เพื่อต่อสู้กับผลึกที่ก่อกวนในไอศกรีม นักวิทยาศาสตร์กำลังใช้ความรู้ทางเคมีในเชิงลึกอย่างยิ่ง

อย่าทิ้งกล่องไอศกรีมหรือโยเกิร์ตที่กินไปเพียงครึ่งกล่อง เพราะเมื่อคุณใส่กลับเข้าไปในช่องแช่แข็ง คุณคิดว่าเวลาจะย้อนกลับหรือไม่ 

ไม่! ไอศกรีมที่ละลายแล้วจะแข็งตัว แต่จะไม่มีวันได้ความนุ่มและรสชาติดั้งเดิมกลับคืนมา 

นั่นเป็นเพราะว่าน้ำบางส่วนได้แอบเข้าไปในไอศกรีม จับตัวเป็นก้อนน้ำแข็ง ครั้งต่อไปที่คุณนำไอศกรีมออกมากิน คุณจะพบว่ามันกรอบ กรุบกรอบ และซีด มันน่าขยะแขยง!

pp6n3ah2ho941.jpg

แต่ไม่ต้องกังวลไป ขณะนี้ทีมนักวิทยาศาสตร์ของมหาวิทยาลัยเทนเนสซีได้ค้นพบวิธีต่อสู้กับการตกผลึกของน้ำในไอศกรีมแล้ว พวกเขาสงสัยว่าทำไมปลาหลายชนิดที่อาศัยอยู่ในสภาพทะเลที่ต่ำกว่าศูนย์จึงไม่แข็งตัว

และปรากฎว่าความลับอยู่ในโปรตีนที่เกาะติดกับพื้นผิวของผลึกหิน ป้องกันไม่ให้จับเป็นก้อน โปรตีนนี้มีอยู่ในพืชบางชนิดด้วย ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงใช้มันเพื่อสร้างซอฟต์ครีมชั่วนิรันดร์

นี่คือเรื่องราวของการค้นพบที่น่าสนใจ

คริสตัลก่อกวน

คุณอาจไม่รู้ แต่นักวิทยาศาสตร์ศึกษาไอศกรีมมากเท่ากับศึกษาคุณสมบัติของน้ำของเหลว ของแข็ง หรืออากาศ – เพราะไอศกรีมภายในมีส่วนผสมทั้งหมดเหล่านี้

นักเรียนฟิสิกส์บางครั้งเล่นไอศกรีมในห้องแล็บ โดยใช้ไนโตรเจนเหลวทำไอศกรีม และคุณยังสามารถทำไอศกรีมของคุณเองได้ที่บ้านอีกด้วย ไม่ใช่เรื่องยาก เพียงอุ่นนม ครีม และน้ำตาลจนน้ำตาลละลาย ทำให้ส่วนผสมเย็นลง และเพิ่มรสชาติใดๆ

จากนั้น  ค่อยๆ คนส่วนผสมให้แข็งตัว  การกวนจะเพิ่มอากาศให้กับส่วนผสม เพิ่มปริมาตรของครีม (ลักษณะพิเศษที่เรียกว่า overrun) แต่สำหรับไอศกรีมที่ดี คุณต้องควบคุมปริมาณอากาศ โดยมีอัตราการล้นต่ำกว่า 25%

ในทางตรงกันข้าม ไอศกรีมเชิงพาณิชย์ราคาถูกบางตัวสามารถเกิน 100% เพื่อประหยัดส่วนผสม นั่นหมายถึงทุกไอศกรีมที่คุณซื้อ ครึ่งหนึ่งของไอศกรีมนั้นเป็นอากาศ

ทำให้ไอศกรีมละลายเร็วขึ้น และยังดักไอน้ำในอากาศมากขึ้น ทำให้กระบวนการเยือกแข็งสร้างน้ำแข็ง ไอศกรีมมีราคาถูก ดังนั้นการกินจะเลอะเทอะและอร่อยน้อยลง

แต่ไม่ใช่ว่าไอศกรีมราคาแพงไม่สามารถแช่แข็งได้ กระบวนการจะเกิดขึ้นหากคุณปล่อยให้ไอศกรีมละลายและนำกลับคืนในตู้เย็น ในกระบวนการที่เรียกว่าการตกผลึกใหม่ หากผลึกน้ำแข็งที่ถูกแช่แข็งนั้นมีขนาดใหญ่กว่า 50 ไมโครเมตร ไอศกรีมของคุณจะเปราะและสูญเสียเนื้อสัมผัส

ผู้ผลิตมักจะเพิ่มอิมัลซิไฟเออร์ เช่น เลซิติน และสารเพิ่มความคงตัว เช่น กัวร์กัม หมากฝรั่งตั๊กแตน คาราจีแนน และเพกตินเพื่อให้แน่ใจว่าไอศกรีมจะคงความนุ่มได้นานที่สุด

สารทำให้คงตัวเหล่านี้ช่วยให้ไอศกรีมเก็บความชื้นไว้ระหว่างการเก็บรักษาและชะลอการเติบโตของผลึกน้ำแข็ง อย่างไรก็ตาม ” สารทำให้คงตัวเหล่านี้ไม่ได้ผลมากนัก”เถา หวู่ นักวิทยาศาสตร์ด้านอาหารที่เชี่ยวชาญด้านเคมีคาร์โบไฮเดรต กล่าว

” ประสิทธิภาพของพวกเขาได้รับผลกระทบจากปัจจัยหลายอย่าง รวมถึงอุณหภูมิและเวลาในการเก็บรักษา และองค์ประกอบและความเข้มข้นของส่วนผสมอื่นๆ ซึ่งหมายความว่าบางครั้งผลิตภัณฑ์ครีมเหล่านี้มีประสิทธิภาพในบางครั้ง แต่ใช้ไม่ได้กับครีมประเภทอื่น”

ดังนั้น Wu และทีมวิจัยของเขาที่มหาวิทยาลัยเทนเนสซีจึงต้องการหาทางเลือกอื่นที่ดีกว่า

จะป้องกันการตกผลึกได้อย่างไร?

วูและทีมของเขาเริ่มมีความคิด พวกเขาสังเกตเห็นโปรตีนที่มีโครงสร้างและหน้าที่พิเศษที่ทำให้ปลาบางชนิดไม่สามารถแช่แข็งในน้ำทะเลได้ต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส โปรตีนเหล่านี้ยังพบได้ในแมลงและพืชบางชนิด

พวกเขาทำเช่นนี้โดยเกาะพื้นผิวด้านนอกของผลึกน้ำแข็งเมื่อก่อตัวขึ้นครั้งแรก ป้องกันไม่ให้ผลึกเติบโตเป็นผลึกขนาดใหญ่ แต่ปัญหาคืออุปทานของโปรตีนเหล่านี้มีจำกัด ทำให้มีราคาแพงมากและไม่สามารถนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ได้

การวิจัยก่อนหน้านี้ชี้ให้เห็นว่าการต้านทานการแช่แข็งของโปรตีนดังกล่าวเกิดจากคุณสมบัติหนึ่ง: พวกมันมีโครงสร้างสะเทินน้ำสะเทินบก ซึ่งหมายความว่าพวกมันมีทั้งพื้นผิวที่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำในเวลาเดียวกัน พื้นผิวที่ชอบน้ำจะดึงดูด โมเลกุล H 2 O เข้าหาตัวเองเสมอ ในขณะที่พื้นผิวที่ไม่ชอบน้ำ จะดึงดูดโมเลกุล H 2 O เข้าหาตัว เสมอ

โปรตีนมีโครงสร้างสะเทินน้ำสะเทินบกที่ช่วยให้ปลาบางชนิดไม่แข็งตัวในน้ำทะเลต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส

ในพืช โครงสร้างสะเทินน้ำสะเทินบกเกิดขึ้นเนื่องจากเซลลูโลสนาโนคริสตัล เซลลูโลสเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่มีสูตร C 6 H 10 O 5เชื่อมโยงกันเป็นลูกโซ่และประกอบเป็นผนังเซลล์พืช

Wu และทีมของเขาคิดว่านาโนเซลลูโลสอาจยับยั้งการเติบโตของผลึกน้ำแข็ง และต่างจากสารป้องกันการแข็งตัวและความคงตัวในเชิงพาณิชย์อื่น ๆ นี่เป็นส่วนผสมที่มีมากมายซึ่งสามารถปลูกได้โดยไม่ต้องแพงเกินไป

Min Li นักวิทยาศาสตร์ในกลุ่มของ Wu กล่าวว่าพวกเขาทำการทดลองโดยผสมนาโนเซลลูโลสกับไอศกรีมหนึ่งถ้วย ในขั้นต้น นาโนคริสตัลเซลลูโลสที่เพิ่มเข้ามาไม่มีผลกับผลึกหิน

แต่หลังจากนั้นเพียงไม่กี่ชั่วโมง ผลึกนาโนเหล่านี้หยุดการเติบโตของผลึกน้ำแข็งโดยสิ้นเชิง นอกจากนี้ ผลึกนาโนของเซลลูโลสยังทำงานได้ดีกว่าสารทำให้คงตัวในเชิงพาณิชย์ ในบริบทของการสัมผัสกับไอศกรีมในอุณหภูมิที่ผันผวน

ในแง่ของกลไกพื้นฐาน นักวิจัยพบว่าการดูดซับพื้นผิวดูเหมือนจะเป็นความลับของนาโนคริสตัลเซลลูโลสที่ป้องกันการตกผลึกของน้ำแข็ง เช่นเดียวกับโปรตีนต้านการแข็งตัว ” สิ่งนี้ขัดแย้งอย่างสิ้นเชิงกับความเชื่อที่มีอยู่ว่าสารทำให้คงตัวยับยั้งการตกผลึกใหม่ของน้ำแข็งโดยการเพิ่มความหนืด ซึ่งคิดว่าจะชะลอการแพร่กระจายของโมเลกุลของน้ำ ” Li กล่าว