Как взаимодействуют молоко и кофе?

— В настоящий момент я являюсь стипендиатом на кафедре биохимии и ветеринарной медицины в университете Камерино, Италия. Работаю над проектом совместно с Simonelli Group. Его цель — изучение химических и физических свойств молока с последующим измерением их влияния на стабильность и текстуру молочной пены. Проект является уникальным, поскольку на данный момент нет публикаций, описывающих свойства молочной пены, полученной с помощью паровой трубки кофемашины. Подобный дизайн эксперимента позволяет нам оценить любые изменения в свойствах молока в условиях, максимально приближенных к работе бариста.

В результате мы планируем получить данные, описывающие различные химические изменения в молоке во время взбивания, а затем описать их возможное применение на практике.

— Это очень сложный вопрос, поскольку огромное количество межмолекулярных взаимодействий происходит между компонентами кофе и молока. Мы уже выяснили, что заметных изменений в составе жидкой части капучино (наш рецепт: 33 г эспрессо, 150 мл молока) не происходит, зато они есть в пенке. Одна из форм сывороточного белка бета-лактоглобулина полностью исчезает при температурах выше 60 градусов. Это происходит именно в капучино, в чистой молочной пенке такого эффекта не наблюдается.

Мы предполагаем, что это происходит именно из-за того, что частично денатурированный белок образует новые соединения с компонентами кофе, а также адсорбируется (внедряется) на поверхность пузырьков воздуха. Дальнейший анализ с использованием более точного оборудования позволит нам понять, что это за форма белка и каковы новые соединения с его участием.

Следующий показатель — сахара. Основной молочный сахар — лактоза (если речь не идет о безлактозном молоке). В ходе своих последних экспериментов я заметила, что безлактозное молоко ведет себя иначе при взбивании и отличается по вязкости от молока, содержащего лактозу. Далее мы будем проводить эксперименты по реакции Майяра (повсеместная реакция в пищевой химии, которая происходит между белками и углеводами при нагревании) и смотреть, как безлактозное молоко отличается от содержащего лактозу.

Резюмирую:

• Молоко должно содержать достаточное количество белка, желательно не менее 3 граммов на 100 граммов молока. Тут точно действует принцип «чем больше, тем лучше».
• По содержанию жиров возможны варианты. Для более мягкой и «кремовой» по текстуре пенки лучше не выбирать обезжиренное молоко. Обезжиренное молоко также хорошо взбивается и остается стабильным на протяжении достаточного времени, но дает меньше вкусовых ощущений.
• По углеводам (сахарам) такие выводы: лактоза оказывает влияние на вязкость и стабильность пены. Но при температурах ниже 70 градусов эта разница практически незаметна. Безлактозное молоко всегда слаще молока, содержащего лактозу.

Белки начинают денатурировать, благодаря чему они образуют своего рода «сетку» вокруг пузырьков воздуха, стабилизируя их. Второе замечательное свойство белков — амфифильность. То есть они и «любят» воду, и «боятся» её. Это значит, что один конец молекулы белка будет прикрепляться, или адсорбироваться, на поверхности пузырька воздуха, а другой конец, гидрофильный, останется в жидкой фазе. Если вся поверхность пузырька будет занята белками, то понадобится время, прежде чем они начнут сближаться друг с другом, что неизбежно приведет к образованию одного большого пузырька и деформации всей пены. Это свойство происходит из закона Лапласа: в пузырьках разного размера будет разное капиллярное давление (в большом пузырьке — меньшее давление), стремясь к равновесию, они соединятся в один при достаточном приближении. При этом воздух будет переходить из меньших пузырьков в большие и в какой-то момент меньшего пузырька не останется совсем.

Жиры плавятся только при температуре выше 40 градусов. То есть, чтобы обеспечить достаточную вязкость вокруг пузырьков воздуха в пене, необходимо молоко нагреть. Если в пене останутся частично твердые жиры, то они будут механически повреждать пузырьки воздуха и ускорять процесс агрегации (образования большого пузыря из нескольких маленьких).

И, наконец, лактоза. Ученые описывают, что язык человека лучше чувствует сладость теплых продуктов. Шестьдесят градусов — это температура, при которой сладость молока (и не только) будет ощущаться особенно ярко.

Почему пастеризованное молоко? Пастеризация — это менее агрессивный способ промышленной обработки молока. Такое молоко обычно хранится неделю-полторы. В отличие от ультрапастеризованного, это молоко имеет в составе в 2 (!) раза большую концентрацию сывороточных белков. Что дает бОльшую стабильность пены.

Почему холодное молоко? У вас будет больше времени для нагрева и взбивания, а значит, и для формирования структуры пены.

Почему нужна кофемашина? Конечно, можно взбить молоко и механически, венчиком или во френч-прессе, однако текстура такой пены будет отличаться. Не будет возможности для перемешивания жидкой части молока с новообразовавшимися пузырьками воздуха. Геометрия паровика в питчере позволяет бариста выбрать оптимальный угол наклона трубки в питчере, при котором слишком большие пузырьки воздуха не будут попадать в молоко, а затем все пузырьки будут равномерно перемешаны с жидкой частью молока.

— Да, с ними всё в порядке. Вернемся к разговору о белках. Белки – это поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые могут быть вам известны из моющих средств. Все ПАВы амфифильны, то есть одним своим концом молекулы крепятся к загрязнению, а другим – наоборот остаются в объеме моющего средства. Это и позволяет эффективно очищать жир и прочие загрязнения. То же самое с белками. Они адсорбируются на поверхности пузырьков воздуха, обратным концом оставаясь в жидкой фазе. Это позволяет стабилизировать пузырьки. В случае с растительным молоком мы будем иметь дело не с сывороточными белками (альфа-лактальбумином и бета-лактоглобулином), а с другими растительными белками. Но суть от этого не меняется. Белки во всех эти случаях будут играть роль стабилизаторов пузырьков воздуха.

— На мой взгляд, это вопрос вкуса. Не думаю, что каждому зерну требуется особое молоко, это как минимум было бы сложно выполнить технически. Но разница есть. Совершенно точно нужно быть аккуратным с зерном, обладающим высокой кислотностью, поскольку в кислой среде одни из молочных белков, теперь уже казеины, а не сывороточные, начинают агрегировать (сбиваться между собой). В итоге можем наблюдать «хлопья» на поверхности пенки. Она точно будет менее стабильна. Значение pH, при котором казеины агрегируют, — 4.6, это стоит учитывать.