اثر دیتم (DATEM): امولسیفایرها چگونه با جلوگیری از بیات شدن نشاسته، نان‌های فست‌فود را تازه نگه می‌دارند؟

طرفداران برچسب پاک (clean-label) و بلاگرهای حوزه غذا اغلب ادعا می‌کنند که نان‌های همبرگر فست‌فودها به این دلیل هفته‌ها به طرز غیرممکنی نرم می‌مانند که پر از مواد شیمیایی نگهدارنده رطوبت و افزودنی‌های مصنوعی هستند. وقتی کنار پنجره درایو-ترو (drive-thru) ایستاده‌اید و ساندویچی با بافت بی‌نقص و نرم را باز می‌کنید، خیلی راحت است که تصور کنید پای یک آبرسانی غیرطبیعی در میان است. با این حال، شواهد به مکانیسم کاملاً متفاوتی اشاره دارند. نان‌های صنعتی آب اضافی را در خود نگه نمی‌دارند؛ در عوض، آن‌ها به یک مداخله دقیق مولکولی متکی هستند که ساختار درونی نان را از کریستالی شدن و سفت شدن در گذر زمان باز می‌دارد.

وقتی در همان ماشینتان گاز بزرگی به یک نان گرم و نرم می‌زنید، در واقع در حال تجربه حالت موقتی ژلاتینی شدن نشاسته هستید. بر اساس یک بررسی جامع درباره بیات شدن نشاسته که در ریسرچ‌گیت (ResearchGate) منتشر شده، فرآیند پخت باعث می‌شود گرانول‌های فشرده نشاسته در آرد گندم، آب را جذب کرده و متورم شوند. این فرآیند حرارتی، خمیر خام و متراکم را به یک بافت هوادار و قابل هضم تبدیل می‌کند. گرمای فر صنعتی اساساً نشاسته را ذوب می‌کند و همان بافت نرم و بالشتک‌مانندی را می‌سازد که مصرف‌کنندگان از یک محصول تازه پخته‌شده انتظار دارند.[2]

اما درست در همان لحظه‌ای که نان از فر بیرون می‌آید و روی قفسه شروع به خنک شدن می‌کند، تیک‌تاک ساعت به صدا درمی‌آید. با پایین آمدن دمای نان، دو مولکول اصلی نشاسته یعنی آمیلوز و آمیلوپکتین تلاش می‌کنند تا دوباره در ساختارهای کریستالی و سفت اولیه خود قرار بگیرند. این فرآیند ترمودینامیکی که به عنوان پس‌روی یا بیات شدن شناخته می‌شود، از نظر فیزیکی آب را از شبکه نشاسته بیرون می‌راند. رطوبت از مغز نان به سمت پوسته حرکت می‌کند و درون نان را خشک و شکننده و بیرون آن را چرم‌مانند می‌کند. این همان شیمی بنیادین بیات شدن است؛ واقعیتی اجتناب‌ناپذیر برای هر قرص نان سنتی.[2]

در مستندات فنی بیکرپدیا (BAKERpedia) توضیح داده شده است: «بیات شدن صرفاً خشک شدن نیست؛ بلکه تبلور مجدد نشاسته است.» این منبع اشاره می‌کند که نان معمولی در عرض ۲۴ تا ۴۸ ساعت به طور محسوسی سفت می‌شود. برای یک فرانچایز فست‌فود که نان‌هایش باید روزها در کامیون‌های یخچال‌دار و انبارهای رستوران دوام بیاورند و همچنان کاملاً نرم و فشرده‌شونده باقی بمانند، این پنجره ۴۸ ساعته یک غیرممکنِ لجستیکی است. یک نان خمیرترش یا باگت معمولی در روز سوم زیر فشار یک تکه گوشت برگر کاملاً خرد می‌شود.[4]

اینجاست که پای «استرهای دی‌استیل تارتاریک اسید مونوگلیسریدها» به میان می‌آید؛ ماده‌ای که در صنعت پخت‌وپز تجاری در همه‌جا با نام دیتم (DATEM) شناخته می‌شود. دیتم که توسط سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) تحت کد 21 CFR 184.1101 به عنوان ماده‌ای «عموماً ایمن شناخته‌شده» (GRAS) طبقه‌بندی شده، یک امولسیفایر است که از چربی‌های گیاهی یا حیوانی سنتز می‌شود. اگرچه نام شیمیایی آن روی برچسب ارزش غذایی ترسناک به نظر می‌رسد، اما عملکرد آن کاملاً مکانیکی است. این ماده به عنوان یک تثبیت‌کننده ساختاری عمل می‌کند و اطمینان می‌دهد که خمیر می‌تواند دی‌اکسید کربن را در طول تخمیر به دام بیندازد و شکل خود را در طول انبساط شدیدِ زمان پخت حفظ کند.[1]

فراتر از آماده‌سازی خمیر، دیتم در مرحله خنک شدن مانند یک گُوِه مولکولی عمل می‌کند. تحقیقات منتشر شده در مجله MDPI درباره تشکیل کمپلکس آمیلوز-لیپید نشان می‌دهد که امولسیفایرهایی با یک سرِ آب‌دوست (هیدروفیل) و یک دُمِ چربی‌دوست (لیپوفیل) می‌توانند از نظر فیزیکی به مولکول‌های آمیلوز متصل شوند. از آنجا که نشاسته به طور طبیعی آب‌دوست است و چربی‌های موجود در خمیر چربی‌دوست هستند، معمولاً یکدیگر را دفع می‌کنند. دیتم این شکاف را پر می‌کند و پیوند پایداری ایجاد می‌کند که با کاهش دما، رفتار فیزیکی نشاسته را تغییر می‌دهد.[3]

وقتی دیتم با غلظت‌های بسیار کمِ ۰.۳٪ تا ۰.۵٪ نسبت به وزن آرد به خمیر صنعتی اضافه می‌شود، دُم چربی‌دوست آن به درون ساختار مارپیچی مولکول آمیلوز می‌لغزد. شرکت ایستر کم (Eastar Chem)، تامین‌کننده مواد اولیه پخت صنعتی، از این نسبت دقیق به عنوان بخشی از «مثلث طلایی ضد بیات شدن نان» یاد می‌کند. این نفوذ میکروسکوپی یک کمپلکس آمیلوز-لیپید تشکیل می‌دهد که به طور موثری مانع از اتصال نشاسته با سایر مولکول‌های نشاسته شده و از نظر فیزیکی از تشکیل شبکه کریستالی جلوگیری می‌کند. این امولسیفایر مانند کلیدی عمل می‌کند که در قفل شکسته است و فرآیند بیات شدن را پیش از آنکه حتی شروع شود، متوقف می‌کند.[6]

محققان MDPI در تحلیل تطبیقی خود خاطرنشان می‌کنند: «تشکیل این کمپلکس، تورم گرانول‌های نشاسته را در طول پخت محدود کرده و بیات شدن را در طول نگهداری به میزان قابل‌توجهی به تاخیر می‌اندازد.» دیتم با اشغال فیزیکی فضایی که مولکول‌های نشاسته معمولاً در آن به هم متصل می‌شوند، از سفت شدن بافت نان جلوگیری می‌کند. نان انعطاف‌پذیری خود را حفظ می‌کند، نه به این دلیل که به طور مصنوعی مرطوب شده، بلکه به این دلیل که اسکلت ساختاری آن از قفل شدن در یک پیکربندی سفت و بیات بازداشته شده است. این ویژگی به نان اجازه می‌دهد تا آبِ گوشت برگر را جذب کند، بدون اینکه فوراً از هم بپاشد یا سفت به نظر برسد.[3]

نتیجه حسی این اتصال مولکولی، عمیق و بسیار پایدار است. بدون آن ساختار کریستالی سفت، مغز نان برای مدت طولانی نرم، انعطاف‌پذیر و کشسان باقی می‌ماند. شرکت ایستر کم به توانایی بی‌نظیر دیتم در به حداکثر رساندن پف نان در فر و حفظ بافت نرم آن در طول یک پنجره حمل‌ونقل چندروزه اشاره می‌کند. نان‌ها می‌توانند در بسته‌بندی فشرده شوند، در جعبه‌های مقوایی روی هم چیده شوند و وقتی مصرف‌کننده آن‌ها را باز می‌کند، همچنان به ارتفاع اولیه خود برگردند. این انعطاف‌پذیری مکانیکی دقیقاً همان چیزی است که اپراتورهای فست‌فود برای حفظ کیفیت یکنواخت در هزاران شعبه جهانی خود به آن نیاز دارند.[6]

این انسداد مولکولی به قدری موثر است که ترمودینامیک نان را اساساً تغییر می‌دهد. داده‌های شرکت نووزایمز (Novozymes)، یک شرکت بیوتکنولوژی که راه‌حل‌های آنزیمی برای جلوگیری از بیات شدن پنکیک و نان توسعه می‌دهد، نشان می‌دهد که جلوگیری از این تبلور مجدد، با حفظ یک شبکه بافتی پایدار، پنجره رشد میکروبی را کاهش می‌دهد. وقتی نشاسته بیات می‌شود و آب را بیرون می‌راند، آن رطوبت آزاد به بستری برای رشد کپک تبدیل می‌شود. دیتم با به دام انداختن رطوبت در ساختار بی‌شکل نشاسته، به طور غیرمستقیم به پایداری میکروبی نان کمک می‌کند.[5]

علاوه بر این، مطالعه‌ای که در مجله بین‌المللی مطالعات غذا منتشر شده، اثرات هم‌افزایی دیتم در ترکیب با آنزیم ترانس‌گلوتامیناز را بررسی کرده است. محققان دریافتند که در حالی که ترانس‌گلوتامیناز شبکه گلوتن را برای جلوگیری از فروپاشی تقویت می‌کند، دیتم عامل حیاتی در جلوگیری از سفت شدن نشاسته است. این مواد در کنار هم، ماندگاری قابل‌قبول نان را از دو روز استاندارد به بیش از یک هفته افزایش می‌دهند، آن هم بدون نیاز به دوزهای سنگین نگهدارنده‌های شیمیایی سنتی مانند کلسیم پروپیونات. این هم‌افزایی به نانوایی‌ها اجازه می‌دهد نان‌های نرم‌تری با مجموع افزودنی‌های کمتری تولید کنند.[7]

این تمایز برای هر کسی که سعی در درک سیستم‌های غذایی مدرن و زنجیره‌های تامین دارد، اهمیت دارد. نرمی نان فست‌فود یک توهمِ ناشی از رطوبتِ محبوس‌شده نیست، و نه یک ترفند شیمیایی برای فریب دادن ذائقه. این نتیجه یک مهندسی ساختاری دقیق در سطح مولکولی است که نشاسته را در خوش‌طعم‌ترین حالت خود منجمد می‌کند. دفعه بعد که روزها پس از پخت با یک نان کاملاً نرم مواجه شدید، بدانید که در حال چشیدن طعم موفقیت در جلوگیری از کریستالی شدن هستید.[8]