Πέμπτη 8 Ιουνίου 2017

Η χημεία του παγωτού.

Το παγωτό, η απόλαυση του καλοκαιριού μας, ξεκινάει από την αρχαία Ελλάδα περνάει στην Αικατερίνη των Μεδίκων προχωράει στη Φιλαδέλφεια των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής και φτάνει στη σημερινή του μορφή.  Από χημικής πλευράς είναι ένα στέρεο διάλυμα αέρα μέσα σε υγρό, όπου το υγρό είναι ένα σιρόπι ζάχαρης με πολλά αρωματικά συστατικά και χρωστικές ουσίες. Η παρασκευή του παγωτού δεν είναι εύκολη υπόθεση και χρειάζεται υπομονή και τέχνη.
By www.Pixel.la Free Stock Photos - food-city-theme-summer-ice-cream, CC0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=51440556
Το παγωτό είναι η απόλαυση του καλοκαιριού, δεν υπάρχει καλοκαίρι χωρίς παγωτό.
Το παγωτό, όπως το ξέρουμε σήμερα έχει υπάρξει για τουλάχιστον 300 χρόνια, αν και ρίζες του μάλλον πάνε πολύ πιο πίσω στο χρόνο. Στον 5ο π.Χ, αιώνα οι αρχαίοι Αθηναίοι έτρωγαν χιόνι αναμεμιγμένο με μέλι και φρούτα που πουλιόταν στην αγορά των Αθηνών. Ο πατέρας της ιατρικής, ο Ιπποκράτης, ενεθάρρυνε τους αρχαίους Έλληνες ασθενείς του να τρώνε παγωτό.

Πριν από την ανάπτυξη της ψύξης, παγωτό ήταν μια πολυτέλεια που απευθυνόταν σε ειδικές περιπτώσεις. Όταν η Αικατερίνη των Μεδίκων παντρεύτηκε τον Ερρίκο ΙΙ της Γαλλίας το 1533 λέγεται  ότι έφερε μαζί της στη Γαλλία μερικούς Ιταλούς σεφ που είχαν συνταγές για αρωματισμένο πάγο δηλαδή τα σορμπέ.
Αλλά η μεγάλη πρόοδος στην εμπορική παραγωγή ξεκίνησε από την πρώτη σπιτική μηχανή παραγωγής παγωτού με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας στη Νάνσυ Τζόνσον στη Φιλαδέλφεια των ΗΠΑ και στην Άγκνες Μάρσαλ στην Αγγλία στη δεκαετία του 1840.

By Unknown - Robin Weir: Mrs. A. B. Marshall, Ice-Creammonger Extraordinary. In: Hadrian Walker (ed.): Cooks and Other People. Proceedings of the Oxford Symposium on Food and Cookery. Prospect Books, Totnes 1996, ISBN 978-0-9073-2572-7, p. 288., Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=54510182Το παγωτό μπορεί να έχει τη μορφή σκληρού παγωτού, μαλακού παγωτού, παγωτού κρέμας ή σορμπέ. Το βρίσκουμε σε διάφορα χρώματα και αρώματα άσπρο, σοκολατί, κίτρινο, πράσινο, βανίλια, σοκολάτα, μπανάνα, φυστίκι, καϊμάκι. 

Περιέχει λιπαρά γάλακτος σε ποσοστό πάνω από 10%. Μερικά εκλεκτά παγωτά φτάνουν στο 16%. Επίσης περιέχει 9 εως 12% στερεά του γάλακτος, στερεά διαφορετικά από τα λιπαρά που είναι γνωστά ως τα στερεά του ορου του γάλακτος. Αυτά συμεριλαμβάνουν: πρωτείνες όπως η καζείνη και η πρωτείνη του ορού του γάλακτος και υδατάνθρακες όπως η λακτόζη. Το 12 εως 16% είναι γλυκαντικά συνήθως ζάχαρη και γλυκόζη. Οι ομογενοποιητές και σταθεροποιητές αποτελούν το 0,2 έως 0,5% και τέλος το 55 έως 64% είναι νερό που προέρχεται απο το γάλα. Αυτά τα ποσοστό είναι περιεκτικότητες κατά βάρος καθώς σχεδόν ο μισός όγκος του παγωτού είναι αέρας.

Θα πιστεύετε ότι το παγωτό δεν είναι καθόλου πολύπλοκο, στο κάτω-κάτω αποτελείται από τρία μόνο συστατικά: γάλα, κρέμα γάλακτος και ζάχαρη. Πόσο πολύπλοκο πράγμα μπορεί να είναι η ανάμιξη αυτών των τριών συστατικών. Όμως αποδεικνύεται ότι είναι πολύ πολύπλοκο.  Αν απλά αναμείξετε γάλα, κρέμα γάλακτος και ζάχαρη και τα βάλετε στο ψυγείο να παγώσουν δεν θα έχετε ένα παγωτό. Το πρόβλημα είναι πώς θα φτιάξετε ένα μίγμα που το 50% του όγκου του θα είναι αέρας. Ο αφρός του φραπέ σας είναι κυρίως αέρας αλλά δεν είναι ούτε σταθερός ούτε γευστικός.

Το παγωτό είναι ένα πολύ σύνθετο φαγητό. Είναι ένα κολλοειδές μείγμα (διάλυμα), που αποτελείται  από φυσαλίδες αέρα, μικροσταγονίδια λιπαρών ουσιών, μικροκρυστάλλους πάγου σε μία σιροπιώδη φάση, ένα σιρόπι.
Οι παγοκρύσταλλοι και οι φυσαλίδες του αέρα έχουν πολύ μικρό μέγεθος συνήθως στην κλίμακα των 20 έως 50 μικρόμετρων (εκατομυριοστό του μέτρου).
Οι φυσαλίδες του αέρα είναι συνήθως μερικώς καλυμμένες με μικροσταγονίδια λιπαρών ουσιών και αυτά είναι καλυμμένα με μία στιβάδα πρωτεϊνών που παίζουν το ρόλο του ομογενοποιητή. Και αυτός είναι ο λόγος που παραμένουν διεσπαρμένες μέσα στο υγρό.
Το σιρόπι αποτελείται από σάκχαρα και πολυσακχαρίτες μεγάλου μοριακού βάρους σε ένα κρύο συμπυκνωμένο υδατικό διάλυμα.
Για να δημιουργηθεί αυτή η δομή, αυτό το υπέροχο παγωτό, ακολουθούνται διάφορα βήματα που περιλαμβάνουν παστεριοποίηση, ομογενοποίηση, γήρανση-ωρίμανση, πάγωμα και σκλήρυνση.

Φαίνεται ότι το μέγεθος των παγοκρυστάλλων στο παγωτό είναι αυτό που θα καθορίσει τη υφή του. Όταν θέλουμε να κάνουμε ένα σορμπέ τότε οι παγοκρύσταλλοι θα πρέπει να είναι μεγάλοι, στο κάτω κάτω το σορμπέ είναι αρωματισμένος θρυμματισμένος πάγος με ζάχαρη. Όταν θέλουμε να κάνουμε ένα κρεμώδες παγωτό τότε οι παγοκρύσταλλοι πρέπει να είναι πολύ μικροί.
Ας δούμε πώς σχηματίζονται οι παγοκρύσταλλοι. Όλα ξεκινάνε από έναν πάρα πάρα πολύ μικρό πυρήνα μερικών μορίων νερού που έχουν γίνει πάγος. Κατόπιν όσο το υλικό μας βρίσκεται μέσα στο ψυγείο οι αρχικοί πυρήνες πάγου καλύπτονται από άλλες στιβάδες παγωμένων μορίων νερού και έτσι ο κρύσταλλος του πάγου μεγαλώνει και μεγαλώνει και μεγαλώνει.
In this picture you can see ice crystals in the ice cream in polarized light.
Cubic structure is caused by antifreeze protein addition.
Ice cream was stored for 6 months.
By Maxim Bilovitskiy - Own work, CC BY-SA 4.0,
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=44968257
Για να ελέγξουμε το μέγεθος των παγοκρυστάλλων έχουμε δύο τρόπους. Πρώτον να χρησιμοποιήσουμε έναν ομογενοποιητή και δεύτερον να ελέγξουμε πόσο γρήγορα παγώνει το μείγμα μας.
Αν εξαιρέσουμε τον αέρα, το παγωτό αποτελείται από δύο φάσεις.  Μία ελαιώδη φάση και μία υδατική φάση. Η ελαιώδης φάση προέρχεται από τα λιπαρά του γάλακτος και την κρέμα γάλακτος που χρησιμοποιήσαμε και η υδατική φάση είναι το νερό του γάλακτος μέσα στο οποίο είναι διαλυμένη η ζάχαρη. Τα δύο υλικά αυτά δεν αναμειγνύονται εκτός εάν τα ανακατέψουμε πολύ έντονα, όπως κάνουμε όταν φτιάχνουμε λαδολέμονο. Αυτό το μείγμα που φτιάχνουμε είναι ένα γαλάκτωμα ή αλλιώς κολλοειδές διάλυμα.
Αν δεν τα ανακατέψουμε πολύ έντονα ώστε τα σταγονίδια των λιπαρών να είναι πάρα πάρα πάρα πολύ μικρά μέσα στην υδατική φάση τότε έχουμε την τάση για δημιουργία μεγάλων παγοκρυστάλλων οπότε το παγωτό μας θα είναι σαν ένας θρυματισμένος πάγος όπου μέσα υπάρχουν σταγονίδια λιπαρών ουσιών. Ένας ομογενοποιητης πετυχαίνει τη δημιουργία πολύ μικρών σταγονιδίων ελαιώδους και υδατικής φάσης. Όπως όλοι ξέρουμε, από το λαδολέμονο που φτιάχνουμε, ένα τέτοιο διάλυμα δεν είναι σταθερό, μετά από λίγη ώρα διαχωρίζεται και το νερό μένει κάτω ενώ το λάδι επιπλέει πάνω στο νερό. Για αυτό το λόγο χρειάζεται να χρησιμοποιήσουμε σταθεροποιητές.
Ο δεύτερος τρόπος είναι να ελέγξουμε την ταχύτητα που ψύχουμε το μείγμα.  Αν ψύξουμε το μείγμα πολύ γρήγορα τότε πετυχαίνουμε πολύ μικρούς παγοκρυστάλλους, εάν όμως η ψύξη πάρει πολύ χρόνο τότε θα έχουμε μεγάλους παγοκρυστάλλους. Οι μοντέρνες βιομηχανίες χρησιμοποιούν υγρή αμμωνία για να κατεβάσουν τη θερμοκρασία ψύξης στους -30 βαθμούς Κελσίου, παλιότερα χρησιμοποιούσαν νερό και αλάτι οπότε η θερμοκρασία έφτανε περίπου στους -20 βαθμούς Κελσίου.

Το δοχείο παρασκευής του παγωτού είναι συνήθως ένα κυλινδρικό δοχείο του οποίου ψύχεται η εξωτερική επιφάνεια. Μέσα στο δοχείο περιστρέφονται λεπίδες που εφάπτονται και αποξέουν τα εσωτερικά τοιχώματα. Κάθώς το νερό αγγίζει τα τοιχώματα ψύχεται παγώνει και σχηματίζει μικροκρυστάλλους. Όσο οι μικροκρύσταλλοι παραμένουν προσκολημένοι στην ψυχρή  επιφανεια μεγαλώνουν σε μέγεθος. Οι λεπίδες τους απομακρύνουν μεταφέροντας τους στο εσωτερικό της μάζας του μίγματος όπου δεν μπορούν να μεγαλώσουν παραπάνω.

Η ζάχαρη παίζει επίσης ένα σημαντικό ρόλο στο άρωμα και τη γεύση του παγωτού.  Η ψύξη αδρανοποιεί τους γευστικούς αισθητήρες (γευστικοί κάλυκες) της γλώσσας και έτσι καταναλώνοντας παγωτό η  γεύση μας περιορίζεται. Για αυτό όταν φάμε λιωμένο παγωτό είναι πάρα πάρα πολύ γλυκό. Επίσης η ζάχαρη χαμηλώνει το σημείο πήξης του νερού και έτσι το παγωτό μας παραμένει σιροπιώδες και όχι ένα σκληρό στέρεο.
By Diego Delso, CC BY-SA 4.0,
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=42540202 
Οταν κατασκευάζουμε το παγωτό το κάνουμε με συνεχή ανάδευση, οπότε (στερεοποιείται) παγώνει αλλά ταυτόχρονα και εγκλωβίζει φυσαλίδες αέρα. Τα περισσότερα παγωτά έχουν ένα σημαντικό ποσοστό αέρα, για να είναι αρκετά αφράτα. Ο αέρας αποτελεί το 30 έως 50% του συνολικού όγκου του παγωτού. Για αυτό το λόγο τα λιπαρά του γάλακτος, οι πρωτεΐνες και οι ομογενοποιητές παίζουν ένα πολύ σημαντικό ρόλο. Στην πραγματικότητα τα μικροσταγονίδια των λιπαρών ουσιών είναι διεσπαρμένα πάνω στις μικροφυσαλίδες αέρα, μεγέθους 20 μικρομετρων.

Ίσως το πιο σημαντικό συστατικό του παγωτού είναι το άρωμα.  Το άρωμα επιτυγχάνεται με χρήση φυσικών αρωματικών όπως είναι η βανίλια, η μαστίχα, η σοκολάτα.  Επίσης όμως χρησιμοποιούνται και τεχνητά αρωματικά όπως η βανιλίνη αντί της βανίλιας. Και τα άλλα αρώματα μπορούν να υποκατασταθούν με παρόμοιο τρόπο, αλλά χρειάζεται ένα πολύ πολύπλοκο μίγμα τεχνητών αρωματικών ουσιών για να μπορέσουμε να πετύχουμε αυθεντικό άρωμα.

Η λέξη παγωτό έχει διάφορες έννοιες σε διάφορες χώρες. Φράσεις όπως παγωμένη κρέμα, παγωμένο γιαούρτι, σορμπέ, gelato και άλλες χρησιμοποιούνται για να διακρίνουμε τα διάφορα είδη παγωτού. Σε πολλές χώρες η λέξη παγωτό αναφέρεται στο συγκεκριμένο είδος και οι κυβερνήσεις εκδίδουν κανονιστικές διατάξεις που αφορούν τα κύρια χαρακτηριστικά που πρέπει να περιέχει ένα παγωτό, κυρίως το ποσοστό της κρέμας γάλακτος.

Υφή του παγωτού είναι ίσως η πιο σημαντική του ιδιότητα. Είναι το αποτέλεσμα της δομής όπως αυτή σχηματίζεται από τις διάφορες φάσεις που είναι παρούσες:  τους παγοκρυστάλλους, τις φυσαλίδες αέρα, τα μικρά σταγονίδια λιπαρών και τη συνεχή φάση  του όρου (υδατική φάση) όπου είναι διαλυμένα και διεσπαρμένα όλα τα συστατικά.
Αν η διάθεσή σας για παγωτό παραμένει υψηλή θυμηθείτe ότι εκείνο το απίθανο παρφαί σοκολάτα ή το παγωτό καιμάκι  ακόμα και όταν είναι χαμηλό σε λιπαρά έχει ένα μεγάλο θερμιδικό περιεχόμενο. Μια κούπα παγωτό περιέχει 300 θερμίδες ή 1250kJ.
Γι' αυτό μπορείτε να δροσιστείτε με ένα βιντεάκι της American Chemical Society Reactions.

Πηγές :