Pena može izgledati slično bez obzira na to da li se nalazi u sapunici, peni za brijanje, šlagu ili nekom drugom proizvodu, ali njena stabilnost zavisi od više osobina. Presudno je šta se nalazi u tečnosti između mehurića, koliko je čvrst omotač oko njih i koliko brzo vazduh i tečnost mogu da se kreću kroz strukturu pene.
Mehurići pene nisu samo zarobljen vazduh. Svaki je odvojen tankim slojem tečnosti ili drugog materijala, a upravo ti tanki zidovi određuju koliko će pena trajati. Temperatura, veličina mehurića, sastav proizvoda, prisustvo masnoća i način stvaranja pene mogu značajno promeniti njeno ponašanje.
Kako je pena uopšte građena
Pena nastaje kada se gas rasporedi u velikom broju mehurića unutar tečne ili polučvrste faze. Vazduh ili drugi gas zauzima unutrašnjost mehurića, dok se oko njih nalaze tanki slojevi materijala. Što su ti slojevi stabilniji, duže mogu da spreče spajanje i nestajanje mehurića.
Kod obične vode mehurići se relativno brzo raspadaju jer je teško održati tanke zidove između gasa i tečnosti. Kada se dodaju supstance koje se raspoređuju na površini mehurića, taj sloj može postati stabilniji i usporiti njihovo spajanje.
Zato sama količina vazduha nije dovoljna da objasni trajanje pene. Dve tečnosti mogu proizvesti približno istu količinu mehurića, ali jedna može ostati penasta mnogo duže zato što njena struktura bolje podnosi promene koje nastaju nakon stvaranja pene.
Površinski aktivne supstance drže mehuriće na okupu
Mnogi proizvodi koji stvaraju stabilnu penu sadrže površinski aktivne supstance. Njihovi molekuli se raspoređuju na granici između tečnosti i gasa i mogu smanjiti površinski napon. Time se olakšava stvaranje mehurića, ali se istovremeno može povećati otpornost tankog sloja koji ih razdvaja.
Kada se mehurić formira, tečnost u njegovom zidu ima tendenciju da se sliva naniže pod dejstvom gravitacije. Ako je taj proces brz, zid postaje sve tanji i na kraju puca. Stabilizujuće supstance mogu usporiti oticanje tečnosti i pomoći da se zid duže održi.
Uloga takvih sastojaka nije ista u svakom proizvodu. Njihova koncentracija, međusobni odnos i prisustvo drugih materijala određuju kakva će biti struktura pene. Zato se formulacije deterdženata, kozmetičkih proizvoda i hrane razlikuju iako svi mogu stvarati mehuriće.
Veličina mehurića utiče na trajanje pene
Pena sa veoma sitnim mehurićima često izgleda gušće i može imati drugačije mehaničko ponašanje od pene sa velikim mehurićima. Kod sitnijih mehurića postoji veliki broj tankih zidova i veća ukupna površina na kojoj se odvijaju procesi između gasa i tečnosti.
Vremenom se gas može preraspodeljivati između mehurića. Manji mehurići imaju veći unutrašnji pritisak od većih, pa gas može prelaziti kroz tanke zidove prema većim mehurićima. Ovaj proces postepeno menja strukturu pene i može doprineti njenom starenju.
Na kraju se pojedini mehurići spajaju, zidovi postaju sve tanji, a deo tečnosti napušta strukturu. Kada dovoljan broj mehurića pukne ili se spoji, pena gubi početnu zapreminu i postaje sve ređa. Zbog toga način stvaranja pene može biti važan koliko i njen hemijski sastav.
Temperatura, masnoće i okruženje menjaju stabilnost
Temperatura može promeniti viskoznost tečnosti i brzinu kretanja molekula, pa se ponašanje pene može razlikovati u toplom i hladnom okruženju. Kod nekih proizvoda zagrevanje ubrzava propadanje pene, dok hlađenje može usporiti određene procese. Efekat zavisi od konkretnog sastava.
Masnoće takođe imaju složenu ulogu. U prehrambenim proizvodima prisustvo masti može destabilizovati određene proteinske pene, dok se kod drugih formulacija masne komponente koriste upravo zbog njihovog uticaja na teksturu i osećaj proizvoda. Zato nije dovoljno reći da masnoća uvek uništava ili uvek stabilizuje penu.
Spoljašnji uslovi imaju dodatni uticaj. Isparavanje tečnosti menja koncentraciju sastojaka u tankim zidovima, dok vibracije, mešanje i pritisak mogu ubrzati spajanje ili pucanje mehurića. Čak i kontakt sa nečistoćama ili ostacima drugog proizvoda može promeniti način na koji se pena formira i koliko traje.
Zašto neke pene traju minutima, a druge satima
Proizvod koji dugo zadržava penu obično ima formulaciju koja istovremeno omogućava lako stvaranje mehurića i usporava njihovo propadanje. To može uključivati površinski aktivne supstance, zgušnjivače, proteine ili druge komponente koje povećavaju viskoznost i stabilnost tankih zidova.
Kod proizvoda koji brzo gube penu, tečnost može mnogo brže da otiče iz zidova mehurića, a oni mogu da se spajaju ili pucaju. Ako su mehurići veliki i zidovi tanki, struktura može brzo izgubiti zapreminu. Zato je trajanje pene rezultat više procesa koji se odvijaju istovremeno.
Važno je i kako je pena napravljena. Energično mućkanje, mešanje ili raspršivanje mogu napraviti različite veličine mehurića i drugačiju raspodelu materijala. Isti proizvod zato može dati drugačiju penu kada se nanese drugačijim postupkom.
Suština je da stabilnost pene zavisi od ravnoteže između stvaranja i propadanja mehurića. Sastav proizvoda određuje koliko su njihovi zidovi otporni, dok temperatura, veličina mehurića, gravitacija i spoljašnji uslovi određuju koliko brzo će se ta struktura menjati. Kada se ti faktori usklade, pena može ostati stabilna znatno duže nego što bi to bila obična tečnost.
