Η Επιστήμη των Αφρών στα Τρόφιμα
Νομίζεις ότι πρέπει να είσαι μοριακός γαστρολόγος, σεφ σε ένα φανταχτερό εστιατόριο για να δοκιμάσεις τις δυνάμεις σου στην παρασκευή αφρού φαγητού;
Τίποτα δεν θα μπορούσε να απέχει περισσότερο από την αλήθεια! Παρόλο που πολλά άρθρα στο Διαδίκτυο γράφουν για αυτούς τους ευαίσθητους, καινοτόμους αφρούς στα τρόφιμα, εμείς οι άνθρωποι φτιάχνουμε αφρούς για τα τρόφιμά μας για πολύ περισσότερο από τις τελευταίες δεκαετίες.
Οι αφροί υπάρχουν παντού στα τρόφιμα. Marshmallows, ψωμί, παγωτό, το λευκό στρώμα αφρού πάνω από μια μπύρα, μαρέγκες, σαντιγί, μους σοκολάτας. Είναι όλα καθημερινά παραδείγματα αφρού στα τρόφιμα και ανεξάρτητα από το πόσο φανταχτερός είναι ο αφρός, η επιστήμη πίσω από αυτό παραμένει η ίδια.
Τι είναι ο αφρός;
Σχεδόν διαισθητικά, πιθανότατα θα περιγράφατε έναν αφρό τροφίμων ως ένα πολύ ελαφρύ φαγητό, λαμβάνοντας υπόψη τον όγκο του. Οι αφροί έχουν πράγματι πολύ χαμηλή πυκνότητα (που είναι το βάρος ανά όγκο). Ένας μεγάλος όγκος αφρού μπορεί ακόμα να είναι πολύ ελαφρύς.
Οι αφροί είναι ένα παράδειγμα διασποράς. Σε μια διασπορά ένα υλικό αναμειγνύεται με ένα άλλο υλικό, αλλά παραμένουν ευδιάκριτα χωριστά. Στην περίπτωση ενός αφρού, ένα αέριο υλικό (π.χ. αέρας ή διοξείδιο του άνθρακα) διασπείρεται σε ένα άλλο υλικό που είναι υγρό ή στερεό.
Η παρουσία αυτού του αερίου είναι ο λόγος που η πυκνότητα ενός αφρού είναι τόσο χαμηλή. Τα αέρια έχουν πολύ χαμηλή πυκνότητα, πολύ μικρότερη από αυτή των περισσότερων υγρών και στερεών. Ως εκ τούτου, το πόσο ελαφρύ βγαίνει ο αφρός σας εξαρτάται από το πόσο αέριο καταφέρετε να εισχωρήσετε στον αφρό σας.
Ένας αφρός από ασπράδι αυγού, για παράδειγμα, μπορεί εύκολα να αυξηθεί σε όγκο 6 ή 8 φορές. Αυτό σημαίνει ότι στο χαμηλότερο εύρος αυτών των αυξήσεων μόνο το 1/6 του αφρού αποτελείται από το ασπράδι του αυγού ενώ το 5/6 του είναι αέρας! Ως αποτέλεσμα, αυτός ο αφρός είναι εξαιρετικά ελαφρύς και ευάερος. Μια ελαφριά μους σοκολάτας από την άλλη μπορεί να διπλασιαστεί σε μέγεθος (αν και αυτό εξαρτάται πολύ από τη συνταγή που χρησιμοποιείτε!). Περιέχει μόνο 50% αέρα και ως εκ τούτου είναι πολύ πιο πυκνό.
Τύποι αφρού
Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι αφρού και καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα χαρακτηριστικών όπως θα μπορούσατε να δείτε στη σύγκριση αφρού ασπραδιού με μους σοκολάτας.
Όπως αναφέραμε προηγουμένως, το αέριο μπορεί είτε να παγιδευτεί σε υγρό είτε σε στερεό. Αυτοί ονομάζονται κατάλληλα υγροί και στερεοί αφροί. Όπως μπορείτε να φανταστείτε, η παγίδευση ενός αερίου σε ένα υγρό μπορεί να είναι ευκολότερη, αλλά το αέριο είναι επιρρεπές να διαφύγει ξανά από το υγρό (π.χ. στην περίπτωση μιας ιταλικής μαρέγκας). Στην περίπτωση ενός στερεού από την άλλη πλευρά, το αέριο είναι σχεδόν παγιδευμένο στη θέση του (δεν θα δείτε ένα σωστά ψημένο ψωμί να καταρρέει).
Πώς ένας αφρός καταρρέει με την πάροδο του χρόνου
Εάν το στερεό είναι σταθερό και αρκετά ισχυρό, ένας στερεός αφρός δεν θα παραμορφωθεί με την πάροδο του χρόνου Απλώς δείτε το ψωμί σας να καταρρέει αργά τις ημέρες μετά το βγάλτε από το φούρνο. Εάν καταρρεύσει, αυτό θα οφείλεται σε αλλοίωση, όχι λόγω ασταθούς δομής αφρού.
Ωστόσο, αυτό δεν ισχύει για τους περισσότερους υγρούς αφρούς. Μπορεί να έχετε επιστρέψει στη φρέσκια σαντιγί σας μια μέρα αργότερα και να παρατηρήσετε ότι έχει συρρικνωθεί σε μέγεθος. Είναι ακόμη πιο εμφανές αν χρησιμοποιήσατε σαντιγί από κάνιστρο υπό πίεση. Αυτό τείνει να καταρρέει μέσα σε λίγα λεπτά ή τουλάχιστον μέσα σε μία ώρα.
Ο λόγος για αυτήν την κατάρρευση είναι ότι το αέριο στον αφρό φεύγει αργά από το υγρό. Δεδομένου ότι το υγρό από μόνο του δεν είναι αρκετά ισχυρό για να κρατήσει το σχήμα του, αυτό σημαίνει ότι βυθίζεται σιγά-σιγά. Υπάρχουν διάφοροι επιστημονικοί μηχανισμοί που παίζουν εδώ, από τους οποίους θα επισημάνουμε τους τρεις πιο σημαντικούς για τους αφρούς.
Ωρίμαση Ostwald
Οι αφροί θα περιέχουν σχεδόν πάντα φυσαλίδες μικρότερου αλλά και μεγαλύτερου μεγέθους. Το Ostwald ripening περιγράφει πώς οι μικρότερες φυσαλίδες σε έναν αφρό θα συγχωνευθούν με τις μεγαλύτερες φυσαλίδες με την πάροδο του χρόνου. Αυτό συμβαίνει επειδή το αέριο διαχέεται αργά μέσω του υγρού που χωρίζει τις δύο φυσαλίδες, μετακινούμενος από τη μικρότερη στη μεγαλύτερη φυσαλίδα.
Αυτή η κίνηση του αερίου προκαλείται από μια διαφορά πίεσης μέσα στις φυσαλίδες. Η πίεση μέσα σε μικρότερες φυσαλίδες είναι υψηλότερη από αυτή σε μεγαλύτερες φυσαλίδες. Ως εκ τούτου, υπάρχει μια κινητήρια δύναμη για τη διάχυση του αερίου από τη μία φυσαλίδα στην άλλη.
Συνένωση
Ένας άλλος τρόπος με τον οποίο ένας αφρός μπορεί να χάσει την τελική του δομή είναι με δύο φυσαλίδες που συγχωνεύονται μεταξύ τους. Σε αυτήν την περίπτωση, η μεμβράνη που χωρίζει τις δύο φυσαλίδες σπάει, κάτι που κάνει τις δύο να ενωθούν και να σχηματίσουν μια φυσαλίδα.
Ενώ η ωρίμανση του Ostwald οφείλεται σε διαφορά πίεσης και διάχυση αερίων, η συνένωση διέπεται από την ισχύ του υγρού στρώματος μεταξύ των φυσαλίδων. Παρόλο που το αποτέλεσμα είναι το ίδιο με τα δύο, αυτή η διαφορά στον μηχανισμό σημαίνει ότι θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε διαφορετικά εργαλεία για να αποτρέψετε το να συμβεί κάποιο από αυτά.
Καθίζηση
Τα σωματίδια κακάο μπορούν να βυθιστούν από ένα σύστημα σοκολατούχου γάλακτος μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται καθίζηση. Τα σωματίδια βυθίζονται λόγω διαφοράς στην πυκνότητα. Το ίδιο μπορεί να συμβεί και στον αέρα σε έναν αφρό. Ωστόσο, αντί να βυθιστεί, το αέριο επιπλέει προς τα πάνω.
Προκειμένου να συμβεί καθίζηση, πρέπει να είναι αρκετά εύκολο για τις φυσαλίδες αερίου να κινηθούν μέσα από τον υπόλοιπο αφρό. Στην περίπτωση ενός αφρού μπύρας αυτό δεν είναι πρόβλημα. Σε λίγα λεπτά θα έχει εξαφανιστεί ολόκληρος ο αφρός της μπύρας. Σε ένα παγωτό όμως η καθίζηση είναι σχεδόν ανύπαρκτη. Οι φυσαλίδες αερίου στερεώνονται στη θέση τους.
Το υγρό μπορεί να ρέει αργά προς τα κάτω λόγω της βαρύτητας. Το αποτέλεσμα είναι το ίδιο όπως και για την καθίζηση. Ωστόσο, όπως συνέβη στην περίπτωση της ωρίμανσης και της συνένωσης του Ostwald, οι υποκείμενοι μηχανισμοί είναι διαφορετικοί, με αποτέλεσμα διαφορετικούς τρόπους αποτροπής τους.
Παραγωγή και σταθεροποίηση αφρού
Τώρα που ξέρουμε πώς ένας αφρός εξαφανίζεται με την πάροδο του χρόνου, ας δούμε πώς φτιάχνεται αρχικά. Η δημιουργία αφρού απαιτεί κάποιο τρόπο για να ενσωματωθεί αέριο σε ένα υγρό ή στερεό (αν και στα τρόφιμα αυτό το στερεό είναι συχνά υγρό στο σημείο προσθήκης του αερίου, γίνεται στερεό μόνο αργότερα).
Χρησιμοποιώντας ένα (ηλεκτρικό) σύρμα για να χτυπήσετε τον αέρα σε ένα ασπράδι αυγού ή αφρό γάλακτος είναι ένας τρόπος. Αυτό θα περιγραφόταν ως χρήση μηχανικής ενέργειας για την ενσωμάτωση ενός αερίου, σε αυτήν την περίπτωση αέρα, στον αφρό.
Μια άλλη μέθοδος είναι να σχηματιστεί αυτό το αέριο από μέσα. Αυτό κάνετε όταν χρησιμοποιείτε μαγιά. μαγειρική σόδα ή μπέικιν πάουντερ. Η μαγιά παράγει διοξείδιο του άνθρακα μέσω της ζύμωσης και η μαγειρική σόδα και η σκόνη ψησίματος παράγουν αέριο μέσω μιας χημικής αντίδρασης.
Σε μεγαλύτερη κλίμακα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί λίγη περισσότερη δύναμη για την εισαγωγή αέρα σε ένα υγρό ή στερεό. Ο αέρας μπορεί να εγχυθεί υπό πίεση για παράδειγμα. Το συνολικό αποτέλεσμα όμως είναι το ίδιο, οι φυσαλίδες αερίου διασπείρονται σε μια υγρή ή στερεή φάση.
Παγίδευση αέρα
Εάν έχετε προσπαθήσει κάθε φορά να φτιάξετε έναν αφρό νερού, ξέρετε ότι μόνο η προσθήκη μηχανικής ενέργειας δεν αρκεί για να φτιάξετε έναν καλό αφρό. Ανεξάρτητα από το πόσο σκληρά ανακατεύετε, το καθαρό νερό δεν θα σχηματίσει καλό αφρό. Το αέριο και το νερό χωρίστηκαν σχεδόν αμέσως μετά τη διακοπή κάθε αναδεύματος. Για να φτιάξετε έναν καλό αφρό, χρειάζεστε κάτι που να βοηθά να συγκρατείται αυτό το αέριο μέσα στο υγρό.
Γι' αυτό το χτύπημα του γάλακτος θα δώσει κάποιο είδος αφρού και ένα ασπράδι αυγού ακόμα καλύτερο αφρό. Και τα δύο περιέχουν μόρια που βοηθούν στο σχηματισμό αυτού του αφρού:πρωτεΐνες.
Για να σχηματιστεί ένας σωστός αφρός χρειάζεστε κάτι που βοηθά στη μείωση της διεπιφανειακής τάσης που διευκολύνει το σπάσιμο των φυσαλίδων σε ακόμη μικρότερες φυσαλίδες. Επίσης, χρειάζεστε κάτι που βοηθάει όλες αυτές τις φρεσκοσχηματισμένες φυσαλίδες να ενωθούν αμέσως. Εδώ μπαίνουν τα επιφανειοδραστικά.
Επιφανειοδραστικές ουσίες
Τα επιφανειοδραστικά βοηθούν την αέρια και την υγρή φάση να ενωθούν. Στα τρόφιμα τα περισσότερα επιφανειοδραστικά μπορούν να το κάνουν αυτό λόγω της δομής τους. Τα μόρια τασιενεργού περιέχουν ένα τμήμα που του αρέσει να κάθεται στο νερό (υδρόφιλο) και ένα τμήμα που δεν εκτιμά το νερό (υδρόφοβο).
Η λεκιθίνη είναι ένα παράδειγμα τέτοιου μορίου. Έχει δομή κεφαλιού και ουράς. Το κεφάλι είναι υδρόφιλο ενώ η ουρά είναι υδρόφοβη. Μόλις μια φυσαλίδα αερίου καθίσει μέσα στο νερό με λεκιθίνη αναμεμειγμένη μέσω αυτής της λεκιθίνης, θα οργανωθεί κατά μήκος του ορίου αυτής της φυσαλίδας αερίου, σταθεροποιώντας αυτήν τη φυσαλίδα.
Οι πρωτεΐνες λειτουργούν με παρόμοιο τρόπο. Η μοριακή τους δομή είναι πολύ πιο περίπλοκη, ωστόσο, λειτουργεί με παρόμοιο τρόπο. Η πρωτεΐνη έχει υδρόφιλα και υδρόφοβα τμήματα που βρίσκονται στη διεπιφάνεια της διεπαφής αερίου/υγρού και βοηθούν στη σταθεροποίηση των φυσαλίδων αέρα.
Ο καφές περιέχει επίσης τασιενεργά που μπορούν να βοηθήσουν στη σταθεροποίηση του αφρού – αυτά παίζουν καθοριστικό ρόλο στην παρασκευή αεριούχου καφέ Dalgona.
Αποτροπή κατάρρευσης
Για να το κλείσετε, μπορεί μέχρι τώρα να αναρωτιέστε πώς μπορείτε να αποτρέψετε την κατάρρευση του αφρού σας και να ενθαρρύνετε τον σχηματισμό του. Χρησιμοποιώντας τους μηχανισμούς που συζητήθηκαν παραπάνω, υπάρχουν πολλές επιλογές!:
- Πύκνωση του υγρού μεταξύ των φυσαλίδων αέρα, αύξηση του ιξώδους του. Αυτό καθιστά δύσκολο το υγρό να κινηθεί προς τα κάτω και οι φυσαλίδες να ταξιδεύουν προς τα πάνω. Είναι ένας από τους λόγους που προσθέτετε ζάχαρη στη μαρέγκα!
- Στερεοποιήστε τον αφρό μόλις παγιδευτεί το αέριο. Αυτό κάνετε για μια μους σοκολάτας. Αφού φτιάξετε τη μους, την αφήνετε να κρυώσει, ώστε η σοκολάτα στη μους να σκληρύνει, σταθεροποιώντας το σύστημα.
- Αποτρέψτε το υγρό από το να βγαίνει πλέον κάνοντας ζελέ. Αυτό είναι που σταθεροποιεί τα marshmallows! Αυτός είναι επίσης ο λόγος για τον οποίο τα marshmallows συρρικνώνονται όταν τα καβουρδίζετε, η ζελατίνη που τα κάνει ζελατίνα χάνει την ιδιότητά της να σχηματίζει πηκτώματα και βγαίνει πιο εύκολα τα αέρια!
- Στερεώστε τον αφρό ψήνοντάς τον και στεγνώνοντας τον. Γι' αυτό η γαλλική μαρέγκα είναι πιο σταθερή από την ιταλική και την ελβετική μαρέγκα και γιατί το να βγάλεις ένα άψητο κέικ από τον φούρνο σημαίνει καταστροφή (όλα τα αέρια φεύγει από το άψητο κέικ!).
Φυσικά, σε ορισμένες περιπτώσεις, ο καλύτερος τρόπος για να αποτρέψετε την κατάρρευση είναι να το φάτε αρκετά γρήγορα. Μην αφήνετε αυτή τη σαντιγί για πολύ ώρα. Απλά απολαύστε το με ένα κομμάτι μηλόπιτα. Και αν τρώτε σε ένα φανταχτερό εστιατόριο που σας σερβίρει έναν ελαφρύ και ευάερο αφρό. Καλύτερα να το καταφέρετε γρήγορα, αυτά εξαφανίζονται πολύ γρήγορα!
Αναφορές
Αποκωδικοποίηση νόστιμα, Αφροί αυγών, σύνδεσμος
Logson, J., How to make modernist foams, Amazing food made easy, link
ScienceDirect, σελίδα πληροφοριών ωρίμανσης Ostwald, σύνδεσμος, επίσκεψη Μάρτιος-2020
The Incredible egg, Foams, 2013, link
Walstra, P., Physical Chemistry of foods, Marcel Dekker Inc, 2003, ISBN:0-8247-9355-2
