Как взаимодействуют молоко и кофе?

Одна из моих любимых тем — молоко для кофе. Пару лет назад в поисках ответа я побывала на молочной ферме, познакомилась с чемпионкой России по латте-арту, устроила молочную дегустацию в офисе — в результате в блоге вышла длинная статья про выбор идеального молока для кофе и секреты латте-арта. Казалось, тема исчерпана.

Прошлым летом я познакомилась на World of Coffee c девушкой-химиком, отлично владеющей навыками бариста и изучающей вопрос химии молока и кофе для итальянской компании Simonelli Group. Юлия Климанова переехала в Италию из России благодаря выигранному гранту на исследование. По образованию она химик, в студенчестве подрабатывала бариста в семейной кофейне. Юлия с удовольствием согласилась ответить на мои вопросы о взаимодействии молока и кофе.

— Юля, расскажи, над каким проектом ты работаешь и в каком статусе?

— 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.

Организация International Hub for Coffee Research and Innovation — связующее звено между университетом и компанией Nuova Simonelli, фотография @beanscenemag

— Начну с главного вопроса твоего исследования: как молоко взаимодействует с кофе?

— 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.

— Перейду к бытовому вопросу: как выбрать молоко для кофе, что смотреть на этикетке?

В первую очередь смотрим на количество белка. Еще раз отмечу, что белки, а именно сывороточные белки (в английском — whey proteins), играют основную роль в стабилизации молочной пены. То есть взбить молоко без жиров и сахаров можно, а без белка — нельзя.

Затем уточняем жирность молока. Безусловно, жиры положительно влияют на вкусовые качества напитка (в английском есть емкое слово mouthfeel). Но если молоко недостаточно нагрето (тут стоит учесть, что температура пенки примерно на 7 градусов ниже, чем температура самого молока в питчере), то пенка не будет стабильна. Недостаточно нагретые жиры не все переходят в жидкое состояние и, следовательно, твердые жиры могут физически повредить пузырьки воздуха. Что это означает на практике? Если молоко с жирностью от 3% и выше, то нужно быть аккуратным с температурой нагрева.

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.

— Почему для идеального капучино нужно обязательно нагреть молоко?

— Все основные компоненты молока — белки, жиры и углеводы — претерпевают изменения при нагреве. Белки начинают денатурировать, жиры плавятся, сахара реагируют с белками. На молекулярном уровне за 20 секунд нагрева молока происходит огромное количество превращений!

Все эти превращения ведут к повышению стабильности молочной пены. Я ставлю эксперименты на пене, начиная с 30 градусов и заканчивая 80. Так вот пена в 30 градусов наименее стабильна. И это неудивительно, поскольку 40 градусов — это температура, при которой все молочные жиры переходят в жидкую форму, в которой они не способствуют дестабилизации пены, скорее наоборот, обеспечивают достаточную вязкость для жидкой фазы вокруг пузырьков воздуха.

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.

— Как добиться идеальной молочной пены для капучино?

— Взять холодное пастеризованное молоко и кофемашину с паровой трубкой, выпускающей пар под давлением 1—1,2 бар. Взбить молоко, правильно установив трубку паровика в питчере.

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.

— Так называемое альтернативное молоко — соевое, ореховое, кокосовое — получится ли взбить их для капучино?

— 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.

— Нужно ли к каждому зерну подбирать молоко?

— 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.

— Что мы не знаем о влиянии молока и кофе на здоровье?

— По моим наблюдениям, очень частое заблуждение — это разница между непереносимостью лактозы и аллергией на молоко. Это в корне разные понятия. Во-первых, непереносимость лактозы — это неопасное для жизни состояние, в отличие от аллергии. Во-вторых, непереносимость лактозы — это реакция организма на молочный сахар, а аллергия — на белок

При непереносимости в организме человека наблюдается недостаток фермента (лактазы), который отвечает за переваривание молочного сахара (лактозы). В итоге, большая молекула лактозы проходит в толстый кишечник, где ее начинают потреблять бактерии, присутствующие в естественной микрофлоре, с выделением большого количества газов. Это вызывает вздутие живота, дискомфорт.

Аллергия — это реакция иммунной системы человека на сывороточные белки молока. Иммунитет человека с аллергией на молоко распознает эти белки как чужеродные и потенциально опасные для организма, в результате происходит интенсивный иммунный ответ. Это может привести к сыпи, кожному зуду, затрудненному дыханию и даже к анафилактическому шоку.

Людям с аллергией на молоко ни в коем случае нельзя предлагать безлактозное молоко как альтернативу, только растительное! При том, что человек уверен, что у него нет аллергии на орехи или сою. Люди же с непереносимостью лактозы могут употреблять низко- или безлактозное молоко без вреда для здоровья.

Если вам интересна эта тема, можно прочитать публикацию Юлии о формировании молочной пены в Perfect Daily Grind и исследование о стабильности и текстуре молочной пены в журнале “Кофе и чай”.

Фотографии Simonelli Group S.p.A, Shutterstock, Dreamstime