- カチョ・エ・ペペはチーズ・胡椒・でんぷん水だけで作るシンプルなソースだが、加熱中にチーズタンパク質が凝集し、ソース全体を覆う Mozzarella Phase が生じやすい
- チーズと水の比率、でんぷん濃度、温度を変えた実験で、でんぷんがチーズの凝集安定性を左右する重要な変数であることが示された
- でんぷんがチーズ質量に対して 1%未満 だと大きな塊ができやすく、でんぷんを増やすと凝集開始温度が上がり、塊のサイズが小さくなる
- でんぷんを1%に固定してチーズタンパク質比率を変えると、均一領域と凝集領域を分ける binodal curve が現れ、最小自由エネルギーモデルで定性的に再現された
- trisodium citrateはチーズ質量に対して 2%以上 で目に見える凝集を防ぐが、伝統的な材料ではなく、チーズの風味を弱める可能性があるため選択は分かれる
シンプルな材料の背後にある物理問題
- カチョ・エ・ペペはイタリア・ラツィオ地方の伝統的なパスタで、ペコリーノチーズ・胡椒・でんぷんが混ざった水で作ったクリームを麺に絡める料理である
- 材料は少ないが、チーズと水の混合物は加熱すると容易に分離し、大きなチーズの塊でソースが台無しになることがある
- 高温はチーズタンパク質の変性と凝集を促進するため、沸騰した湯をすぐチーズと混ぜず、冷ます工程が重要である
- 水だけを使う場合は約 65°C 付近で大きな塊が生じ、この状態を Mozzarella Phase と呼ぶ
- パスタのゆで汁には少量のでんぷんが含まれているため普通の水より塊の発生を減らし、水分を煮詰めてでんぷんを濃縮した「risottata」パスタ水は塊をほとんど見えなくする
でんぷん濃度とMozzarella Phase
- 実験ではPecorino Romano DOPを使用し、チーズとでんぷん水を 1:1の質量比 で混ぜたうえで、温度とでんぷん濃度を変えて観察した
- でんぷんは水に溶かして加熱し、糊化させた後、室温まで冷ましてチーズと混ぜた
- 混合物はスービード装置で温度制御した湯せんで加熱し、各温度でサンプルをペトリ皿に取り出して撮影した
- 温度はサンプリングごとに 5°Cずつ 上げ、蒸発した水は各段階で補充した
- 凝集の程度は写真中のチーズ塊を検出して楕円で近似し、その楕円の長軸を aggregate size として定量化した
- でんぷん濃度が高いほどソースはより安定に保たれる
- より高い温度になってから塊が生じる
- 平均的な塊のサイズが小さくなる
- Mozzarella Phaseの発生が抑制される
- でんぷんはソースをより均一にし、調理中の温度制御ミスにも鈍感にする
チーズタンパク質比率が作る相境界
- でんぷん濃度を水に対して 1% に固定し、チーズ50gに混ぜるでんぷん水の量を変える実験も行った
- この条件では、前の一部実験で見られたMozzarella Phaseを避けることができた
- 凝集を主導するタンパク質の影響を見るため、Pecorino Romano DOPの栄養成分を用いてチーズ濃度を タンパク質質量分率ϕ に換算した
- 実験結果は、均一な混合物の領域と、より大きな凝集体が現れる領域の間に binodal region があることを示している
- binodalの形は放物線型でフィットでき、最低点は水とチーズが1:1のときのタンパク質質量分率 0.134 よりわずかに低い位置にある
- この形は、タンパク質質量分率が低い場合または高い場合には、高温でもよく混ざったソースになり得ることを意味する
- binodalの上側の塊は実験中に動的に安定しており、大きく成長するcoarseningは観察されなかった
- active chemical reactionのないエマルションであるため、Turing-likeメカニズムというより、非常に遅いripening dynamicsによる可能性が高い
最小モデルで見たソースの相分離
- モデルは、チーズタンパク質と、水・でんぷん・塩・脂質を含む effective solvent の二成分混合物として単純化した
- チーズにはcaseinとwheyタンパク質があり、実験温度範囲ではwheyタンパク質の一部が変性する
- 自由エネルギー密度はFlory-Huggins形式を用い、タンパク質質量分率ϕ、相互作用パラメータχ、相対サイズnを含む
- 2つの相が共存するには、交換化学ポテンシャルと浸透圧がそれぞれ等しくなければならない
- 実験で得たbinodalを用いて温度ごとのχ(T)とn(T)を逆算し、これらの値でbinodal curveを再構成した
- χの増加は、加熱によるwheyタンパク質の変性・凝集、whey-casein micelleおよびmicelle-micelle相互作用の増加と関連している可能性がある
- nの増加は、whey変性またはでんぷんを介したタンパク質複合体の形成と関連している可能性がある
- この単純モデルは実際の微細構造と正確に対応するものではないが、観察された相挙動の主要な特徴を捉えている
trisodium citrateという代替安定剤
- trisodium citrateは食品産業で乳化剤とpH bufferとして広く使われ、カルシウムイオンをキレートしてタンパク質相互作用を変えることができる
- caseinタンパク質の凝集ではカルシウムが重要な役割を果たすため、trisodium citrateは乳製品ベースのソース安定化に効果的である
- 実験はチーズと水を 1:1 で混ぜ、チーズ質量に対してtrisodium citrateを 1%、2%、3% 入れて行った
- 2%未満 ではソースを十分に安定化できず、安定剤を入れない場合より高い温度であっても、Mozzarella Phase的なシステム全体の塊が生じる
- 2%以上 では目に見える大きさの凝集体は生じず、ソースが非常に安定に保たれる
- でんぷんを使う場合は小さな凝集体が残ることがあるが、trisodium citrateでは完全に安定なソースへ移る遷移がより鋭い
- 効果は強いが伝統的な調理法から外れ、チーズの風味をやや鈍らせる可能性がある
科学的に最適化した調理法
- 成功するカチョ・エ・ペペは、でんぷんとチーズの比率を合わせることに大きく左右される
- でんぷんがチーズ重量の 1%未満 だと、Mozzarella Phaseに相当する不快な大きな塊が生じやすい
- でんぷんが 4%を超えると、冷めるにつれてソースが硬くなり、食べにくくなる
- 味と食感のテストで理想的なでんぷん範囲は 2〜3% である
- 空腹の2人分の例は次のとおり
- パスタ 300g
- チーズ 200g
- でんぷん 5g
- 水 50g にでんぷんを溶かして加熱し、粘性が出てほぼ透明になるまで糊化させる
- パスタのゆで汁だけでは、ソースを安定化するのに十分なでんぷんはない
- でんぷんを濃縮した「risottata」パスタ水も使えるが、最終的なでんぷん量を制御しにくいため、粉末でんぷんを直接計量する方がより精密である
- 糊化したでんぷんgelに水 100g を加えて冷まし、チーズを入れてブレンダーで均一に混ぜる方法が推奨される
- 手でおろしたチーズは粒子サイズがばらつくことがあるため、でんぷん溶液と一緒にブレンドすると、より均一なソースを作りやすい
- 胡椒はあらかじめフライパンでトーストすると、風味と香りを高められる
- 代替として、チーズ200gに対してtrisodium citrate 5g を水 150g に溶かして使うこともできるが、伝統的な材料ではなく、チーズの風味と食感を変える可能性がある
- パスタは軽く塩を入れた湯でal denteにゆで、一部の湯を残してから水気を切る
- 水気を切ったパスタは最大1分ほど冷まし、過度な熱でソースを不安定にしないようにする
- 実験では約 40分 かけて50°Cから95°Cまでゆっくり加熱し、kinetic effectを減らしたが、家庭のキッチンではこの水準の制御は実用的ではないため、熱衝撃を減らすことが重要である
- 安定化したソースはフライパンで再加熱しても食感を保ち、80〜90°C 程度でも塊や分離のリスクを減らせる
残された問いと拡張可能性
- 研究は、でんぷんがチーズと水の混合物の均一性を高め、水の沸点に近い温度まで安定性を高められることを定量化した
- trisodium citrateはでんぷんと異なり、カルシウムイオンをキレートしてタンパク質凝集を防ぎ、相分離したソースから均一なエマルションへより急激な遷移を作る
- でんぷん濃度に応じてチーズ塊の形がどう変わるかは、さらに詳細な分析が必要である
- でんぷん増加に伴い、チーズがシステム全体を横切るMozzarella Phaseから複数の小さな凝集体へ変わる現象は、少なくとも3種類の成分を明示的に含むモデルで扱える
- より詳細なモデルには、タンパク質の2つの状態、effective solvent、casein micelle、異なるサイズのタンパク質凝集体を含めることができる
- 多成分モデルでは、温度に応じた相互作用とサイズパラメータ依存性を推定するために、より多くの実験が必要になる
- でんぷんが有効パラメータと粘度に与える影響、胡椒粒子が凝集核として作用する可能性も、残された分析対象である
1件のコメント
Hacker News のコメント
伝統的なカチョ・エ・ペペを作る店の秘訣は、パスタのゆで汁でソースを乳化させることにある
ただし、家庭で使うパスタのゆで汁とは同じではない。家庭では 500g のパスタを 5000g の水と 50g の塩という定番の比率でゆでても、デンプンはごく少ししか出ないが、店では一日中、あるいは一週間ずっと同じパスタのゆで汁を使い、ほかのパスタから出たデンプンでいっぱいになっている
同じ乳化効果を出すには、コーンスターチや小麦粉を入れて濃度を 1%以上に上げるか、より効率的には小さな器で一部だけ別に作って使うか、あるいはまったく別の乳化剤を使えばよい
まず少量の冷水で溶き、それを熱いパスタのゆで汁に入れる必要がある。欲しいデンプンはアミロペクチンで、コーンスターチよりももちジャガイモデンプンのほうが合っている [1]
[1] https://www.researchgate.net/figure/Amylose-and-amylopectin-...
コツは 2 つある。ごく少ない水でパスタを調理するパスタ・リゾッタータ方式と、そのデンプンの多い汁でソースを強くかき混ぜて乳化させること
うまくやれば、水をまったく捨てずに済む
https://www.youtube.com/watch?v=ZN8g_ZNAJcg
ソースにバターとオリーブオイルを少し入れ、パスタは最小限の水でゆでてから、残った水を少し加えてソースの中で仕上げる。オレキエッテが特に良く、ソースがよく絡んでとても絹のような仕上がりになる
カチョ・エ・ペペやカルボナーラのようなシンプルで古典的なイタリアのチーズパスタはおいしすぎて、一口だけ食べて終わることなどできず、大きな器で食べるべきだ
相図がすばらしい。料理本の基準を一気に引き上げる感じがする
なぜその材料比率を選んだのかを図で説明できないなら、最適なソースを作ったとどうして信じればよいのか分からない
公平に言えば、McGee の本も私がやったことをはるかに大きな労力で成し遂げたものだ。食品科学の論文を 1 段落に要約する作業だからだ
料理を科学として見るときにいつも面白いのは、試薬を目と感覚でリアルタイムに補正しなければならないことだ。知らないブランドのリンゴ酢を適量使いたいなら、結局は口でリアルタイムに滴定しなければならない
卵の生産者ごとのばらつきについては、言い出したくもない。Clara のレシチン含有量は Number 4 より少なくとも 10% 強いようだし、撫でられるのにもよりよく耐える
比率で標準レシピをいくつか示し、バリエーションのヒントを与える Ratio という本は読む価値がある。さらに Lateral Cooking もおすすめで、最も単純な形から始め、材料の変化や追加をスペクトラムとして説明している
コーヒー抽出、特にプアオーバーでは物理学的アプローチへの関心が高いが、その分野の厳密さと、実際によりおいしいコーヒーにつながる度合いについては少し懐疑的だ
Serious Eats、ChefSteps、What’s Eating Dan は、研究に基づき、優れたグラフを添えたレシピを数多く出している
例えばスポーツ選手は物理を理解していなくても「Bend it like Beckham」ができる
料理でも、化学が追いついて説明するずっと前から、民間知はオムレツをかき混ぜる前に卵液へ塩を入れるとよいことを知っていた。その間、懐疑論者たちはより出来の悪いオムレツを作っていた
Serious Eats のようなところはもっと深掘りするが、相図のアプローチはとても気に入っている。マヨネーズ、アイスクリーム、ヴィネグレットのような安定化したコロイドに特によく合いそうだ
デンプンをさらに加える以外にも、完全に使える解決策は、フライパンに入れる前にチーズの上へクエン酸ナトリウムを少し振りかけることだ
クエン酸のナトリウム塩で、一般的な食品添加物であり、Amazon で安く手に入る。チーズの溶ける性質を改善して、デンプンの問題を丸ごと回避できる。実質的にはペコリーノ版 Velveeta を作るようなものだ
レモンやほかの柑橘類の果汁を小さじ 1〜大さじ 1 に、重曹を指 2 本でごく少量つまんで入れればよい。Amazon で売られている特殊な化学成分は、中身をごまかしている可能性もある
クエン酸ナトリウムはすでに柑橘類に含まれており、重曹は味をより鋭くしうる酸味を抑えてくれる。自家製トマトスープに重曹をひとつまみ入れてトマトの酸味を減らし、牛乳やクリームとなじみやすくするのも良いコツだ
白ワイン大さじ 1 もチーズソースに大きな効果を出せる
パスタソースで興味深いのは、通常必要なデンプン量が、推奨されるパスタのゆで湯の量とうまく合わないことだ
水を少なくするとイタリア人の友人たちに何か言われそうなので、デンプンを別に加える裏技が正しいアプローチで、はるかに安定する
水が少ないとパスタがくっつきやすく、たっぷりの水で強く沸騰させれば緩和されるのはわかるが、かき混ぜるだけでも解決できる
パスタもよりよくなり、カチョ・エ・ペペも作りやすくなり、パスタ関連のエネルギーコストも減る
完璧なレシピを見つけ、理想的な比率や温度を探したいなら、設定を一度に1要素ずつ変える方法は機能はするものの最善ではない
実験計画法（DoE）を見てみるとよい
この論文が arXiv の Soft Condensed Matter サブカテゴリに入っているのが気に入った
当然そうあるべきだ
謝辞の最後も「サンプルの残りを食べ尽くしてくれたことに感謝する」で締めくくられている
ペコリーノの熟成度を考慮した研究も見てみたい
より長く熟成して乾燥したペコリーノほど、きちんと乳化しやすく、固まるリスクも低そうに見える
これが Ig Nobel を取れなかったら腹が立ちそうだ
「Homosexual Necrophilia in the Mallard Anas Platyrhynchos」のレベルではないので
カチョ・エ・ペペを何年もたくさん作ってきたが、このテーマで個人的に一番いい動画は Ethan Chlebowski のものだ。Ethan Chlebowski の動画は全般的に本当に素晴らしい
https://www.youtube.com/watch?v=10lXPzbRoU0