Bí mật bên trong chiếc bánh sừng bò thơm ngon

Điều gì làm nên một chiếc bánh sừng bò thơm ngon và bông xốp? Cất công tìm hiểu bí mật ấy, Braulio Macias Rodriquez và Alejandro Marangoni tại trường đại học Guelph ở Ontario, Canada, không ngờ nghiên cứu của họ có thể góp phần mở ra những chủ đề mới trong khoa học vật liệu.

Bánh sừng bò có dạng lớp theo đặc tính của chất béo chuyên dụng được dùng để làm bánh. (a) các chất béo chuyên dụng bị biến dạng một cách khác biệt hơn các loại chất béo đa dụng. Biểu đồ chứng tỏ các nội lực (lực căng là lực tác động trên từng đơn vị diện tích) phát triển theo chu kỳ (lực căng là biên độ của sự gia tăng kích thước tương đối) tại một tần số góc (hay còn gọi là tốc độ góc) của 3,6 radian/giây. Lực căng trong chất béo đa dụng tăng dần một cách rõ rệt và sụt giảm đột ngột báo hiệu cấu trúc bên trọng bị phá vỡ. (b) Trong nhiều loại chất béo, các phân tử chất béo trung tính kết tinh thành các tấm mỏng ở cấp độ nano như những gì biểu diện trong vi ảnh điện tử này. Các tấm mỏng tái hiện cấp độ nhỏ nhất của ba lớp cấu trúc trong một chất béo chuyên dụng. (c) Vi ảnh điện tử chứng tỏ phần đặc trưng cấu trúc ở mức lớn nhất của chất béo, một mạng lưới tinh thể ở cấp độ micro, trong đó có thể gia thêm dầu lỏng.

Có thể thấy là không cần quá nhiều nguyên liệu để làm bánh sừng bò, chỉ cần một ít bột nhào – chủ yếu là bột mỳ và nước, cùng một ít chất béo, thông thường là bơ. Nếu làm bánh ở quy mô công nghiệp, các lớp bột nhào và bơ chỉ dày độ 1 cm được xếp chồng lên nhau hoặc chất béo được đưa vào giữa các lớp bột nhào. Việc nhào bột để tạo ra các lớp luân phiên của bột và chất béo với độ dày 100–200 µm, qua đó đem lại hình dạng bánh và kết cấu xốp như chúng ta thường thấy: khi nướng, nước bốc hơi làm các lớp bột phồng lên và dãn rộng như các quả cầu.

Độ chảy và biến dạng của chất béo

Các đặc tính lưu biến của chất béo - hay nói cách khác là độ chảy và biến dạng của chất béo, là yếu tố quan trọng để làm ra một chiếc bánh sừng bò ngon. Chất béo phải có độ cứng nhất định: nếu quá cứng thì có thể không thể cán mỏng bột, thậm chí vỡ bột, còn nếu quá mềm thì bột sẽ hấp thụ hết chất béo.

Vì vậy việc dùng chất béo không phù hợp sẽ làm bánh không nở và dễ bở. Thật may mắn là thợ làm bánh và nhà khoa học đã nhận ra rằng không phải chất béo nào cũng phù hợp với mọi loại thực phẩm. Do đó họ đã phát triển các loại chất béo “chuyên biệt” dành cho những mục tiêu đặc biệt.

Một ví dụ là tìm một chất béo thích hợp để nhồi bột làm bánh sừng bò. Những chiếc bánh sừng bò ngon nhất được làm bằng bơ nhưng thi thoảng khi giá bơ tăng hoặc một số vấn đề về nhiệt độ, người ta phải thay thế nó bằng loại chất béo khác. Những người làm bánh biết rằng, để cán bột với bơ thành công, nhiệt độ phòng chỉ nên dao động trong khoảng xê xích nhỏ - từ 15 đến 20^oC, còn bột nổi có thể giúp nhào bột trong khoảng nhiệt độ rộng hơn.

Trong phòng thí nghiệm, Braulio Macias Rodriquez và Alejandro Marangoni nghiên cứu bánh sừng bò làm bằng bột mì pha thêm bột nổi. Họ phát hiện ra các chất béo khác nhau đem đến những đặc tính khác nhau.

Tính lưu biến trong chất béo giúp tạo ra một mạng lưới dạng keo bên dưới của các tinh thể chất béo. Được hình thành bằng sự kết tinh và định dạng của chất béo, mạng lưới này có cấu trúc đa tỉ lệ. Để cán bột thành công, phải “để mắt” đến quá trình kết tinh: chất béo cần được làm mát, nhào nặn để tạo ra nhiều tinh thể nhỏ bé và hình thành mạng tinh thể.

Thợ làm bánh đánh giá chất béo bằng mắt và cảm giác của những ngón tay. Các nhà khoa học có cách làm phù hợp hơn là để chất béo biến dạng, ví dụ như cách dao động theo chu kỳ (periodic oscillation), và biểu hiện các trạng thái của chúng trong một ứng suất (nội lực phát sinh trên mỗi một đơn vị diện tích trong vật thể biến dạng) kèm độ giãn liên kết, ví dụ như bảng a dưới đây:

Trong trường hợp này, cách tiếp cận mà các nhà nghiên cứu áp dụng là tạo ra sơ đồ bằng kỹ thuật biến dạng dao động lớn (large amplitude oscillatory shear LAOS) - tự nó đã là một chủ đề nghiên cứu mới. Có thể áp dụng LAOS cho mọi trường hợp khảo sát về cấu trúc và chức năng của các loại vật liệu khác nhau, bao gồm các loại polymer, keo và thực phẩm bởi nó có khả năng làm phân rã đáp ứng dao động của một vật liệu thành những đặc tính đàn hồi.

Như bảng chúng ta thấy, vì biến dạng rất nhỏ, ứng suất của cả chất béo chuyên dụng và chất béo đa dụng đều có đáp ứng tuyến tính. Các chất béo hoạt động như các chất rắn có độ nhớt và biến dạng; trên thực tế, người ta có thể phát hiện ra khả năng ứng xử như chất rắn của chất béo khi quan sát phổ tần số của nó.

Trạng thái tuyến tính này rất nhỏ và kết thúc tại lực căng ở mức 0,01% - giá trị tới hạn của các vật liệu trong phạm vi hẹp hay còn gọi là những tương tác van der Waals. Khi vượt qua ngoài giá trị tới hạn, những lực căng này đủ sức phá vỡ mạng lưới tinh thể và đưa nó vào trạng thái đàn hồi không thuận nghịch. Vì thế chất béo chuyên dụng phải chịu được áp lực để có thể dễ dàng chuyển sang trạng thái phi tuyến trong quá trình cán mỏng.

Qua các thí nghiệm LAOS của họ, hai loại chất béo có khả năng đem lại lực căng tương ứng ở mức cao nhất - hay lực căng đàn hồi trong phạm vi 4000 - 5000 Pa. Nhưng những ứng xử chảy dẻo của chúng hoàn toàn khác nhau: khi biến dạng, lực căng của chất béo chuyên dụng ổn định còn lực căng ở chất béo đa dụng lại suy giảm một cách đột ngột, biểu thị sự đứt đoạn bên trong; do đó chất béo đa dụng không thể giúp cán mỏng bột tốt.

Cấu trúc đa tỷ lệ

Sự lưu biến của chất béo tăng lên từ sự tự sắp xếp theo phân cấp của cấu trúc, trong đó kết hợp các lớp theo chiều dài vật lý trong phạm vi từ vài angstrom đến hàng chục micromet. Ở cấp độ phân tử, các chất béo được hình thành từ các phân tử chất béo trung tính (TG), trong đó bộ ba axít béo phát ra từ trục chính glyceryl. Do yêu thích các chiếc bánh sừng bò, chúng ta có thể không quan tâm trước sự thật là những chất béo chuyên dụng có thể chứa nhiều a xít chuyển hóa, nếu dùng nhiều quá mức cho phép có thể dẫn đến bệnh tim.

Bánh sừng bò.

Vì thế, một trong những mục tiêu cho nghiên cứu của Braulio Macias Rodriquez và Alejandro Marangoni là tìm được những chất béo khác lành mạnh hơn nhưng cũng có khả năng làm ra những chiếc bánh thơm ngon, bông xốp để thay thế các chất béo chuyên dụng.

Những thí nghiệm tán xạ tia X đã phân biệt được ba mức cấu trúc trong các chất béo chuyên dụng, vì nó được phản ánh trong các trạng thái động lực phi Newton (power-law) - động lực của các chất có độ nhớt không tuân theo định luật Newton, rõ rệt trong một đồ thị của cường độ tán xạ siêu góc nhỏ với góc tán xạ. Cấu trúc ở mức thứ nhất bao gồm các tấm mỏng ở kích cỡ nano, các tinh thể TG. Những tinh thể trong chất béo chuyên dụng không chỉ nhỏ hơn so với tinh thể trong chất béo đa dụng mà biên giới giữa chúng cũng mềm mại hơn.

Cấu trúc ở mức thứ hai bao gồm các khối tinh thể, hình trụ và có các tỷ lệ chiều cao – đường kính nhỏ, kết bám với nhau một cách tự nhiên để hình thành các cụm ở kích thước micro và siêu micro. Chính các kỹ thuật bổ sung này đã tạo ra mức cấu trúc thứ ba, một mạng lưới tinh thể cực nhỏ bao lấy dầu lỏng. Kỹ thuật xử lý trên kính hiển vi điện tử cho thấy, các cụm tinh thể trong những chất béo chuyên dụng được sắp xếp thành một mạng lưới xếp lớp tuần tự (xem hình c) còn các chất béo thông thường không có được sự trật tự này.

Các mức chiều dài nội khác nhau trong một trật tự cấu trúc của một chất béo mang những gợi ý quan trọng về cách tiêu hao năng lượng như những gì chúng ta thấy trong sự lưu biến của nó. Trong các vật liệu tự nhiên và vật liệu sinh học, sự liên kết giữa các mức chiều dài khác nhau có thể dẫn đến dung sai do trật tự sắp xếp trong liên kết với một cơ cấu cực nhỏ cho phép tiêu hao ứng suất cao cục bộ, nếu không sẽ dẫn đến phá hỏng vật liệu.

Thật vậy các chất béo chuyên dụng với cấu trúc ba mức tiêu hao nhiều năng lượng gấp 10 lần so với chất béo đa dụng. Sự tiêu hao ứng suất trong các chất béo và sự đáp ứng của cấu trúc micro trong trạng thái biến dạng phi tuyến là những chủ đề vẫn cần được nghiên cứu thêm. Một vấn đề hấp dẫn là có thêm một đặc điểm nữa của các chất béo chuyên dụng: sự trượt của các lớp kết tinh này có thể ảnh hưởng đến khả năng tiêu hao năng lượng và độ xốp của bánh sừng bò.