راز ۵۰ میکرومتری: چگونه اندازه بلورهای یخ، بافت لطیف بستنی را روی زبانمان می‌سازد

اگر یک ظرف بستنی وانیلی مرغوب را بیست دقیقه روی پیشخوان آشپزخانه رها کنید و دوباره به فریزر برگردانید، دیگر هرگز آن طعم و بافت اولیه را نخواهد داشت. این آسیب ساختاری کاملاً نامرئی رخ می‌دهد و معماری فیزیکی این دسر جذاب را مدت‌ها قبل از اینکه کاملاً آب شود، تغییر می‌دهد.[4]

زبان ما مثل یک ابزار فوق‌العاده حساس عمل می‌کند که می‌تواند ریزترین تغییرات بافت را تشخیص دهد. وقتی بستنی می‌خوریم، آن حس دلپذیر لطافت روی زبان، کاملاً به اندازه بلورهای یخی بستگی دارد که در بافت خامه معلق هستند.[1]

دانشمندان علوم لبنی یک مرز فیزیولوژیکی دقیق را مشخص کرده‌اند: ۵۰ میکرومتر. هر بلور یخی که کوچک‌تر از ۵۰ میکرومتر (تقریباً به ضخامت یک تار موی انسان) باشد، در یک چشم‌به‌هم‌زدن روی سقف دهان آب می‌شود و حسی از یک مایع خامه‌ای و یکدست را به جا می‌گذارد. اما همین که بلور از این مرز عبور کند، زبان آن را به عنوان یک ذره مجزا و شنی احساس می‌کند.[1][2]

دکتر اچ. داگلاس گاف (H. Douglas Goff)، دانشمند برجسته علوم لبنی در دانشگاه گوئلف و یکی از نویسندگان کتاب مرجع سال ۲۰۱۳ در این زمینه، می‌گوید: «تبلور مجدد یخ، مهم‌ترین عاملی است که ماندگاری بستنی را محدود می‌کند.»[1]

بستنی در واقع یک کف پیچیده است که از حباب‌های هوا، گویچه‌های چربی، شربت غلیظ قند و یخ تشکیل شده است. در فرآیند اولیه تولید، حدود ۶۰ درصد از آب موجود در مایه استاندارد بستنی به شکل بلورهای یخ منجمد می‌شود.[3]

هدف یک تولیدکننده صنعتی بستنی این است که در کوتاه‌ترین زمان ممکن، بیشترین تعداد بلورهای یخ مجزا را تولید کند. در داخل یک مخزن انجماد پویا، تیغه‌ها صدها بار در دقیقه دیواره‌های فوق‌سرد را می‌تراشند و آب در حال انجماد را به دانه‌های میکروسکوپی خرد می‌کنند.[1]

وقتی این مخلوط از دستگاه خارج می‌شود، دمای آن حدود منفی ۵ درجه سانتی‌گراد است. در این مرحله، قطر بلورهای یخ به طور میانگین بین ۲۰ تا ۳۰ میکرومتر است؛ یعنی بسیار پایین‌تر از آستانه تشخیص زبان انسان.[2]

اما فرآیند انجماد در دستگاه همزن تازه در نیمه راه است. این محصول نیمه‌جامد باید بلافاصله وارد یک تونل انجماد سریع شود، جایی که دما تا منفی ۴۰ درجه سانتی‌گراد سقوط می‌کند. این مرحله سفت شدن، آب باقی‌مانده را به سرعت منجمد می‌کند، بلورهای موجود را در جای خود قفل کرده و از بزرگ‌تر شدن آن‌ها جلوگیری می‌کند.[1][3]

آسیب‌پذیری بستنی دقیقاً از لحظه‌ای شروع می‌شود که از آن سرمای عمیق بیرون می‌آید. در تمام طول مسیر از کارخانه تا سوپرمارکت و در نهایت تا فریزر خانه شما، این محصول در معرض نوسانات دمایی قرار می‌گیرد که در صنعت به آن «شوک حرارتی» می‌گویند.[2]

شوک حرارتی باعث آغاز یک فرآیند ترمودینامیکی به نام «رسیدن استوالد» (Ostwald ripening) می‌شود. وقتی دمای بستنی حتی اندکی بالا می‌رود (مثلاً از منفی ۱۸ درجه به منفی ۱۲ درجه سانتی‌گراد)، کوچک‌ترین و میکروسکوپی‌ترین بلورهای یخ شروع به ذوب شدن در شربت قند اطراف خود می‌کنند.[2][4]

وقتی دما دوباره پایین می‌آید، آن آب تازه آزادشده دیگر بلورهای کوچک و جدیدی نمی‌سازد. قوانین ترمودینامیک حکم می‌کنند که این آب حرکت کرده و روی سطح بلورهای بزرگ‌تر و باقی‌مانده دوباره یخ بزند.[1]

با هر چرخه ذوب و انجماد، تعداد کل بلورهای یخ کمتر می‌شود، در حالی که میانگین اندازه بلورهای باقی‌مانده افزایش می‌یابد. یک ظرف بستنی که فقط سه بار دمای بالاتر از منفی ۱۲ درجه سانتی‌گراد را تجربه کند، به سرعت معماری درونی‌اش از مرز ۵۰ میکرومتر عبور خواهد کرد.[4]

برای مقابله با این افت کیفیت اجتناب‌ناپذیر، دانشمندان علوم غذایی از تثبیت‌کننده‌ها استفاده می‌کنند؛ کربوهیدرات‌های پیچیده‌ای مثل صمغ دانه خرنوب، صمغ گوار و کاراگینان که اغلب از جلبک‌های دریایی یا دانه‌های گیاهی استخراج می‌شوند.[3]

این هیدروکلوئیدها جلوی تشکیل یخ را نمی‌گیرند. کار آن‌ها این است که به آب یخ‌نزده در مخلوط متصل می‌شوند و گرانروی (ویسکوزیته) کانال‌های میکروسکوپی شربت را که بین بلورهای یخ جریان دارند، به شدت افزایش می‌دهند.[1]

تثبیت‌کننده‌ها با غلیظ کردن این شربت، یک مانع فیزیکی ایجاد می‌کنند. آن‌ها سرعت حرکت مولکول‌های آب ذوب‌شده را کم می‌کنند و در زمان بروز شوک حرارتی، سفر این مولکول‌ها و چسبیدنشان به بلورهای بزرگ‌تر یخ را بسیار دشوارتر می‌سازند.[2]

قندها نیز از طریق کاهش نقطه انجماد، نقش شیمیایی بسیار مهمی ایفا می‌کنند. ساکارز و گلوکز حل‌شده، دمایی را که در آن آب موجود در مایه بستنی به یخ تبدیل می‌شود، پایین می‌آورند. این کار تضمین می‌کند که حتی در دمای استاندارد فریزر (حدود منفی ۱۸ درجه سانتی‌گراد)، بخشی از آب به شکل مایع باقی بماند.[3]

همین تعادل ظریف بین یخ، هوا و شربت یخ‌نزده است که به ما اجازه می‌دهد بستنی را به راحتی اسکوپ کنیم، به جای اینکه مثل یک تکه یخ سفت آن را بتراشیم. این موضوع همچنین به این معناست که محصول دائماً در یک وضعیت تغییر و تحول میکروسکوپی قرار دارد.[1][4]

برای کسانی که در خانه بستنی درست می‌کنند، رسیدن به لطافت بستنی‌های صنعتی کار بسیار سختی است. دستگاه‌های بستنی‌ساز خانگی مایه را خیلی کند منجمد می‌کنند و اغلب ۲۰ تا ۳۰ دقیقه طول می‌کشد تا یک وعده را هم بزنند؛ همین زمان کافی است تا بلورها قبل از رسیدن به فریزر، از مرز ۴۰ میکرومتر عبور کنند.[4]

جادوی حسی بستنی به یک وضعیت فیزیکی شکننده وابسته است که نیاز به محافظت حرارتی شدیدی دارد. برای حفظ این بافت لطیف، باید زنجیره سرما را با دقت مدیریت کنید و مطمئن شوید که این دسر جذاب، کمترین زمان ممکن را بیرون از پناهگاه امن فریزر سپری می‌کند.[4]