Идеальная итальянская паста: Наука на службе вкуса, или Как физики разобрались с «моцарелльной» проблемой

13 янв 2025, 23:03

Как часто, стоя у плиты, мы задумываемся о физике процессов, происходящих в кастрюле? Наверное, не очень часто, правда? Но представьте себе, что даже приготовление такого простого блюда, как cacio e pepe, может стать объектом научного исследования. Именно это и сделали физики из Института физики сложных систем Макса Планка, а также их коллеги из Барселоны и Австрии. И знаете что? Оказывается, за всеми кулинарными неудачами стоят вполне объяснимые физические явления.

Cacio e Pepe: Простота и коварство

Cacio e pepe — казалось бы, что может быть проще? Паста, сыр пекорино, черный перец и вода. Четыре ингредиента, минимализм во плоти, но именно эта простота и таит в себе коварство. Главная задача — превратить воду от варки пасты, насыщенную крахмалом, в шелковистый соус, который обволакивает каждую спагеттинку. Но вот тут-то и кроется подвох. Неправильный баланс ингредиентов, недостаток крахмала, и вместо соуса мы получаем свернувшуюся массу, которую физики метко окрестили «фазой моцареллы». Думаю, с таким хоть раз сталкивался каждый любитель итальянской кухни.

Фазовая диаграмма для гурмана: Как физики подошли к вопросу

Физики подошли к проблеме со всей серьезностью, присущей научному методу. Они решили изучить процесс приготовления cacio e pepe, как если бы это было сложным химическим экспериментом. Взяв за основу постоянное количество пасты и воды, они варьировали количество сыра и следили за результатами, фиксируя происходящие изменения на фотографиях. Таким образом, ученые построили своеобразную «фазовую диаграмму» — карту, показывающую, как меняется структура соуса в зависимости от пропорций ингредиентов.

Соус для пасты «Cacio e pepe» состоит из сыра пекорино, перца и воды, обогащенной крахмалом. а) Лапша «Тоннарелли», гарнированная смесью сыра пекорино и воды, обогащенной крахмалом, и щепоткой перца. б) Снимки смеси, составляющей основу соуса для пасты, т. е. сыра и воды с различным количеством крахмала, при разных температурах. В частности, мы сравниваем влияние: воды; воды для макарон, в которой сохранилось немного крахмала (полученной при варке 100 г макарон в 1 л воды); и воды для макарон «ризоттата», то есть воды для макарон, нагретой на сковороде, чтобы вода испарилась (до уменьшения общего веса в три раза), а крахмал сконцентрировался. По мере увеличения концентрации крахмала сырные кластеры уменьшаются в размерах и образуются при более высоких температурах. Область, названная здесь «фазой Моцареллы», характеризуется огромными, похожими на моцареллу, комками сыра, взвешенными в воде, что является результатом экстремальной агрегации белка при нагревании. Цитирование: Giacomo Bartolucci et al. arXiv:2501.00536 [cond-mat.soft] DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.00536
Автор: Giacomo Bartolucci et al. Источник: arxiv.org

Ключ к успеху: Крахмал всему голова

Анализ диаграммы показал, что решающим фактором в образовании сгустков является не столько количество сыра, сколько температура и содержание белка в воде, но главным образом — уровень крахмала. Как оказалось, когда крахмала слишком мало, соус начинает сворачиваться. Ученые, к их чести, заметили, что крахмала, который выделяется из обычной пасты, зачастую недостаточно для идеального соуса.

Крахмал уменьшает образование белковых комков. a) Фазовая диаграмма состояния соуса в зависимости от процентного содержания крахмала по отношению к воде и температуры в градусах Цельсия. Каждый квадрат содержит снимок смеси соуса, сделанный во время эксперимента, а его контур отражает среднее удлинение соответствующего образца с помощью цветовой карты, показанной слева. Фаза моцареллы" указывает на область фазовой диаграммы, где сыр в образце образует комки, сопоставимые по размеру с системой. б) Та же фазовая диаграмма, что и в а), после сглаживания по Гауссиану представлена в виде дискретной тепловой карты, цвет которой отражает среднее удлинение образца. в) Сглаживание фазовой диаграммы в а) с помощью ядерной регрессии для получения непрерывной карты. Цветовая карта справа относится к панелям б) и в). Цитирование: Giacomo Bartolucci et al. arXiv:2501.00536 [cond-mat.soft] DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.00536
Автор: Giacomo Bartolucci et al. Источник: arxiv.org

Кукурузный крахмал — секретный ингредиент?

И что же было дальше? Неужели физики оставили нас наедине с проблемой «моцареллы»? Нет, конечно! Они провели дополнительные эксперименты и нашли простое решение. Добавление небольшого количества кукурузного крахмала оказалось волшебной палочкой, спасающей от свернувшегося соуса. Казалось бы, всего лишь один дополнительный ингредиент, а как меняет результат! Честно говоря, это доказывает, что даже в простых вещах, таких как готовка пасты, есть место для науки.

Минимальная модель фазового поведения соуса Касио и Пепе. a) Сыр состоит из казеина, организованного в мицеллы, вместе с фосфатом кальция и небольшим процентом сывороточных белков. При нагревании сывороточные белки денатурируют, достигая состояния, благоприятствующего агрегации сыворотки с сыром и сыворотки с казеином. Кроме того, мицеллы казеина агрегируют при нагревании. б) Взаимодействие и относительный размер (соответственно χ и n в эффективной свободной энергии), полученные из экспериментов путем решения уравнения (1) для различных температур. в) Сравнение между теоретической и экспериментальной бинодальной кривой. Цитирование: Giacomo Bartolucci et al. arXiv:2501.00536 [cond-mat.soft] DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.00536
Автор: Giacomo Bartolucci et al. Источник: arxiv.org

Физика на кухне: Больше, чем просто рецепт

Исследование физиков — это больше, чем просто новый рецепт cacio e pepe. Оно показывает нам, что наука может пролить свет на процессы, которые происходят вокруг нас каждый день. Она может не только углубить наше понимание мира, но и сделать нашу жизнь чуточку вкуснее. А вы знали, что готовка может быть такой наукой? И это действительно поражает воображение, когда понимаешь, что за каждым кулинарным шедевром или, напротив, неудачей стоят вполне себе закономерные физические процессы. Вот так физика становится нашим верным помощником даже на кухне.

Опубликовано: Мировое обозрение Источник