Хімія
Хімія

Наноцелюлоза врятувала морозиво від втрати смаку через рекристалізацію

Американські матеріалознавці представили свій спосіб вберегти морозиво від втрати смаку через перезаморожування. Щоб морозиво лишалося на смак радше вершковим, а не хрустіло кригою на зубах, на думку вчених, потрібно додавати у нього нанокристали целюлози. Вони зупинять ріст великих кристалів криги і більше жодним чином не вплинуть на смак. Як вчені створювали морозиво у своїй лабораторії та як це дослідження стане у пригоді сфері трансплантації органів, автори поділилися на зустрічі Американського хімічного товариства у Сан-Дієго. Також з цієї теми ASC опублікувало відео на своєму YouTube-каналі.

GIPHY

GIPHY

Як псується смак морозива?

Якщо ви коли-небудь готували морозиво, ви вже знаєте, що входить до його складу: молоко, вершки та цукор. Придивившись до морозива можна побачити, що це пориста структура: частинки жиру, звані жировими глобулами, розподілені по суміші води, цукру і льоду разом з бульбашками повітря. Загалом морозиво цілком можна назвати піною, так само як зефір, безе та збиті вершки. І швидкість танення вашого морозива залежить від його збитості — збите на 100 відсотків морозиво розтане швидше, ніж морозиво з меншою кількістю повітря.

Найпоширеніші складники морозива: кристали льоду, повітря, жирові кульки, цукор (сахароза) та ароматизатори (наприклад, ванілін). Ewa Henry

Найпоширеніші складники морозива: кристали льоду, повітря, жирові кульки, цукор (сахароза) та ароматизатори (наприклад, ванілін). Ewa Henry

І якщо на етапі приготування з морозивом все пройшло добре, то, швидше за все, проблеми почнуться при споживанні. Незалежно від того, наскільки відсотків збито ваше морозиво (хоча чим менше, тим краще) воно постраждає від перезаморожування. Як ми вже згадали, все морозиво містить кристали льоду, але в ідеалі вам потрібні найменші кристали, щоб забезпечити кремову, а не хрустку текстуру. Процес швидкого охолодження та збивання зазвичай призводить до утворення крихітних кристалів. Але коли морозиво тане, а потім знову замерзає, відбувається рекристалізація і повторно заморожені кристали льоду вже перевищать у розмірі 50 мікрометрів. Як наслідок, десерт набуде небажаної хрумкої текстури і ці крижинки хрумтітимуть на зубах.

Як врятувати морозиво?

Щоб морозиво залишалося вершковим, виробники зазвичай додають емульгатори, як наприклад лецитин, і стабілізатори, такі як гуарова камедь, камедь ріжкового дерева, каррагінан і пектин. Ці стабілізатори допомагають морозиву утримувати вологу при зберіганні і уповільнюють зростання кристалів льоду.

Наприклад, лецитин допомагає жировим глобулам злипатися, і в результаті бульбашки повітря, присутні в суміші, захоплюються цим жиром, що частково зрісся. Також емульгатори діють як губка, вбираючи, а потім фіксуючи будь-яку рідину в морозиві. Це надає морозиву твердість і його характерну текстуру, даючи йому змогу зберігати свою форму. Без цього всього морозиво могло би виглядати як молочний коктейль. Втім, на ефективність цих добавок впливає безліч факторів, у тому числі температура та час зберігання, а також склад та концентрація інших інгредієнтів.

І автори цієї роботи, хіміки з Університету Теннессі, вирішили розробити альтернативу та запропонували свою добавку – кристали целюлози.

Яке на смак морозиво з целюлозою?

Целюлоза — полісахарид, природна сполука, яка складає основу стінок рослинних клітин. На ідею використати нанокристали целюлози інженерів наштовхнули, як не дивно, риби, рослини та комахи, яким доводиться жити за низьких температур. Життя за таких умов тваринам забезпечують спеціальні речовини — білки-антифризи. Щоб всередині клітин не утворювалися великі кришталики криги з гострими кутами, які ці клітини можуть пошкодити, білки-антифризи утворюють протяжні впорядковані структури, які за замерзання оточують кристали льоду та зупиняють їхній ріст, підтримуючи розмір до певної критичної температури.

Втім, звісно використання таких білків для морозива було б надто дорогим, тому дослідники звернули увагу на целюлозу, яка подібно білкам-антифризам має амфіфільну структуру, тобто проявляє одночасно і гідрофільні, і гідрофобні властивості. Щоб перевірити свій задум, хіміки приготували морозиво і в одну з порцій додали нанокристали целюлози. Спершу між двома порціями морозива, як з целюлозою, так і без не відбулося жодних змін — в усіх утворилися маленькі кристали льоду. Однак вже за кілька годин, у той час як у контрольному морозиві кристали криги росли, у морозиві з целюлозою вони залишалися свого розміру.

Додавання нанокристалів целюлози запобігає росту дрібних кристалів льоду (внизу ліворуч) у великі (зліва вгорі), які можуть зробити морозиво неприємно хрустким. Tao Wu

Додавання нанокристалів целюлози запобігає росту дрібних кристалів льоду (внизу ліворуч) у великі (зліва вгорі), які можуть зробити морозиво неприємно хрустким. Tao Wu

У ході експериментів з'ясувалося, що целюлоза перешкоджає рекристалізації завдяки поверхневій адсорбції. Подібно білкам-антифризам вона з'єднується з крижинками та перешкоджає їхньому злиттю. Причому целюлоза виявилася ефективнішою за вже використовувані для морозива емульгатори і стабілізатори. Вона зробила морозиво стійкішим до коливань температури, а також уповільнила танення льоду, що також можна використовувати у покращенні якостей морозива. За словами дослідників, подальші дослідження целюлози можуть стати в пригоді для захисту якості й інших заморожених продуктів та навіть у сфері трансплантації органів.

Целюлоза не вперше фігурує у харчових дослідженнях. Так, наприклад, ми вже розповідали про їстівні трубочки з бактеріальної целюлози, які перевершили за якістю паперові. А нещодавно американським матеріалознавцям вдалося отримати морозиво гарного синього кольору, замінивши синтетичний синій барвник пігментом червоноголової капусти.


Фото в анонсі: Pexels