چگونه پتاسیم بی تارتارات از تشکیل پیوندهای دی‌سولفیدی در کف سفیده تخم‌مرغ جلوگیری می‌کند

با یک همزن دستی حبابی بالای یک کاسه مسی بایستید تا بتوانید دگرگونی فیزیکی آلبومین (سفیده تخم‌مرغ) را در همان لحظه تماشا کنید. وقتی شاخک‌های همزن این مایع شفاف را می‌شکافند، فشار مکانیکی باعث می‌شود پروتئین‌های در هم پیچیده از هم باز شوند.

در عرض سه دقیقه هوادهی پرانرژی، این ژل زردرنگ به ابری مات و حجیم تبدیل می‌شود. اما بدون مداخله شیمیایی، این ابر بسیار ناپایدار است. به محض اینکه هم زدن را متوقف کنید، جاذبه و کشش مولکولی شروع به از هم گسستن این ساختار می‌کنند و باعث می‌شوند کف آب بیندازد و دوباره به درون کاسه فرو بریزد.[4]

مقصر اصلی این فروپاشی، یک واکنش شیمیایی خاص میان پروتئین‌های باز شده است. سفیده تخم‌مرغ تقریباً از ۹۰ درصد آب و ۱۰ درصد پروتئین، عمدتاً اوآلبومین و کونالبومین، تشکیل شده است. وقتی این پروتئین‌ها در حین هم زدن از هم باز می‌شوند، گروه‌های واکنش‌پذیر گوگرد-هیدروژن، معروف به گروه‌های سولفیدریل را در معرض محیط اطراف قرار می‌دهند. اگر دو تا از این اتم‌های گوگردِ بی‌حفاظ به هم برخورد کنند، یک پیوند کووالانسی قوی و دائمی به نام پیوند دی‌سولفیدی تشکیل می‌دهند.[1]

پروژه علم آشپزی در موزه اکسپلوراتوریوم (Exploratorium) توضیح می‌دهد: «وقتی پیوندهای دی‌سولفیدی خیلی زود در فرآیند هم زدن تشکیل شوند، شبکه پروتئینی را بیش از حد سفت می‌کنند.» این سفت شدن زودهنگام، آبِ حبس شده را از درون شبکه بیرون می‌راند و به یک کف دانه دانه و تکه‌تکه منجر می‌شود که نمی‌تواند هوا را به خوبی نگه دارد. برای جلوگیری از این اتفاق، قنادها از دیرباز به یک محصول جانبی پودری و سفیدرنگ از فرآیند شراب‌سازی تکیه کرده‌اند: پتاسیم بی تارتارات که معمولاً با نام کرم تارتار شناخته می‌شود.

پتاسیم بی تارتارات مانند یک سپر شیمیایی عمل می‌کند. وقتی نصف قاشق چای‌خوری از این پودر در سفیده تخم‌مرغ حل می‌شود، یون‌های هیدروژن آزاد می‌کند و پی‌اچ (pH) مخلوط را از حالت طبیعی و کمی قلیایی آن در حدود ۷٫۶، به یک محدوده اسیدی بین ۳٫۵ تا ۴٫۰ کاهش می‌دهد. این سیل یون‌های هیدروژن، رفتار اتم‌های گوگردِ بی‌حفاظ را به طور بنیادین تغییر می‌دهد.[3]

در یک محیط اسیدی، گروه‌های واکنش‌پذیر سولفیدریل پروتونه می‌شوند؛ به این معنی که با اتم‌های هیدروژن پوشانده می‌شوند. از آنجا که اتم‌های گوگرد از قبل با هیدروژن پیوند خورده‌اند، دیگر نمی‌توانند به راحتی با یکدیگر متصل شوند و پیوندهای دی‌سولفیدی بسازند. رشته‌های پروتئینی باز و انعطاف‌پذیر باقی می‌مانند و به آن‌ها اجازه می‌دهد تا بدون پاره شدن یا چسبیدن به هم، دور حباب‌های هوای وارد شده کش بیایند.[1][4]

همین انعطاف‌پذیری است که به یک مرنگِ به درستی تثبیت شده، بافت براق و کشسان آن را می‌بخشد. پروتئین‌ها به جای پل‌های سخت دی‌سولفیدی، یک شبکه ظریف و موقت می‌سازند که توسط پیوندهای ضعیف‌ترِ هیدروژنی و برهم‌کنش‌های آب‌گریز در کنار هم نگه داشته می‌شوند. این ساختار موقت آن‌قدر قوی هست که حباب‌های هوا را هنگام ماسوره زدن یا پخش کردن کف در جای خود نگه دارد، اما آن‌قدر انعطاف‌پذیر است که با قرار گرفتن در معرض حرارت فر، بیشتر منبسط شود.[4]

جادوی واقعی این تأخیر شیمیایی در حین پخت نمایان می‌شود. وقتی دمای داخلی مرنگ از ۱۶۰ درجه فارنهایت (۷۱ درجه سانتی‌گراد) بالاتر می‌رود، حرارت انرژی کافی برای غلبه بر سپر اسیدی را فراهم می‌کند. در نهایت پروتئین‌ها منعقد می‌شوند و پیوندهای دی‌سولفیدیِ به تأخیر افتاده به سرعت شکل می‌گیرند و حباب‌های هوای منبسط شده را در یک شبکه جامد و دائمی قفل می‌کنند.[1]

تحقیقات اخیر منتشر شده در مجله فودز (Foods) نشان می‌دهد که این پنجره اسیدی چقدر برای کاربردهای مدرن آشپزی حیاتی است. در آزمایش‌هایی که مرنگ را برای چاپ سه‌بعدی ارزیابی می‌کردند، محققان دریافتند که کاهش پی‌اچ نه تنها پایداری ساختاری کف را بهبود می‌بخشد، بلکه ظرفیت نگهداری آب آن را نیز افزایش می‌دهد و از فروپاشی مخلوط در زیر فشار مکانیکی نازل چاپ جلوگیری می‌کند.[3]

اگرچه اسید سیتریک و آب لیمو نیز می‌توانند افت مشابهی در پی‌اچ ایجاد کنند، اما پتاسیم بی تارتارات همچنان ابزار محبوب در آشپزخانه‌های حرفه‌ای است. این ماده به عنوان یک پودر خشک، آب اضافی وارد شبکه ظریف پروتئینی نمی‌کند و سرعت تفکیک خاص آن، منبعی پیوسته و قابل اعتماد از یون‌های هیدروژن را در طول فرآیند هم زدن فراهم می‌کند.[3][4]

حضور سولفیدریل اکسیداز، آنزیمی که به طور طبیعی در سفیده تخم‌مرغ یافت می‌شود، فرآیند کف کردن را پیچیده‌تر می‌کند. این آنزیم به طور فعال تشکیل پیوندهای دی‌سولفیدی را کاتالیز می‌کند و در تضاد با تلاش قناد برای انعطاف‌پذیر نگه داشتن پروتئین‌ها عمل می‌کند. با کاهش پی‌اچ توسط پتاسیم بی تارتارات، محیط اسیدی فعالیت این آنزیم را نیز مهار کرده و لایه دوم دفاعی را در برابر انعقاد زودهنگام فراهم می‌کند.[2]

درک این سازوکار، کرم تارتار را از یک ماده مرموز در کابینت آشپزخانه به یک ابزار دقیق شیمیایی تبدیل می‌کند. این ماده یک عامل حجم‌دهنده یا تقویت‌کننده طعم نیست، بلکه یک تنظیم‌کننده ساختاری است. آشپزها با مدیریت لحظه دقیقی که به اتم‌های گوگرد اجازه پیوند داده می‌شود، می‌توانند معماری سوفله‌ها، کیک‌های غذای فرشته و ماکارون‌ها را دیکته کنند.[5]

دفعه بعد که تماشا می‌کنید چگونه سفیده مایع تخم‌مرغ به قله‌ای بلند و براق تبدیل می‌شود، در واقع شاهد یک رویارویی شیمیاییِ با دقت مدیریت شده هستید. نیروی مکانیکی همزن پروتئین‌ها را از هم باز می‌کند، در حالی که پتاسیم بی تارتارات اتم‌های واکنش‌پذیر گوگرد را مهار می‌کند و منتظر می‌ماند تا حرارت فر در نهایت این ساختار را برای همیشه تثبیت کند.[4][5]