Цивилизация
Шоколад — одна из самых популярных сладостей в мире, причем этот продукт не только вкусен, но и полезен. Какао — основной компонент шоколада — является одним из самых богатых источников растительных антиоксидантов (веществ, замедляющих процесс окисления). Шоколад также содержит алкалоиды (природные азотосодержащие органические соединения), такие как теобромин (применяется для лечения бронхолегочных заболеваний, а также, например, в стоматологии для реминерализации зубной эмали) и бодрящий кофеин. Кроме того, шоколад повышает уровень «гормона счастья» серотонина, а в результате некоторых исследований было доказано, что шоколад может понизить кровяное давление. Но каким бы полезным ни казался этот продукт, к сожалению, в настоящее время
шоколадные изделия содержат огромное количество жира (какао-масло), что приводит к ожирению и прочим проблемам со здоровьем.
Основными потребителями шоколада являются дети. Снижение уровня жира в шоколадной продукции сделало бы его потребление более безопасным и полезным для них. Несмотря на то что данная проблема была поднята несколько десятилетий назад, никакого фактического решения до сих пор не было найдено. Некоторые производители (такие как Procter&Gamble и Nabisco) пытались решить эту проблему, заменяя какао-масло низкокалорийными жирами, однако ни к каким результатам это не привело: в большинстве стран данные жиры просто-напросто запрещены к употреблению в пищу и продукция не допускается на рынок.
Однако наука продвинулась в решении данного вопроса. Группа ученых из Темпльского университета (штат Калифорния, США) доказала, что электрическое поле способно изменить микроструктуру шоколада, тем самым уменьшая его вязкость и позволяя изменить долю жира в любимой всеми сладости. Данное исследование было опубликовано в последнем выпуске журнала PNAS.
Почему же так сложно уменьшить количество жира в шоколаде? Данный вопрос оказался связан со свойствами жидких суспензий: несмотря на то что шоколад мы покупаем, как правило, в форме плиток или конфет, на протяжении всего цикла приготовления шоколад остается жидким и твердеет уже только перед упаковкой и отправкой. Во время застывания жидкого шоколада какао-масло подвергается процессу кристаллизации, причем формироваться могут пять разных типов кристаллов.
Жидкие суспензии в составе шоколада (такие, как топленый жир и разнообразные масла, в основном масло какао) характеризуются двумя важными величинами: плотностью суспензии и величиной вязкости, которая зависит от формы частиц.
Применение электрического поля в направлении потока жидкого шоколада позволило изменить форму твердых частиц и превратить их в вытянутые вдоль направления потока сфероиды. Это изменение микроструктуры шоколада ломало осевую симметрию частиц, приводя к увеличению их объема и уменьшению вязкости вдоль направления потока. Другими словами, подобный способ способствует структурированию частиц какао в короткие цепи вдоль направления потока — в то время как обычно они хаотично распределены по субстанции. В совокупности цепи подобны вытянутым сфероидам.
Такое изменение микроструктуры позволяет выявить два значимых эффекта. Во-первых, так как плотность субстанции шоколада сильно зависит от формы частиц, шоколадная масса становится более жидкой — и после превращения частиц в сфероиды становится возможным изменить минимальный объем жидких составляющих, в том числе и жира. Во-вторых, скопление коротких цепей частиц шоколада по направлению потока ломает вращательную симметрию, делая вязкость жидкого шоколада более изменчивой.
В традиционном подходе электрическое поле используется только перпендикулярно направлению потока, что лишь увеличивает вязкость субстанций.
Для того чтобы осуществить все вышеуказанные операции с шоколадом, исследователи изобрели специальный аппарат. Наверху в большом контейнере находится жидкий шоколад при определенной контролируемой температуре. С помощью газа азота на шоколадную массу оказывается дополнительное давление для управления скоростью потока субстанции. Шоколад течет вниз, проходя по металлическим сеткам через несколько электродов, по которым передается напряжение в направлении потока. Важное значение играют скорость потока, температура, длина и радиус капиллярных трубок и многое другое.
Ученые провели ряд испытаний различных образцов шоколада нескольких крупных производителей, таких как Mars, Hershey и Blommer. По результатам работы исследователям удалось уменьшить вязкость всех видов шоколада на 40–50%, что позволило снизить долю жира на десять и более процентов. Авторы исследования сделали вывод, что техника подходит для всех видов шоколада. Впрочем, по словам ученых, этот метод пока несовершенен и оптимальные параметры для уменьшения вязкости пока не найдены. Речь здесь идет о двух важных параметрах — силе электрического поля и времени его воздействия на шоколад.
Ученые надеются, что такие нетрадиционные технологии помогут создать новый тип полезного и вкусного шоколада. Кстати, в последнее время производство шоколада все чаще становится ареной для испытания новых технологий. Так, совсем недавно бельгийские исследователи научились проверять качество шоколада во время его приготовления при помощи ультразвука.
«По мере застывания жидкого шоколада какао-масло подвергается процессу кристаллизации.
Во время этого процесса могут формироваться пять типов кристаллов, но необходимыми свойствами обладают кристаллы только одного типа.
Кроме того, количество, размер, форма и способ соединения кристаллов между собой также оказывают существенное влияние на качество шоколада», — комментирует один из авторов работы. Авторы исследования утверждают, что применяемый ими метод позволяет понять, кристаллы какого типа сформировались в масле, как они соединены между собой, какой формой и размером они обладают. Ученые надеются, что ультразвуковые исследования станут хорошей альтернативой проверки качества шоколада в лабораторных условиях, которая отнимает немало времени и денег.