Шоколадът: Физика на нежното блаженство

Честит Ден на шоколада!

Примамлив какаов аромат и нежно разтапяне: Шоколадът е едно от най-предпочитаните сладкарски изделия, но и обект на много изследвания.

Отдавна учените атакуват сладкото изкушение с най-модерните методи за проучване – от високотехнологичен рентген до симулация с висока разделителна способност. Новият шоко-проект поставя акцент върху кремообразната структура и разтапянето на шоколада: За целта с помощта на модели учени от Мюнхен надникват чак до отделните молекули.

От решаващо значение за типичното усещане за разтапяне на шоколада в устата е конширането. Тази техника представлява загряване на сместа от какао, захар, сухо мляко и други добавки в зависимост от вида на шоколада до температура 70-82°С, механичното й раздробяване на микроскопични частици и разбъркването й за продължително време. „Течният шоколад се състои от липофилна флуидна фаза от какаово масло и разтворени в нея частици от захар и какао“, обясняват Хайко Бризен и колегите му от Технически университет Мюнхен. За да не образуват бучки съставните части, в края на конширането се добавя растителен лецитин. „Съществуват много хипотези относно влиянието на лецитина върху производството на шоколад“, казва Бризен. Изглежда, че лецитинът заглажда повърхността на захарните частици и така прави възможно плъзгането им една покрай друга. Това прави шоколадовата смес по-мека и по-кремообразна. Но какво точно се случва на молекулярно ниво, досега не беше известно – както и кой вид лецитин има най-много предимства.

За да обяснят това, Бризен и колегите му провеждат молекулярно-динамична симулация. Създадените модели възпроизвеждат взаимовръзките между атоми и молекули, основавайки се на химичните и физични закони. При такива комплексни процеси като химията на храните те до този момент са използвани рядко. За да проследят влиянието на лецитина, учените се концентрират върху една решаваща стъпка: свързването на лецитина с молекулата на захарта. С понятието лецитин всъщност се обозначават различни подобни едни на други фосфолипиди, както обясняват учените. Всички те се състоят от хидрофилна глава и хидрофобна опашка от въглеводородни вериги. За своята симулация Бризен и екипът му избират 6 вида лецитин с най-разпространените видове глава и наблюдават в модела какво се случва при тяхното струпване върху захарта.

Всичко зависи от главата

Както става ясно, лецитинът най-напред “навира глава” в захарозата. При това главата се абсорбира в толкова голяма степен, че се изгубва напълно в захарните частици – и именно това е тайната на действието на лецитина. „При струпване на молекулите на лецитина върху повърхността на захарозата, те минимизират взаимодействието между хидрофилната им глава и хидрофобното какаово масло“, обясняват учените. В този случай лецитинът принципно показва поведение, което е подобно на тензидите в миещите препарати: Те ограждат замърсяващата частица и се грижат за добра разтворимост във водата. Лецитинът образува един вид мастноподобна обвивка около захарта и по този начин се грижи за това частиците на захарозата да останат поединично в какаовото масло – така се избягва образуването на кристални бучици.

Учени откриват още нещо: При конширане не всеки лецитин се свързва оптимално с частиците на захарта. В зависимост от съответната разновидност главичките на фосфолипидите образуват или само 3-4 водородни връзки със захарозата, или до 6 връзки. С това симулацията показва защо лецитинът фосфатидилхолин (PC) се смята за особено подходящ при конширане: Тази молекула спада към онези, които се закрепват към захарта посредством 4 до 6 водородни връзки. Най-малкият лецитин – фосфатидилинозитол (PI) – при симулацията се проявява като образуващ още по-стабилни връзки. Той се свързва със захарта също посредством 6 връзки, които обаче са по-здрави от тези на PC. Учените смятат, че постигнатите резултати за разликите в поведението на различните видове лецитин могат да бъдат изключително ценни за производството на шоколад. Вместо да се следва принципа „проба-грешка“, производителите ще могат целенасочено да избират онзи лецитин, който според тях притежава най-подходящите качества. „Имам твърдата увереност, че в бъдеще молекулярната динамика ще намери своето място в процеса на проучване на хранителните продукти“, споделя Бризен.

Още по темата

01/09/2015

Човекът

Науката в басейна

31/07/2015

Животът

Поглед назад в историята на кокошката

30/07/2015

Физика

Фотонни кристални влакна в ролята на многофункционален сензор

21/07/2015

Животът

Подводни оранжерии за босилек в Италия