura si possono osservare 8 caratteristici centri di nucleazione presenti in un bicchiere di spumante. Le sacche di gas intrappolate nelle particelle sono visibili in modo molto chiaro. Queste sacche di gas hanno dimensioni superiori a quelle del raggio critico necessario per dare in qualche modo il via alla formazione delle bolle nel liquido.  Le sacche di gas aumentano di dimensione con il continuo accumulo di molecole di diossido di carbonio cosí , alla fine, una bollicina fuoriesce da una delle estremità della fibra e qualche volta da entrambe.

La formazione delle bolle: un processo meccanico e ripetitivo .

Una sequenza completa che illustra il ciclo della produzione di bolle fin dall'inizio in una fibra di cellulosa è vi­sibile nella figura affianco. Tra i fotogrammi 1 e 4 (corrispondenti a circa 30 millesimi di secondo), la bolla si forma, ancorata al suo centro di nucleazione grazie alle forze di adesione, in quanto esiste un contatto tra la bolla e la fibra. In effetti una bolla che cresce ancorata al proprio centro di nucleazione è molto simile a una goccia d'acqua che si forma sul bordo del rubinetto appena prima che la gravità la faccia staccare e cadere. E però l'aumento della spinta di Archimede della bolla che si espande a determinarne alla fine il distacco (nel fotogramma 5). Una piccola sacca di gas continua tuttavia a rimanere intrappolata nel lume della fibra, ed è proprio in questo ambito che nuove bolle possono formarsi, crescendo a partire dai centri di nucleazione e quindi distaccandosi. Una nuova bolla, come quella che si può osservare nel fotogramma 8, farà esattamente la stessa fine della precedente, e cosí via finché la formazione si interrompe per la mancanza di molecole di anidride carbonica ancora disciolte nello spumante. Quando fuoriesce dal proprio centro di nucleazione una bolla ha all'incirca le dimensioni della fibra da cui deriva, che di solito presenta un diametro di 10-20 mm.

Il ciclo di produzione delle bolle di un dato centro di nucleazione ha una propria frequenza di produzione, che corrisponde al numero di bolle prodotte in un secondo.  Dato che la cinetica della formazione delle bolle è legata al contenuto del anidride carbonica disciolto, la frequenza di formazione di un dato centro di nucleazione si riduce progressivamente con il passare del tempo e con la diminuzione del contenuto di anidride carbonica, fino all'interruzione. Per questo stesso motivo la frequenza di nascita delle bolle varia effettivamente da una bibita all'altra. Negli spumanti i gas disciolti sono all'incirca tre volte più abbondanti di quanto lo siano in una birra e i più attivi centri di nucleazione liberano fino a 30 bolle al secondo mentre arrivano a liberarne soltanto 10 al secondo in una birra.
La formazione di bolle nel liquido, si interrompe di fatto prima che la pressione parziale dell' anidride carbonica nello spumante si riduca a 1 atm, cioè prima che lo spumante raggiunga l'equilibrio con l'atmosfera. Se il vino si lascia fermo e non viene bevuto, il restante contenuto di anidride carbonica disciolta si disperde nell'aria per volatilizzazione, cioè per il passaggio dell'anidride carbonica direttamente dal vino all'atmosfera in forma di vapore.

La classica teoria della nucleazione ci dice anche che il raggio critico utile per consentire la formazione di bolle a partire da preesistenti sacche di gas non è fisso. Questo parametro si modifica nel tempo all'interno di un bicchiere di spumante ed è inversamente proporzionale al contenuto di anidride carbonica disciolta nel vino,  perciò con il diminuire progressivamente del contenuto di anidride carbonica disciolta nel liquido  il corrispondente raggio critico richiesto per la formazione delle bolle aumenta .

Con il passare del tempo, dopo che lo spumante è stato versato nella flûte e il livello del diossido di carbonio continua a ridursi, le bolle originatesi a partire dalle più piccole particelle non sono più in grado di raggiungere il raggio critico richiesto e i rispettivi centri di nucleazione perciò cessano la loro produzione. Alla fine la produzione di bolle si interrompe per tutte le particelle che agiscono come centri di nucleazione, i centri di maggiori dimensioni sono ovviamente quelli che smettono per ultimi di generare bolle.  

Tratto da: BOLLICINE di Gérard Liger-Belair   Einaudi Editore 

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