Во времена Альфреда Нобеля не было бытовых морозильных камер и больших хладокомбинатов, поэтому мороженое считалось десертом очень богатых и знатных людей. Основатель важнейшей научной премии желал, чтобы выдающихся ученых чествовали самыми престижными блюдами, поэтому во время Нобелевской недели десятки поваров трудились ради нескольких шариков пломбира на каждого гостя.
Мы досконально изучили физику мороженого и рассказываем, почему заморозить сладкие сливки не так просто. А еще раскрываем секрет поваров Нобеля и рассказываем, как сделать мороженое, имея под рукой только лед и соль.
Из чего состоит пломбир?
Классическое мороженое делается из жирных сливок, яичного желтка, сахара и вкусовых добавок. Кулинарные нюансы обсуждать не будем, лучше разберем эту смесь с точки зрения химии.
Сливки примерно на 75% состоят из воды, еще около 15% массы составляют жиры. Остальное - белки (3,5%), лактоза (5%), витамины и минеральные вещества. Жиры и белки в воде не растворяются - в молоке они содержатся в виде микроскопических капель, равномерно распределенных по всему объему.
Смешиваем несмешиваемое
Растворение любого вещества - это не просто смешивание с растворителем, а химическая реакция. Когда вы насыпаете соль в воду, молекулы воды мгновенно нападают на кристаллики соли и начинают отрывать от них отдельные ионы. То же самое происходит при растворении спирта в воде - с химической точки зрения их молекулы очень похожи, поэтому им легко подружиться и стать раствором.
Молекулы жира устроены так, что вода не может с ними реагировать. Зато друг за друга они держатся с огромной силой. Как бы энергично вы не пытались взбить масло с водой, у вас всегда будет получаться не раствор, а множество мельчайших шариков жира в воде - эмульсия.
Кстати, все вещества делятся по способности взаимодействовать с водой. Те, что “любят” воду, называются гидрофильными. Вещества, которые не растворяются в воде, но притягиваются к жирам, называются липофильными.
Почему просто не заморозить сливки?
Морозильные камеры бытовых холодильников остужают продукты до -18°С. При такой же температуре мороженое хранится в магазинах. Почему бы просто не замешать в стакане сливки, яичный белок, сахар, и поставить это все в морозильник? Увы, получить хороший десерт так почти нереально.
Во-первых, замораживание этой смеси займет много часов, ведь у жира очень плохая теплопроводность, а эмульсия полностью затвердевает при температуре около -5°С.
Во вторых, в морозильной камере эмульсия очень быстро начнет расслаиваться. Вода начнет замерзать и превратится в длинные игольчатые кристаллы, которые будут хрустеть на зубах. Капли жиров и белков при этом будут укрупняться, и в итоге все самое вкусное скопится на дне стакана.
Кстати, медленное вымораживание - один из промышленных способов разделения эмульсий и растворов веществ с разной температурой плавления. Готовить так мороженое - не лучшая идея. Подсказываем правильный способ.
Мгновенное мороженое. Наш рецепт
Приготовление мороженого дома может стать занимательным мастер-классом по физике для ваших детей. Все необходимое вы найдете в ближайшем гипермаркете, а сам процесс займет не более часа (вместе с подготовкой).
Для приготовления мороженого вам понадобятся:
1. Сливки 15%, сахар, яйцо, ароматизаторы и фрукты по вкусу.
2. Лёд (примерно 2 кг на 100 г. мороженого)
3. Блендер или нож для колки льда
4. Кастрюля с крышкой или большой контейнер для еды.
5. Герметичный кондитерский мешок или пакет для запекания.
6. Поваренная соль.
Ход работы:
1. Приготовьте заранее 1.5-2 кг льда в морозильной камере.
2. Смешайте 350 г. сливок, 3 столовые ложки сахара, добавьте яичный желток и ароматизаторы по вкусу. Взбейте смесь блендером до однородного состояния и поставьте ее в холодильник.
3. Измельчите лед до состояния мелкой крошки или снега. Чем старательнее вы это сделаете, тем более качественным получится мороженое.
4. Извлеките молочную смесь из холодильника и перелейте ее в герметичный кондитерский пакет. Как следует завяжите его, чтобы ничего не проливалось.
(Мы провели этот опыт в лабораторном стакане, чтобы постоянно измерять температуру и показать вам результат. Так сделать тоже можно, но в пакете будет удобнее и быстрее).
5. Засыпьте ледяную крошку в кастрюлю или пищевой контейнер. Затем положите туда же пакет с молочной смесью и прикопайте его.
6. Добавьте ко льду примерно 500 г. повареной соли. Быстро закройте крышку.
Внимание! Смесь льда и соли очень резко охлаждается и может вызвать ожоги. Не прикасайтесь ко льду руками, и тем более не давайте ребенку играть с ним.
7. Потрясите контейнер около 5 минут. Откройте крышку и извлеките пакет с готовым мороженым.
8. Выдавите мороженое на блюдца и подавайте к столу.
Что произошло?
Растворы солей в воде замерзают при намного более низких температурах, чем чистая вода. Причем это свойство зависит только от концентрации соли в растворе, а не ее состава. На этом принципе основана работа противогололедных реагентов: лед, посыпанный солью, начинает таять.
Чтобы твердый лед превратился в жидкую воду, необходимо разрушить прочные связи в кристалле. Тепловая энергия для этого отбирается у пакета с молочной смесью, и происходит резкое охлаждение.
Кстати, в лаборатории мы использовали не поваренную соль, а нитрат аммония. Он отличается от большинства солей тем, что сам сильно охлаждается при растворении в воде. Именно эта соль применяется в медицинских компрессах “снежок”, которые применяют при ушибах. Получается, что сразу два физико-химических явления помогают нам получить мороженое. Однако, это вещество ни в коем случае не должно попасть в сам продукт, поэтому мы не рекомендуем использовать его на кухне.
Мы измерили температуру льда перед началом эксперимента и получили -7.1°С. Начальная температура молочной смеси равнялась +1°С.
После добавления соли температура ледяной смеси резко упала до -22°С. Это на 4 градуса холоднее, чем температура в морозильной камере обычного холодильника.
Теплоемкость льда оказалась достаточно высокой, чтобы за 5 минут понизить температуру мороженого на 6°С, с +1°С до -5°С. К концу опыта (спустя 20 минут) температура мороженого упала до -12°С.
Такая быстрая заморозка не позволяет молочной эмульсии разделиться. Еще лучшего результата чем у нас можно достичь, если проводить опыт в пакете, и постоянно встряхивать смесь.
Как производят мороженое на заводах?
Главный секрет мороженого промышленного производства (как и нашего, домашнего) - постоянное перемешивание смеси и быстрая заморозка.
Мощные машины на хладокомбинатах позволяют раздробить жировые шарики до размеров в несколько микрон. Затем аммиачные холодильные установки замораживают сырье за считанные минуты, при этом перемешивание не останавливается. Потом почти готовое мороженое обрабатывают потоком ледяного воздуха. Оно охлаждается до -35 С, его можно резать, упаковывать и отправлять в магазины.
Кстати, отчасти этот процесс можно повторить дома, если купить мороженицу или фризер. Эти простые устройства тоже постоянно перемешивают молочную смесь, решая проблему распада эмульсии и неравномерного замерзания.
Приятного аппетита!
____________
Sciencely — это образовательные программы для детей 7-16 лет в онлайне и офлайне, а также наборы для научных экспериментов. Мы, выпускники естественнонаучных факультетов МГУ и молодые врачи, делаем непонятное понятным и для ребят, и для родителей. Занимайтесь и будьте с нами: https://scly.me/us
