Что может быть хуже хрустящего, ледяного кусочка мороженого? Химики выяснили, как сохранить мягкость мороженого с помощью растительной целлюлозы. Они говорят, что их открытие также может быть использовано для сохранения других замороженных продуктов и, возможно, даже донорских органов и тканей.
Причина, по которой мороженое иногда приобретает хрустящий характер, заключается в его «ледяной» части. В любом мороженом есть крошечные кристаллы льда. Если эти кристаллы очень маленькие — менее примерно 50 микрометров или толщиной с человеческий волос — они незаметны. Но чем крупнее они становятся, тем более зернистой и хрустящей становится пищевой продукт.
Производители избегают образования крупных кристаллов, очень быстро замораживая мороженое при очень низких температурах (часто с помощью жидкого азота) и с большим механическим перемешиванием. Но если мороженое тает и снова замерзает при транспортировке или хранении, эта хорошая работа теряется.
Мягкость мороженого можно сохранить с помощью растительной целлюлозы. Фото: Public domain.
«Контроль образования и роста кристаллов льда, таким образом, является ключом к получению высококачественных замороженных продуктов», — говорит доктор Тао Ву, научный сотрудник факультета пищевых технологий Университета штата Теннесси, США.
Ву и его коллеги искали в природе добавку, которая предотвращает образование крупных кристаллов, независимо от того, как заморожено мороженое.
«Некоторые рыбы, насекомые и растения могут выживать при отрицательных температурах, потому что они вырабатывают белки-антифризы, препятствующие росту кристаллов льда», — говорит Ву. Эти белки дороги и их трудно производить или извлекать, поэтому они не являются практичной добавкой для мороженого.
Коммерческие производители используют другой тип антифриза в мороженом: некоторые полисахаридные камеди могут уменьшить крупные кристаллы.
«Но эти стабилизаторы не очень эффективны», — говорит Ву.
«На их эффективность влияет множество факторов, в том числе температура и время хранения, а также состав и концентрация других ингредиентов. Это означает, что они иногда работают в одном продукте, но не работают в другом».
Ву отметил, что многие эффективные антифризы являются амфифильными: они состоят из молекул, которые отталкивают воду в одной части и притягивают ее в другой. Он решил исследовать другой, хорошо известный полисахарид: целлюлозу, сформировавшуюся в кристаллы нанометрового размера.
Помимо того, что нанокристаллы целлюлозы сделаны из самого распространенного в природе полимера, они также являются амфифильными, поэтому они потенциально могут выполнять аналогичные антифризные функции.
Исследователи проверили эти нанокристаллы целлюлозы, добавив их в «моделированное мороженое»: растворы с различной концентрацией сахарозы. Они обнаружили, что время замораживания и концентрация играют большую роль в том, насколько хорошо нанокристаллы выполняют свою работу.
Крупный план мороженого с нанокристаллами целлюлозы (внизу слева) и без них (вверху слева). Черная полоса соответствует 100 микрометрам. Фото: Tao Wu.
При концентрации 25% сахарозы, как и в коммерческом мороженом, нанокристаллы целлюлозы изначально не имели никакого значения для образования льда. Но через некоторое время они сработали: концентрация целлюлозы в 1% полностью остановила рост кристаллов льда через пять часов. Размер кристаллов льда в этой смеси не превышал 25 микрометров, что значительно ниже как предела хруста, так и кристаллов в контрольном растворе.
Уменьшение вдвое концентрации целлюлозы до 0,5% означало, что рост льда остановился через 68 часов и не превышал 40 микрометров.
Нанокристаллы целлюлозы были еще более эффективны при более низких и более высоких концентрациях сахарозы.
Исследователи также изучили механизмы образования этих нанокристаллов целлюлозы и обнаружили нечто, что их удивило. Нанокристаллы целлюлозы, по-видимому, прилипают к поверхности кристаллов льда, предотвращая их увеличение.
«Это полностью противоречило существующему мнению о том, что стабилизаторы препятствуют рекристаллизации льда за счет увеличения вязкости, что, как считалось, замедляет диффузию молекул воды», — говорит Мин Ли, аспирант лаборатории Ву.
Нанокристаллы целлюлозы не токсичны, но они должны быть проверены органами по безопасности пищевых продуктов, перед добавлением в мороженое. Тем не менее, Ву воодушевлен их потенциалом: кристаллы можно использовать не только для мороженого, но и для хранения других замороженных продуктов. И они могут даже иметь медицинское применение.
«В настоящее время сердце должно быть пересажено в течение нескольких часов после того, как его забрали у донора», — говорит Ву.
«Но это ограничение по времени можно было бы устранить, если бы мы могли подавлять рост кристаллов льда, когда сердце хранится при низких температурах».
Исследователи представили свои выводы на заседании Американского химического общества (American Chemical Society).
Источник: Cosmos Magazine
