아이스크림은 어떻게 작동하나요? 크림을 얼리고 결과를 기대할 수 없는 이유를 화학자가 설명합니다.

아이스크림은 단순한 개념처럼 보입니다. 유제품을 섭취하고 설탕과 향료를 첨가한 후 얼리세요.

그러나 완벽하게 크리미하고 부드러운 질감의 냉동 간식을 얻으려면 낮은 온도 이상이 필요합니다. 화학과 물질의 세 가지 상태(고체, 액체, 기체)의 세심한 상호 작용이 필요합니다.

상업용 아이스크림에는 공기, 물, 유지방, 이른바 유고형분(주로 우유 단백질과 유당), 감미료, 안정제, 유화제, 향료 등 다양한 성분이 포함되어 있습니다. 식품 안전을 위해 성분을 혼합하고 저온 살균합니다.

집에서 만드는 아이스크림에는 우유, 헤비 크림, 설탕 및 과일, 베리, 초콜릿과 같은 향료를 사용하는 경향이 있습니다. 정확한 수량은 레시피에 따라 다르지만 처리 단계는 유사합니다.

우유는 어린 소가 성장하고 발달하는 데 필요한 모든 것(물, 지방, 탄수화물, 단백질, 미네랄, 비타민)으로 구성되어 있습니다. 이러한 구성 요소는 고정되면 다양한 방식으로 반응합니다.

아이스크림 성분의 혼합물이 냉각됨에 따라 작은 물 분자 클러스터가 모여 작은 얼음 결정을 형성합니다. 얼음 결정의 크기는 아이스크림의 입 느낌을 좌우합니다. 결정이 작을수록 느낌이 부드러워집니다.

결정화가 잘 제어되지 않으면 이러한 결정이 매우 커질 수 있습니다. 아이스크림 제조기(상업용 또는 가정용)는 액체가 얼면서 흔들거나 휘저어 작은 얼음 결정을 만듭니다. 이렇게 하면 물 분자가 계속 움직이고 결정이 더 커지는 것을 방지할 수 있습니다.

혼합 과정에는 아이스크림에 더 가벼운 질감을 주는 비밀 성분인 공기도 포함됩니다.

우유의 지방은 단백질로 둘러싸인 소구 형태로 존재합니다. 이 단백질은 지방과 물을 연결하여 지방을 부유 상태로 유지하는 데 도움을 줍니다. (우유는 지방 덩어리에서 빛이 산란되기 때문에 하얗게 보입니다.)

이러한 유제품 지방 분자는 온도에 따라 다른 특성을 갖습니다. 실온에서는 반고체(버터와 같은)이고 0℃에서는 약 2/3가 고체입니다.

지방 소구체가 서로 달라붙을 수 있기 때문에 가공되지 않은 우유 위에 크림 층이 생기는 것입니다. 균질화라는 과정은 매우 높은 압력으로 작은 구멍을 통해 우유를 강제로 통과시켜 큰 지방 덩어리를 작은 덩어리로 분해하는 과정입니다. 이 과정을 통해 리터당 1조개에 달하는 작은 지방 소구체가 많이 생성됩니다. 균질화된 우유는 혼합물이 고르게 얼고 분리된 지방이 혼합 기계에 들러붙지 않도록 해줍니다.

지방 소구체를 얼리면 서로 뭉치게 되고, 주변 단백질은 다른 지방 분자 및 얼음 결정과 연결되는 다리 역할을 합니다. 이 지방은 입안에서 녹아 크리미한 느낌과 맛을 선사합니다.

우유에 들어 있는 설탕과 기타 용해 성분 역시 아이스크림의 최종 질감에 필수적입니다. 물에 설탕이 존재하면 혼합물의 어는 온도가 0℃ 이하로 낮아집니다.

이것이 중요한 이유입니다. 얼음 결정이 형성되기 시작하면 얼지 않은 액체의 설탕과 기타 용해 물질의 농도가 증가하여 어는점이 더욱 낮아집니다. 대부분의 얼음 결정이 형성될 때쯤에는 생성된 액체에 설탕이 매우 농축되어 있습니다.

"혈청"으로 알려진 이 농축된 액체는 얼음 결정, 고체 지방 소구체 및 기포 사이를 연결합니다. 세럼은 0℃보다 훨씬 낮은 온도에서 액체 상태를 유지하며 혼합물에 충분한 유연성을 더해 아이스크림을 떠내거나 모양을 만들 수 있습니다.

이러한 방식으로 물, 지방, 단백질 및 설탕의 독특한 화학적 특성이 공기와 결합하여 우리가 알고 사랑하는 고체, 액체 및 기체 혼합물을 생성합니다.

"아이스크림"이라고 불리는 것은 실제로 식품 표준 코드의 적용을 받습니다. 그렇기 때문에 모든 냉동 디저트를 법적으로 아이스크림이라고 부를 수는 없습니다. 유지방이 충분하지 않기 때문입니다.

표준 아이스크림 레시피에는 다양한 변형이 있습니다. 젤라또는 더 많은 설탕을 사용하고, 더 적은 양의 공기를 포함하며, 일반적으로 지방과 기타 고형분 함량도 적습니다. 셔벗은 유제품을 없애고 일반적으로 설탕을 더 많이 함유하지만 역사적으로 계란이나 젤라틴을 단백질 공급원으로 사용해 왔습니다.