Морозиво добре, але воно тане! Світ і ми
Влітку ми всі (або майже) любимо скуштувати хороше морозиво для охолодження: дуже популярний десерт. Класична проблема полягає в тому, що, коли ти не обережний, він тане (більш-менш швидко), тоне і, звичайно, ти потрапляєш скрізь. Так, але ці незручності незабаром стануть поганою пам’яттю, бо тільки уявіть, що великі новини нещодавно обійшли наукові ЗМІ: ми тепер знаємо, як зробити лід, який не тане. Нарешті, щоб бути повністю суворим, давайте уточнимо: морозиво, яке легше плавиться при певній температурі.
Малюнок Шарлотти Баге: після зусиль трохи морозива !
Що таке морозиво ?
Коли ви думаєте про цей десерт, ви думаєте про декілька речей: гладку, вершкову, солодку, повітряну та желеву текстуру. Це дозволяє нам, лише за допомогою цих кількох прикметників, знайти майже всі складові (принаймні сім’ї).
Таким чином, ми маємо:
- жир (із молочних вершків),
- білки (також надходять з молока),
- цукру,
- бульбашки повітря,
- крижані кристали.
Як ми бачимо, морозиво має особливість містити три стани речовини, і цим досить складно управляти:
- рідкий стан, але з високою в'язкістю (білки, цукри в розчині, глобули жиру в емульсійній формі),
- твердий стан (кристалізований жир, кристали льоду),
- газоподібний стан (бульбашки повітря).
Коротше, буде зрозуміло, що це досить складна структура, в якій усі ці складові різної фізико-хімічної природи повинні якнайкраще співіснувати. Дійсно, саме інгредієнти та спосіб їх розташування створять мікроструктуру, від якої буде залежати текстура (отже відчуття у роті) та характеристики потоку.
Найкращою буде мікроструктура, для якої всі компоненти найкраще розподілятись, будучи зв’язаними між собою, незважаючи на різні характеристики та спорідненість.
З точки зору мікроструктури, морозиво можна назвати одночасно емульсією, колоїдним розчином і піною. Давайте подивимося, як це все поєднується.
Організація структури
* Емульсія
Нагадуємо, емульсія - це розчин, в якому співіснують дві не змішуються фази, але які тим не менш вдається об’єднатися завдяки наявності примирильних молекул, які мають зв’язок з двома фазами: ми говоримо про амфіфільну молекулу („амфі” означає дві, і "філ" означає, хто любить).
Коротше кажучи, у випадку з морозивом, рідкий розчин «матриці» складається з цукрів у воді: обидві містять групи -OH, сприятливі для появи полярностей, молекули води та цукру.
З іншого боку, матриця також містить жирові глобули. Однак загалом жирові молекули - це більш-менш довгі вуглецеві ланцюги, неполярні, які, таким чином, не мають спорідненості з водою: кожна в своєму кутку.
Молекули жиру не змішуються з молекулами води, які скупчуються між собою.
З іншого боку, глобули молочного жиру мають особливість бути покритими та захищеними мембраною, що складається в основному з фосфоліпідів, ліпопротеїдів та холестерину: це ідеальні примирювальні молекули, амфіфільні.
Але у харчовій промисловості часто доданий білок відіграє цю роль «подвійної гри». Дійсно, білки, що складаються з послідовності амінокислот, мають певні гідрофільні групи та певні гідрофобні (або ліпофільні) групи.
Також можуть бути додані емульгатори, амфіфільні молекули.
* Піна
Це наявність газової фази в суцільному середовищі. Тут саме бульбашки повітря в структурі морозива перетворюють його в піну. Якщо певні амфіфільні молекули присутні в рідкій фазі (наприклад, деякі білки), вони, як правило, мають гарну ідею адсорбуватися на межі розділу газ/рідина, коротше кажучи, вони стабілізують бульбашки повітря всередині структури.
І потік у всьому цьому ?
Це буде залежати від інгредієнтів, кількості та зв’язків, які можуть бути встановлені між ними.
Таким чином, залежно від вмісту та природи цукрів у суміші з водою, температура замерзання, в’язкість середовища, а також природа твердого речовини, що утворюється, будуть змінюватися (організовані кристали або аморфна, неорганізована структура).
З якісної точки зору це досить легко зрозуміти: цукри, що перебувають у формі полісахаридів (довгих молекул), особливо заплутаються, якщо їх концентрація досить висока: в'язкість розчину буде такою ж. Вищою (і тому складніший потік).
Крижані кристали також відіграють свою роль у цій справі: їх присутність та взаємодія перешкоджають потоку. Однак вони повинні залишатися непомітними (отже, невеликими за розміром), інакше вони вгризаються в зуб, і неприємне відчуття з’являється безцеремонно.
Нарешті, місія жирових кульок є не останньою: коли вони зливаються, вони організовуються в тривимірну структуру, в мережу, яка пов’язує все. Ось наше хороше морозиво, яке не тече ... ну певною мірою.
Бо коли дуже жарко (переклад: молекули мають все більше енергії, перемішуються, тягнуть за собою зв’язки), слабкіші хімічні зв’язки поступаються, і лід тоне.
Малювання Валентина Баге
Це апріорі зрозуміло! Так і ні ... тому що на цьому етапі мого читання я задав собі кілька питань. Чому ми нарешті все-таки мали рідку фазу (навіть тягучу) в морозиві, коли ступінь заморожування повинна була розмножити кристали льоду? Як організовані різні складові по відношенню один до одного під час виробничого процесу? Хто з усіх цих дійових осіб ставить остаточну крапку в організації структури ?
Невелика оцінка в порядку.
Оцінка: хто що і в якому порядку робить для стабілізації структури та обмеження потоку ?
Складніші цукри (полімери) заплутуються і збільшують в'язкість рідкої матриці. Тоді на стадії замерзання, коли кристали льоду з’являються на шкоду рідкій воді, всі ці розчинені цукри виявляються все більш концентрованими, що знижує температуру замерзання (як сіль на крижаних дорогах взимку). Тому завжди є рідка фаза в морозиві (кінцевий продукт).
Білки молока * діють як амфіфільна молекула і дають можливість емульгувати глобули жиру, адсорбуючись на їх поверхні. Під дією потрапляння повітря, що вводиться в процесі виробництва, та появи кристалів льоду на етапі заморожування, жирові кульки, які потім зазнають напруги, частково зливаються. Це групування дозволяє охопити бульбашки повітря шляхом адсорбції: вони потім стабілізуються в матриці.
Злиття також призводить до побудови ланцюгів, які потім утворюють тривимірну мережу: це те, що забезпечує опір льоду, його стійкість до течії та його гладкість у роті. Тому поєднання білків і глобул жиру працює в тіні.
* або емульгатори, які виробники додають у вихідну суміш.
Танення льоду (при певній температурі), зі свого боку, залежить від кількох досить логічних параметрів (але вивчених точно багатьма дослідниками):
- кількість включеного повітря,
- природа крижаних кристалів,
- щільність та мережа утворених жирових кульок.
Цей останній параметр є переважним.
Кожен виробник розробив свій власний рецепт, і окрім інгредієнтів, процес виробництва відіграє важливу роль (температура, тиск на кожному з етапів роботи, спосіб введення повітря тощо) за різними параметрами (розмір кристалів, розмір бульбашок повітря, мережа жирових кульок). Таким чином, ми краще розуміємо перевагу текстури та смаку одних брендів над іншими !
Але тепер виробник також повинен бути уважним до проблем зі здоров’ям, намагаючись знизити вміст жиру в своїх продуктах (як правило, він коливається від 10 до 16%). Мета - знизитись нижче 10%. Однак, з огляду на те, що ми щойно побачили, це насправді не сприяє вершковості, хорошому триманню морозива. Тому ми повинні знайти нові рецептури ...
Нові відкриття.
Харчова та фармацевтична промисловість дуже зацікавлена в певній бактерії "Bacillus Subtalis" через її здатність продукувати специфічні антибактеріальні молекули та ферменти. В основному він знаходиться в ґрунті біля підніжжя коренів рослин (він навіть живе в симбіозі з ними).
“Bacillus subtilis Gram” від Y Tambe (автор оригіналу) - Власна робота.
Загалом, бактерії не люблять жити поодинці і віддають перевагу спільноті і не позбавляють себе її. Це називається біоплівкою .
Щоб об’єднатись таким чином, вони виробляють позаклітинний матрикс, що складається з усіх видів молекул, включаючи білки. Для того, щоб матриця стабілізувалась, дослідники продемонстрували, що Bacillus Subtalis виробляє певний білок під назвою «BSlA» (для «поверхневого шару бактеріального A») з унікальними властивостями. Це амфіфільно (очевидно), і як таке, воно відіграє роль стабілізуючої молекули.
Входить до сімейства "гідрофобіни", групи білків з невеликою кількістю ланок (амінокислот), здатних покривати поверхню об'єкта гідрофобним шаром. Вони здатні стабілізувати всі водно-масляні розділи та бульбашки повітря.
Бінго, це саме така молекула, необхідна промисловості морозива, щоб замінити жирові кулі.
Отже, вчені з Всесвіту Единбурга та Данді (Шотландія) використовували білок BSlA у рецепті морозива та продемонстрували поліпшення його властивостей: лід тане, але "менш швидко".
Було доведено, що білок BSlA чудово виконує свою роль примирителя, зв’язуючи всіх головних героїв: жир (у меншій кількості), повітря, водний розчин.
Ну, це відкриття ще трохи недавно, щоб дізнатися подробиці способу дії BSlA: я з нетерпінням чекаю наступних наукових публікацій з цього питання.
Давайте пам’ятати: менше жиру, нижча калорійність, вершковість і можливість насолоджуватися морозивом до кінця без його запуску! Коли наука римується із смаковими задоволеннями, мені це подобається !
Примітка
Я дякую своїм дітям, які не пошкодували зусиль, підтримуючи моє дослідження з цього питання та написавши цю публікацію. Я думаю, наприклад, про малюнки цих смачних дегустаторів морозива, намальовані та вирізані з обережністю.
Використана література
Wildmoser H. та співавт., “Вплив дисперсної мікроструктури на реологію та аспекти якості морозива”, LWT - Харчова наука та технологія, том 37 (8), с. 881–891, 2004
Adapa S et al., “Реологічні властивості сумішей для морозива та заморожених морозивів, що містять жир та замінники жиру”, Journal of Dairy Science, том 83 (10), с. 2224-9, 2000
Х. Дуглас Гофф, “Колоїдні аспекти морозива - огляд”, International Dairy Journal, том 7, випуски 6–7, с. 363–373, 1997
Алі Дж. Грін та ін., “Утворення та стабільність харчових пін та аерованих емульсій: Гідрофобіни як нові функціональні інгредієнти”, Поточна думка в науці про колоїди та інтерфейси, том 18 (4), с. 292–301, 2013
Hobley L, Ostrowski A, “BslA - це самозбірний бактеріальний гідрофоб, який покриває біоплівку Bacillus subtilis”, Proc Natl Acad Sci U S A., Volume110 (33), 2013