Hành vi pha của sốt Cacio e Pepe
(arxiv.org)- Cacio e Pepe là một loại sốt đơn giản chỉ làm từ phô mai, tiêu và nước tinh bột, nhưng trong quá trình gia nhiệt, protein trong phô mai dễ kết tụ và tạo ra Mozzarella Phase phủ lên toàn bộ sốt
- Trong các thí nghiệm thay đổi tỷ lệ phô mai và nước, nồng độ tinh bột và nhiệt độ, tinh bột nổi lên như biến số then chốt quyết định độ ổn định kết tụ của phô mai
- Nếu tinh bột dưới 1% so với khối lượng phô mai, các cục lớn dễ hình thành; khi tăng tinh bột, nhiệt độ bắt đầu kết tụ tăng lên và kích thước cục nhỏ đi
- Khi cố định tinh bột ở mức 1% và thay đổi tỷ lệ protein phô mai, xuất hiện binodal curve phân tách vùng đồng nhất và vùng kết tụ; hiện tượng này được tái hiện định tính bằng mô hình năng lượng tự do tối thiểu
- trisodium citrate ngăn kết tụ nhìn thấy được khi dùng từ 2% trở lên so với khối lượng phô mai, nhưng đây không phải nguyên liệu truyền thống và có thể làm vị phô mai nhạt đi, nên là một lựa chọn gây phân vân
Bài toán vật lý đằng sau những nguyên liệu đơn giản
- Cacio e Pepe là món pasta truyền thống của vùng Lazio, Ý, trong đó mì được trộn với kem làm từ phô mai Pecorino, tiêu và nước có tinh bột
- Nguyên liệu rất ít, nhưng hỗn hợp phô mai và nước dễ bị tách khi gia nhiệt, khiến sốt hỏng vì tạo ra các cục phô mai lớn
- Nhiệt độ cao thúc đẩy biến tính và kết tụ protein phô mai, vì vậy bước làm nguội nước sôi trước khi trộn với phô mai là rất quan trọng
- Khi chỉ dùng nước, các cục lớn hình thành ở khoảng 65°C; trạng thái này được gọi là Mozzarella Phase
- Nước luộc pasta có chứa một ít tinh bột nên giảm kết cục so với nước thường; nước pasta kiểu “risottata” được cô đặc tinh bột bằng cách nấu cạn gần như làm các cục không còn thấy rõ
Nồng độ tinh bột và Mozzarella Phase
- Thí nghiệm sử dụng Pecorino Romano DOP, trộn phô mai và nước tinh bột theo tỷ lệ khối lượng 1:1, rồi quan sát khi thay đổi nhiệt độ và nồng độ tinh bột
- Tinh bột được hòa vào nước, gia nhiệt để hồ hóa, sau đó làm nguội về nhiệt độ phòng rồi trộn với phô mai
- Hỗn hợp được gia nhiệt trong bể cách thủy kiểm soát nhiệt bằng thiết bị sous-vide; ở mỗi mức nhiệt, mẫu được lấy ra đĩa Petri và chụp ảnh
- Nhiệt độ được tăng mỗi lần 5°C khi lấy mẫu, và lượng nước bay hơi được bù lại ở từng bước
- Mức độ kết tụ được định lượng bằng cách phát hiện các cục phô mai trong ảnh, xấp xỉ chúng bằng hình elip, rồi lấy trục dài của elip làm aggregate size
- Nồng độ tinh bột càng cao, sốt càng duy trì ổn định
- Các cục chỉ xuất hiện ở nhiệt độ cao hơn
- Kích thước cục trung bình nhỏ hơn
- Sự xuất hiện của Mozzarella Phase bị ức chế
- Tinh bột làm sốt đồng nhất hơn và ít nhạy với lỗi kiểm soát nhiệt trong lúc nấu
Ranh giới pha do tỷ lệ protein phô mai tạo ra
- Nhóm nghiên cứu cũng thực hiện thí nghiệm cố định nồng độ tinh bột ở 1% so với nước và thay đổi lượng nước tinh bột trộn với 50g phô mai
- Trong điều kiện này, họ có thể tránh được Mozzarella Phase từng xuất hiện trong một số thí nghiệm trước đó
- Để xem ảnh hưởng của protein, yếu tố dẫn dắt kết tụ, họ dùng thành phần dinh dưỡng của Pecorino Romano DOP để quy đổi nồng độ phô mai thành phân suất khối lượng protein ϕ
- Kết quả thí nghiệm cho thấy có một binodal region giữa vùng hỗn hợp đồng nhất và vùng xuất hiện các khối kết tụ lớn hơn
- Hình dạng của binodal có thể khớp với dạng parabol, và điểm thấp nhất nằm hơi thấp hơn 0,134, là phân suất khối lượng protein khi nước và phô mai có tỷ lệ 1:1
- Hình dạng này hàm ý rằng khi phân suất khối lượng protein thấp hoặc cao, sốt vẫn có thể được trộn tốt ngay cả ở nhiệt độ cao
- Các cục phía trên binodal ổn định về mặt động học trong quá trình thí nghiệm, và không quan sát thấy coarsening phát triển mạnh
- Vì đây là nhũ tương không có active chemical reaction, nguyên nhân có khả năng là ripening dynamics rất chậm hơn là cơ chế kiểu Turing-like
Nhìn sự tách pha của sốt bằng mô hình tối thiểu
- Mô hình được đơn giản hóa thành hỗn hợp hai thành phần gồm protein phô mai và effective solvent bao gồm nước, tinh bột, muối và lipid
- Phô mai có protein casein và whey; trong khoảng nhiệt độ thí nghiệm, một phần protein whey bị biến tính
- Mật độ năng lượng tự do sử dụng dạng Flory-Huggins, bao gồm phân suất khối lượng protein ϕ, tham số tương tác χ và kích thước tương đối n
- Để hai pha cùng tồn tại, thế hóa học trao đổi và áp suất thẩm thấu của chúng phải lần lượt bằng nhau
- Từ binodal thu được trong thí nghiệm, nhóm nghiên cứu suy ngược χ(T) và n(T) theo từng nhiệt độ, rồi dùng các giá trị này để tái dựng binodal curve
- Sự tăng χ có thể liên quan đến biến tính và kết tụ protein whey do gia nhiệt, cũng như tăng tương tác giữa whey-casein micelle và giữa các micelle với nhau
- Sự tăng n có thể liên quan đến biến tính whey hoặc sự hình thành phức hợp protein qua trung gian tinh bột
- Mô hình đơn giản này không tương ứng chính xác với vi cấu trúc thực tế, nhưng nắm bắt được các đặc điểm chính của hành vi pha quan sát được
Chất ổn định thay thế: trisodium citrate
- trisodium citrate được dùng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm như chất nhũ hóa và pH buffer, đồng thời có thể chelate ion canxi để thay đổi tương tác protein
- Vì canxi đóng vai trò quan trọng trong kết tụ protein casein, trisodium citrate có hiệu quả trong việc ổn định các loại sốt nền sữa
- Thí nghiệm được tiến hành bằng cách trộn phô mai và nước theo tỷ lệ 1:1, rồi thêm trisodium citrate ở mức 1%, 2%, 3% so với khối lượng phô mai
- Ở mức dưới 2%, chất này không ổn định sốt đủ tốt; dù ở nhiệt độ cao hơn so với khi không thêm chất ổn định, vẫn xuất hiện cục kết tụ toàn hệ thống mang tính chất Mozzarella Phase
- Ở mức từ 2% trở lên, không hình thành các khối kết tụ có kích thước nhìn thấy được và sốt duy trì rất ổn định
- Khi dùng tinh bột, các khối kết tụ nhỏ vẫn có thể còn lại, nhưng với trisodium citrate, chuyển tiếp sang sốt hoàn toàn ổn định diễn ra sắc nét hơn
- Tác dụng mạnh, nhưng lệch khỏi công thức truyền thống và có thể làm vị phô mai hơi kém rõ
Công thức được tối ưu hóa một cách khoa học
- Cacio e Pepe thành công phụ thuộc nhiều vào việc điều chỉnh tỷ lệ tinh bột và phô mai
- Nếu tinh bột dưới 1% trọng lượng phô mai, các cục lớn khó chịu tương ứng với Mozzarella Phase dễ xuất hiện
- Nếu tinh bột vượt 4%, sốt trở nên cứng và khó ăn khi nguội
- Trong thử nghiệm hương vị và kết cấu, khoảng tinh bột lý tưởng là 2~3%
- Ví dụ cho hai người đang đói như sau
- Pasta 300g
- Phô mai 200g
- Tinh bột 5g
- Hòa tinh bột vào 50g nước, gia nhiệt rồi hồ hóa cho đến khi có độ nhớt và gần như trong suốt
- Chỉ dùng nước luộc pasta thì không đủ tinh bột để ổn định sốt
- Có thể dùng nước pasta “risottata” cô đặc tinh bột, nhưng khó kiểm soát lượng tinh bột cuối cùng, nên cân trực tiếp tinh bột dạng bột sẽ chính xác hơn
- Khuyến nghị thêm 100g nước vào gel tinh bột đã hồ hóa để làm nguội, cho phô mai vào rồi dùng máy xay trộn đến khi đồng nhất
- Phô mai bào tay có thể có kích thước hạt khác nhau; xay cùng dung dịch tinh bột giúp dễ tạo sốt đồng đều hơn
- Tiêu có thể được rang trước trên chảo để tăng hương vị và mùi thơm
- Một phương án thay thế là hòa 5g trisodium citrate vào 150g nước cho 200g phô mai, nhưng đây không phải nguyên liệu truyền thống và có thể làm thay đổi vị phô mai cũng như kết cấu
- Luộc pasta trong nước hơi mặn đến al dente, giữ lại một phần nước rồi chắt ráo
- Pasta đã chắt nước nên được để nguội tối đa khoảng 1 phút để nhiệt quá cao không làm sốt mất ổn định
- Trong thí nghiệm, hỗn hợp được gia nhiệt từ 50°C đến 95°C trong khoảng 40 phút để giảm kinetic effect, nhưng trong bếp, mức kiểm soát này không thực tế, nên điều quan trọng là giảm sốc nhiệt
- Sốt đã ổn định vẫn giữ kết cấu khi hâm lại trên chảo, và có thể giảm nguy cơ vón cục hoặc tách nước ngay cả ở mức 80~90°C
Những câu hỏi còn lại và khả năng mở rộng
- Nghiên cứu định lượng rằng tinh bột làm tăng tính đồng nhất của hỗn hợp phô mai và nước, đồng thời có thể nâng độ ổn định lên gần nhiệt độ sôi của nước
- Khác với tinh bột, trisodium citrate chelate ion canxi để ngăn kết tụ protein, tạo ra chuyển tiếp gấp hơn từ sốt tách pha sang nhũ tương đồng nhất
- Cần phân tích chi tiết hơn việc hình dạng các cục phô mai thay đổi thế nào theo nồng độ tinh bột
- Hiện tượng khi tăng tinh bột, phô mai chuyển từ Mozzarella Phase vắt ngang toàn hệ thống sang nhiều khối kết tụ nhỏ có thể được xử lý bằng mô hình nêu rõ ít nhất ba loại thành phần
- Mô hình chi tiết hơn có thể bao gồm hai trạng thái của protein, effective solvent, casein micelle và các khối kết tụ protein có kích thước khác nhau
- Mô hình đa thành phần cần thêm nhiều thí nghiệm để ước tính sự phụ thuộc của tương tác và tham số kích thước theo nhiệt độ
- Tác động của tinh bột lên các tham số hiệu dụng và độ nhớt, cũng như khả năng hạt tiêu đóng vai trò nhân kết tụ, vẫn là các đối tượng phân tích còn bỏ ngỏ
1 bình luận
Ý kiến trên Hacker News
Bí quyết của các nhà hàng làm cacio e pepe truyền thống nằm ở việc nhũ hóa sốt bằng nước luộc pasta
Tuy nhiên, nó không giống nước luộc pasta dùng ở nhà. Ở nhà, dù luộc 500g pasta với tỷ lệ chuẩn 5000g nước và 50g muối, lượng tinh bột tiết ra vẫn rất ít; còn nhà hàng dùng cùng một nồi nước luộc pasta suốt cả ngày, thậm chí cả tuần, nên nó đầy tinh bột từ các mẻ pasta khác
Để tạo hiệu ứng nhũ hóa tương tự, có thể cho thêm tinh bột ngô hoặc bột mì để nâng nồng độ lên trên 1%, hoặc hiệu quả hơn là làm riêng một phần nhỏ trong bát nhỏ để dùng, hoặc dùng hẳn một chất nhũ hóa khác
Trước hết phải hòa nó với một lượng nhỏ nước lạnh, rồi mới cho hỗn hợp đó vào nước luộc pasta nóng. Loại tinh bột mong muốn là amylopectin, và tinh bột khoai tây dẻo hợp hơn tinh bột ngô [1]
[1] https://www.researchgate.net/figure/Amylose-and-amylopectin-...
Có hai mẹo: nấu pasta theo kiểu pasta risottata, tức nấu trong rất ít nước, và khuấy mạnh sốt với phần nước nhiều tinh bột đó để nhũ hóa
Nếu làm đúng, bạn sẽ không phải đổ bỏ chút nước nào
https://www.youtube.com/watch?v=ZN8g_ZNAJcg
Cho một ít bơ và dầu ô liu vào sốt, luộc pasta với lượng nước tối thiểu, rồi hoàn thiện trong sốt cùng chút nước còn lại. Orecchiette đặc biệt hợp, sốt bám rất tốt và thành phẩm mượt như lụa
Các món pasta Ý cổ điển, đơn giản với phô mai như cacio e pepe hay carbonara ngon đến mức không thể chỉ ăn một miếng là xong; phải ăn bằng một tô lớn
Biểu đồ pha thật tuyệt. Cảm giác như nó nâng chuẩn của sách nấu ăn lên hẳn
Nếu không thể giải thích bằng biểu đồ vì sao chọn tỷ lệ nguyên liệu đó, thì tôi không biết vì sao phải tin rằng đó là loại sốt tối ưu
Công bằng mà nói, sách của McGee cũng làm điều tương tự như tôi đã làm, nhưng với nỗ lực lớn hơn nhiều: tóm tắt các bài báo khoa học thực phẩm thành từng đoạn văn
Điều luôn thú vị khi nhìn nấu ăn như một môn khoa học là bạn phải hiệu chỉnh thuốc thử bằng mắt và giác quan theo thời gian thực. Nếu muốn dùng đúng lượng giấm táo của một thương hiệu lạ, rốt cuộc bạn phải chuẩn độ bằng miệng ngay lúc đó
Đừng bắt tôi nói đến độ dao động giữa các nhà sản xuất trứng. Hàm lượng lecithin của Clara dường như mạnh hơn Number 4 ít nhất 10%, và nó cũng chịu để vuốt ve tốt hơn
Có thể xem cuốn Ratio, sách đưa ra vài công thức chuẩn theo tỷ lệ và gợi ý biến tấu. Tôi cũng khuyên đọc Lateral Cooking; sách bắt đầu từ dạng đơn giản nhất rồi giải thích các biến thể hoặc phần thêm vào như một phổ liên tục
Với chiết xuất cà phê, đặc biệt là pour-over, có rất nhiều sự quan tâm đến cách tiếp cận vật lý, nhưng tôi hơi hoài nghi về mức độ nghiêm ngặt của lĩnh vực đó và việc nó thực sự dẫn đến cà phê ngon hơn đến đâu
Serious Eats, ChefSteps, What’s Eating Dan đã đưa ra nhiều công thức dựa trên nghiên cứu và kèm các đồ thị rất tốt
Chẳng hạn vận động viên có thể “Bend it like Beckham” mà không cần hiểu vật lý
Trong nấu ăn cũng vậy, từ rất lâu trước khi hóa học theo kịp để giải thích, tri thức dân gian đã biết rằng nên cho muối vào trứng đánh trước khi khuấy trứng làm omelet. Trong lúc đó, những người hoài nghi lại làm ra món omelet dở hơn
Những nơi như Serious Eats đào sâu hơn, nhưng tôi rất thích cách tiếp cận bằng biểu đồ pha. Nó có vẻ đặc biệt phù hợp với các hệ keo ổn định như mayonnaise, kem, vinaigrette
Ngoài việc thêm tinh bột, một giải pháp hoàn toàn dùng được khác là rắc một chút natri citrate lên phô mai trước khi cho vào chảo
Đây là muối natri của axit citric, một phụ gia thực phẩm phổ biến và có thể mua rẻ trên Amazon. Nó cải thiện tính chất nóng chảy của phô mai, nhờ đó tránh hẳn vấn đề tinh bột. Về cơ bản là bạn đang làm ra Pecorino Velveeta
Chỉ cần cho một nhúm baking soda rất nhỏ, kẹp bằng hai ngón tay, vào 1 thìa cà phê đến 1 thìa canh nước chanh vàng hoặc nước ép cam quýt khác. Các thành phần hóa học đặc biệt bán trên Amazon cũng có thể không đúng như quảng cáo
Natri citrate vốn đã có trong trái cây họ cam quýt, còn baking soda sẽ triệt bớt vị chua có thể làm hương vị gắt hơn. Cho một nhúm baking soda vào súp cà chua tự làm để giảm độ chua của cà chua và giúp nó hòa với sữa hoặc kem tốt hơn cũng là một mẹo hay
Một thìa canh rượu vang trắng cũng có thể tạo hiệu quả lớn cho sốt phô mai
Điểm thú vị ở sốt pasta là lượng tinh bột cần dùng thường không khớp lắm với lượng nước luộc pasta được khuyến nghị
Nếu dùng ít nước thì bạn bè Ý sẽ phàn nàn, nên cách làm tắt là thêm riêng tinh bột vào, và đó mới là hướng tiếp cận đúng, ổn định hơn nhiều
Tôi biết nếu ít nước thì pasta dễ dính vào nhau, và đun sôi mạnh với nhiều nước sẽ làm giảm chuyện đó, nhưng chỉ cần khuấy cũng giải quyết được
Pasta cũng ngon hơn, cacio e pepe cũng dễ làm hơn, và chi phí năng lượng liên quan đến pasta cũng giảm
Nếu muốn tìm công thức hoàn hảo và xác định tỷ lệ hay nhiệt độ lý tưởng, cách thay đổi thiết lập mỗi lần một yếu tố tuy có hiệu quả nhưng không phải tối ưu
Nên tìm hiểu về thiết kế thí nghiệm (DoE)
Tôi thích việc bài báo này được xếp vào phân mục Soft Condensed Matter trên arXiv
Tất nhiên là phải thế rồi
Phần lời cảm ơn cuối cùng cũng kết thúc bằng câu “cảm ơn vì đã xử lý hết phần mẫu còn sót lại”
Tôi cũng muốn thấy nghiên cứu tính đến mức độ ủ chín của pecorino
Pecorino càng được ủ lâu và càng khô thì có vẻ càng dễ nhũ hóa đúng cách và ít nguy cơ vón cục hơn
Nếu thứ này không đoạt Ig Nobel thì chắc tôi sẽ bực mất
Vì nó chưa tới mức “Homosexual Necrophilia in the Mallard Anas Platyrhynchos”
Tôi đã làm rất nhiều cacio e pepe suốt nhiều năm, và với chủ đề này thì cá nhân tôi thấy video hay nhất là của Ethan Chlebowski. Các video của Ethan Chlebowski nói chung thật sự rất xuất sắc
https://www.youtube.com/watch?v=10lXPzbRoU0