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

13.01.2025 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.