Hóa học của “cà rem”

Có lẽ không có ký ức thời thơ ấu nào để lại trong chúng ta mạnh mẽ nhiều đến như vậy khi nhắc đến “cà rem”.

Lúc nhỏ, ai trong số chúng ta cũng đều thích và ít nhất một lần trong đời thưởng thức chúng. Ôi cái vị ngọt, lạnh ngắt ấy thật tuyệt làm sao giữa trưa hè nóng bức! Khi những chiếc xe “cà rem” với tiếng leng keng điển hình, chạy qua khu phố hay đầu ngõ, tôi và bọn trẻ trong xóm đều bật người dậy dù có đang làm gì đi nữa để chạy ra “hóng”. Nhưng các bạn biết đấy “cà rem” không chỉ giành riêng cho trẻ em đâu nhé!

Theo thống kê ở Mỹ, người ta ghi nhận rằng cư dân ở đây tiêu thụ khoảng 1,5 tỷ gallon kem mỗi năm; tức là khoảng 5 gallon (19lít)/người! Vì thế, chủ đề hôm nay của chúng ta sẽ là hóa học của “cà rem” hay kem nhé! Ai trong số các bạn biết gì về chúng mạnh dạn đưa ra ý kiến đi nào. Các bạn biết đấy kem mà tất cả chúng ta thưởng thức là kết quả của nhiều năm thử nghiệm liên quan đến hóa học đấy!

Mặc dù kem trông có vẻ đơn giản nhưng chúng lại là một ví dụ điển hình về tính phức tạp của hóa học. Về cơ bản, kem bao gồm ba thành phần cơ bản: sữa, kem (cream) và đường. Nhìn thì có vẻ dễ ợt nhưng làm thế nào để có thể pha trộn ba thành phần thực sự lại với nhau được? Đây là cả một quá trình nhưng khi kết thúc, kết quả như thế nào thì chắc các bạn biết rồi đấy!

Câu trả lời đơn giản là chúng ta chỉ cần pha trộn các thành phần lại với nhau, sau đó đóng băng chúng là được “cà rem” thôi. Tuy nhiên làm như vậy là không đủ để làm kem ngon. Để hiểu điều này tại sao, chúng ta sẽ cần phải nói lần lượt về từng thành phần, và những gì chúng mang lại.

Về mặt hóa lý, kem là một loại nhũ tương, chúng là sự kết hợp của chất béo và nước, mà thường sẽ không kết hợp với nhau mà không tách ra. Tuy nhiên, trong một nhũ tương, các giọt nhỏ chất béo được phân tán trong nước để tránh sự phân tách này. Cách thức thực hiện điều này là kết quả của các tính chất hóa học của các phân tử trong nhũ tương.

Các giọt chất béo trong “cà rem” đến từ cream thường được sử dụng để làm. Chất béo chủ yếu bao gồm một nhóm các phân tử được gọi là triglycerid, với lượng rất nhỏ (ít hơn 2%) các phân tử khác như phospholipid và diglycerid. Các chất béo trung tính được tạo thành từ một phân tử glycerol kết hợp với ba phân tử acid béo.

Nhiệt độ nóng chảy của chất béo được sử dụng trong kem rất quan trọng, vì nếu chất béo tan ở nhiệt độ quá cao sẽ tạo ra cảm giác như có sáp trong miệng (giống như cảm giác lúc ăn kém ấy!), trong khi ngược lại nếu chúng tan ở nhiệt độ quá thấp thì khó làm kem ổn định. May mắn thay, chất béo sữa lại rơi xuống đúng phạm vi này! Khi đều này xảy ra, bạn cũng có thể làm kem với dầu cọ và dầu dừa, vì nhiệt độ nóng chảy của chúng là tương tự.

Như đã đề cập ở trên, chúng ta mong muốn chất béo trong “cà rem” tách ra khỏi nước. Lý do là chúng không thể được sử dụng một số các thành phần khác. Protein từ sữa hoặc kem đóng một vai trò quan trọng. Trong quá trình sản xuất “cà rem”, chất béo bị ép qua một van nhỏ dưới áp suất cao để phá vỡ nó thành những giọt nhỏ.

Các protein sữa dính vào bề mặt của những giọt chất béo này, tạo ra một màng mỏng. Màng của các phân tử protein này giúp ngăn ngừa các giọt chất béo hòa tan trở lại vào các giọt lớn hơn, bởi vì các protein cá nhân bao bọc các giọt chất béo đẩy nhau khi chúng tiếp xúc gần nhau.

Chúng ta chưa đề cập đến chất nhũ hoá, nhưng chúng cũng là một phần quan trọng của hỗn hợp “cà rem”. Thông thường, đây là các phân tử giúp tạo ra nhũ tương dễ dàng hơn – một đầu trong số chúng hòa tan trong nước, trong khi đó một đầu còn lại hòa tan trong chất béo và dầu. Chất nhũ hoá bao quanh các giọt chất béo và dầu, và cho phép chúng trộn với nước hơn là tạo thành các lớp riêng biệt.

Trong “cà rem”, vai trò chất nhũ hoá dường như hơi trái ngược với tên của chúng – chúng thực sự có mặt để giúp làm khử nhũ tương trong một số chất béo. Người ta làm điều này bằng cách thay thế một số protein sữa trên bề mặt của các giọt chất béo. Điều này dẫn đến màng mỏng hơn xung quanh các giọt nước, do đó có nghĩa là chúng có nhiều khả năng kết tụ và tụ lại trong quá trình “đánh”. Chúng ta cần một số chất béo trong “cà rem” để khử nhũ tương bởi vì nó đóng một vai trò quan trọng trong bẫy không khí.

Khi “cà rem” được làm, chúng đồng thời được khí hóa và đông lạnh. Hầu hết các loại kem sẽ có một lượng đáng kể không khí chứa trong chúng, và sự kết hợp chất béo, protein và chất nhũ hoá là quan trọng. Thật khó để kết hợp không khí nhiều vào các sản phẩm có chứa chất béo và chất đạm – chẳng hạn như “sorbet” (đây là kem không béo cụ thể là không có trứng, kem tươi hay sữa.. thành phần chủ đạo của sorbet là hoa quả, nước và đường).

Kem chất lượng tốt hơn thường có hàm lượng không khí thấp hơn, và do đó có mật độ cao hơn. Kem có không khí nồng độ cao hơn cũng tan chảy nhanh hơn. Điều này cũng dễ hiểu đúng không nào, hãy mua thử một vài loại “cà rem” và kiểm chứng điều này nhé các bạn!

Ngoài ra, việc đóng băng cũng thêm vào như một yếu tố quan trọng khác cho kem. Các nhà máy hiện đại thường sử dụng amoniac lỏng để tạo ra nhiệt độ thấp cần thiết, mặc dù trước đây đã có sẵn, hỗn hợp nước và muối đã được sử dụng. Việc thêm muối vào nước có thể làm giảm điểm nóng chảy xuống thấp đến -21.1˚C, trong khi amoniac lỏng được sử dụng ở khoảng -30oC. Chất làm lạnh hơn càng được sử dụng thì kem càng nhanh có thể được làm ra.

Bên cạnh đó, “cà rem” được làm bằng thùng với dao cạo xoay. Khi kem chạm vào hai bên của thùng, nó đóng băng, nhưng sau đó ngay lập tức bị cạo bởi các lưỡi dao cạo. Các tinh thể băng rất nhỏ được tạo ra được phân tán trong suốt hỗn hợp. Bởi vì, người ta muốn các tinh thể băng nhỏ nhất có thể, bởi vì chúng nhỏ hơn, thì kem sẽ mịn màng hơn.

Đến đây, chúng ta đã giải quyết xong “hai em” rồi. Bây giờ tiếp tục xem xét đến “em” cuối cùng là đường nha! Đường là một thành phần chính quan trọng bởi vì chúng làm “cà rem” ngọt, giúp làm giảm điểm đóng băng của nước và làm giảm lượng nước đá được tạo ra trong quá trình đông lạnh. Bằng cách thay đổi lượng và loại đường được sử dụng, chúng ta có thể kiểm soát đến độ cứng của kem, vì kem mềm chứa ít băng hơn. Ngoài ra, đường cũng ảnh hưởng đến độ nhớt của xi-rô lỏng, trong đó các giọt chất béo và bong bóng khí bị phân tán.

Tuy nhiên, chất ổn định cũng ảnh hưởng đến độ nhớt của chất lỏng. Chúng là các phân tử hòa tan trong nước thường được lấy từ thực vật và đóng một vai trò quan trọng. Một thí dụ thường được sử dụng là alginate natri, được bắt nguồn từ rong biển nâu, cũng như chất ổn định khác, carrageenan (ít được sử dụng nhiều hơn do chi phí của nó). Chất ổn định cũng giúp giảm tỷ lệ nóng chảy của kem, và tạo cho nó một kết cấu mượt mà hơn.

Có lẽ thành phần quan trọng nhất là hương vị của kem. Điều này có thể, bởi vì tùy thuộc vào hương vị mong muốn mà người ta thêm vào tự nhiên, thí dụ bằng cách thêm vanilla. Ngoài ra, chúng cũng có thể được thực hiện thông qua việc sử dụng hương vị nhân tạo.

Các hương vị khác có thể được nhân rộng theo cách tương tự, mặc dù chúng có khuynh hướng yêu cầu một hỗn hợp phức tạp hơn của phân tử để đạt được hương vị đích thực. Thuốc nhuộm tự nhiên như anthocyanin sau đó có thể được thêm vào để đảm bảo kem có màu chính xác.

Một số thành phần khác hơi đáng ngạc nhiên hơn. Thí dụ như skatole là một phân tử được tìm thấy trong phân – cũng như trong kem với số lượng rất nhỏ. Đó là một phân tử kỳ quặc, ở nồng độ cao, có mùi chính xác như bạn nghĩ nó sẽ được tìm thấy trong phân nhưng lại có mùi hoa ở nồng độ rất thấp. Trong một số kem, nó được thêm vào như một chất tăng cường hương vị.

Như vậy chúng ta đã hiểu rõ về hóa học của “cà rem” rồi đúng không nào. Bây giờ các bạn có thể mua vài cây “cà rem” và một số loại kem với các hương vị khác nhau để thưởng thức rồi nhé! Và hãy nhớ rằng đằng sau hương vị tuyệt vời ấy là sự kết hợp thú vị các thành phần hóa học tạo nên chúng nhé!

Tham khảo Compound Interest, ACS, Discovermagazine và Wikipedia.

Add a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *