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gastronomia

Sorvete

06/08/2003

Bolhas de ar, cristais de gelo e glóbulos de gordura: não há quem não adore! Todos nós somos doidos por sorvetes, uma das mais gostosas invenções da humanidade.

Embora possa ser encontrado em qualquer esquina, o sorvete é um verdadeiro fenômeno químico: diversas fases heterogêneas que, macroscopicamente, formam uma deliciosa massa homogênea e cremosa.

Quem nunca comeu um sorvete?Uma coisa é certa, e todos concordamos: sorvete é gostoso. Mesmo o imperador romano Nero, no século IV antes de cristo, era um adepto: costumava enviar soldados até as montanhas para conseguir neve - misturando sucos de frutas, neve e mel, Nero tinha um protótipo do que hoje chamamos de sorvetes. Dentre as várias novidades trazidas pelo aventureiro Marco Polo quando foi para a China, estavam várias receitas de sorvetes - e isto foi antes de 1300!

A sobremesa mais consumida no mundo é o sorveteEntretanto, foi somente lá pelo século XVII que o sorvete passou a ser feito sem o auxílio da neve; com a descoberta de que o sal pode abaixar a temperatura de fusão da água o advento da fabricação do sorvete surgiu. Já por volta de 1800, vários restaurantes e cafés da europa, principalmente na França, passaram a oferecer sorvetes no seu menu. E, em 1851, a primeira fábrica de sorvete, em Baltimore, foi fundada. Poucos anos depois, a refrigeração mecânica (os freezers) foram introduzidos, e sorveterias se proliferaram pelo mundo inteiro.

Hoje o sorvete pode ser encontrado de todas as cores e formasEmbora mais coloridos, com formas diversas e bizarras, os ingredientes básicos que estão num sorvete atual continuam muito parecidos com aqueles feitos na antiguidade. Quem já fez sorvete em casa provavelmente usou gemas de ovos, leite, creme de leite e açúcar, assim como frutas ou suco destas para dar o aroma. Nas grandes fábricas, o sorvete é feito com gordura, proteínas, água, leite, açúcar, estabilizantes e emulsificantes. Não há, de fato, grandes diferenças em relação à composição do "home-made" sorvete.

Um alerta: não se deixe enganar pela simplicidade dos ingredientes. A mera existência do sorvete já é uma ameaça aos conceitos fundamentais da química. Num bom sorvete, gotas de gordura, bolhas de ar e cristais de gelo são igualmente dispersos em uma expessa solução de açúcar para formar a matriz semi-sólida, congelada e aerada que conhecemos. O impossível acontece e é maravilhoso.

O sorvete visto de perto: SEM & TEM
Trabalho publicado no International Dairy Journal 9 (1999) 817-819
Na imagem acima, obtida pela técnica de microscopia de varredura eletrônica (SEM), podemos observar, dispersos na solução de açúcar, as várias fases do sorvete: bolhas de ar, glóbulos de gordura e os cristais de gelo.
Através de outra técnica, mais poderosa (TEM, microscopia de transmissão eletrônica) somos capazes de ver até as micelas de caseína. Repare, na figura abaixo, como as micelas sempre ficam próximas aos glóbulos de gordura.
Trabalho publicado no International Dairy Journal 9 (1999) 817-819
Fonte: International Dairy Journal 9 (1999) 817-819

 

Fazer o sorvete "dar certo" é uma arte. Se você colocar os ingredientes acima em um liquidificador, bater e depois levar ao freezer irá obter uma meleca: enormes placas de gelo envoltas em um creme irregular e desuniforme. Para fazer o sorvete com um freezer, a mistura deve ser agitada manualmente e, mesmo durante o resfriamento, continuamente. Somente a agitação regular pode evitar a formação de grandes cristais de gelo. Agora, se você for um químico, a tarefa pode ser muito mais simples: basta misturar os ingredientes ainda quentes e jogar uma boa quantidade de nitrogênio líquido. Instantaneamente, o sorvete (de ótima aparência) fica pronto. Uma boa forma de impressionar seus amigos, não é?! O nitrogênio líquido esfria a mistura tão rapidamente que não há tempo para grandes cristais de gelo se formarem, criando um sorvete fino, cremoso e homogêneo. Parte do nitrogênio, na forma de gás, é aprisionado dentro da mistura, fazendo o sorvete ficar particularmente aerado. Perfeito, em apenas 30 segundos.

Água e óleo não se misturam, certo?! Errado - o próprio leite já é uma emulsão de gordura em água (leia quadro ao lado). No leite, a gordura é aprisionada em membranas protéicas, sob a forma de glóbulos. Estes glóbulos são bastante estáveis no leite, mas esta não é uma qualidade desejada para o sorvete: para formar um bom sorvete, estes glóbulos devem colapsar, ou seja, devem ser menos estáveis. Para isto, os fabricantes adicionam emulsificantes (surfactantes), como mono ou di-glicerídeos, que diminuem a tensão superficial dos glóbulos, permitindo a formação da emulsão coloidal. Para quem não lembra ou faltou às aulas de química no segundo grau, um sistema coloidal é definido como um sistema que tem um ou mais componentes com um tamanho variando de um nanômetro a um micrômetro em pelo menos uma dimensão. Se agitarmos uma mistura de água, óleo e surfactante teremos uma emulsão coloidal.

Efeito da adição de emulsificantes nas estruturas dos glóbulos de gordura, usando Cryo-SEM
Trabalho publicado no International Dairy Journal 10 (2000) 303-309
Como visto na figura, o aumento da concentração de emulsificante faz com que mais glóbulos de gordura possam ser vistos na interface com o ar, ou seja, uma maior interpenetração da gordura nas bolhas de ar - uma qualidade ideal para a estabilidade do sorvete. Isto também é importante para a retenção da forma do sorvete com o aumento da temperatura, como visto na figura abaixo:
Trabalho publicado no International Dairy Journal 10 (2000) 303-309
Fonte: International Dairy Journal 10 (2000) 303-309


Entretanto, para fazer com que o sorvete não colapse e ainda tenha derrete-na-boca características, as concentrações de mono- e diglicerídeos precisam ser meticulosamente selecionadas. Se forem muito altas, os glóbulos de gordura colapsam em grandes blocos gordurosos, fazendo o sorvete parecer uma manteiga. O sorvete deve permanecer por horas a 4 oC, num processo chamado envelhecimento, onde os glóbulos são estabilizados e a viscosidade da emulsão aumenta, devido à hidratação dos emulsificantes.

O próximo passo envolve a desestabilização em um SSHE (scraped-surface heat exchanger), que simultaneamente congela e promove a aeração da mistura. Isto muda drasticamente as propriedades do sorvete: cristais de gelo começam a crescer e bolhas de ar são inseridas na emulsão. Os fabricantes evitam o supercrescimento dos cristais de gelo através de grandes pás rotatórias, que quebram os cristais em pedaços menores do que 50 micrômetros. A aeração é muito eficaz: um sorvete regular contém mais de 50% de ar! Sem isto, a textura de um sorvete não seria tão diferente de um cubo de gelo, e daria uma péssima impressão ao paladar. Um quadro abaixo ilustra a importância de uma boa aeração.

O ar no sorvete é um tema constante de pesquisas químicas. Mais que um desafio para os cientistas, é uma arte para os fabricantes. As bolhas devem ser pequenas e uniformes, finamente dispersas. Se colapsarem, saem da mistura e o sorvete não retém mais sua forma. De uma maneira geral, as bolhas de ar não podem ter mais do que 100 micrômetros de diâmetro. Se forem maiores, o sorvete derrete muito rapidamente.

entram as proteínas: são elas que estabilizam as bolhas de ar e os glóbulos de gordura! A principal é justamente a caseína, uma proteína micelar, abundante no leite. São as micelas de caseína que ficam em volta dos glóbulos de gordura, tornando-os estáveis dentro da emulsão. E os sacarídeos e polissacarídeos presentes também têm um papel importante: solúveis na água, impedem esta de congelar completamente, pois diminuem o ponto de fusão do líquido. O resultado é uma viscosa solução, que faz com que o sorvete seja macio - e não duro como um iceberg! Esta solução saturada de sacarose é chamada de plasma ou serum. Num bom sorvete, o serum está sempre no estado líquido.

Efeito do tempo de agitação na aeração do sorvete


Na aeração, o creme é batido juntamente com o ar. O tempo é um fator importante; na primeira figura, com apenas 30s de agitação, as grandes bolhas de ar escapam da mistura, restando apenas pequenas bolhas na emulsão. Após 75s de agitação já observa-se a existência de bolhas maiores. A melhor situação parece ocorrer a 105s, onde os glóbulos de gordura e as bolhas de ar estão bem dispersos na emulsão e bastante estáveis. Se o tempo for maior, como vemos na foto a 120s, há demasiada coalescência dos glóbulos de gordura, formando grandes fases gordurosas. O gráfico abaixo ilustra o efeito da agitação durante a aeração sobre vários parâmetros do servete.

Fonte: Colloids and Surfaces A 190 (2001) 333-354

 

Sorvete com cobertura
Clique para animaçãoComo é feito a cobertura de chocolate ou de sucos no sorvete?
Utilizando banhos sucessivos de nitrogênio líquido, os fabricantes são capazes de desenvolver uma "casca" de chocolate ou de suco no sorvete de palito. Devido ao aprisionamento de micro-bolhas de ar entre as camadas de cobertura, o resultado é um sorvete crocante. Clique no sorvete ao lado para ver uma animação.

Somente após a saída do SSHE é que o sorvete recebe os ingredientes finais: sucos ou aromas artificias de frutas, com o sabor requerido, além de corantes e outros aditivos. Noi caso de pedaços de frutas ou castanhas, o cuidado é especial: estes elementos são tratados quimicamente antes de serem adicionados, pois podem carregar bactérias e outros contaminantes, capazes de destruir a emulsão. O sorvete, então, é armazenado em temperaturas inferiores a -30 oC; acima de 25 oC os cristais de gelo continuam a crescer e as bolhas de ar se expandem. Alguns modelos de sorvete vêm com uma cobertura de chocolate ao redor. O processo para fabricação destes sorvetes não é muito complicado, e envolve o uso de nitrogênio líquido, conforme descrito no quadro ao lado.

Agora, na primavera, os consumidores vão começar a comprar toneladas de sorvetes nos supermercados e outros estabelecimentos. O que você acha, todavia, que os fabricantes estiveram fazendo durante o inverno? Obviamente, fizeram estoques de sorvetes, de todos os sabores. Mas há um problema: os sorvetes não são estáveis com o passar do tempo. Entram em campo, novamente, os químicos.

Efeito do emulsificante na estabilidade
% mono- e diglicerídeo 0 0.075 0.15 0.15 0.15 0.15
% polisorbato 80 0 0 0 0.02 0.04 0.06
taxa de derretimento (%min-1) 0.9 1.0 0.8 0.2 0.2 0.1
A taxa de derretimento foi medida à 20 oC
Fonte: International Dairy Journal 10 (2000) 303-309

Há várias formas de monitorar a estabilidade de um sorvete. Uma delas é a medida da taxa de derretimento: os químicos colocam o sorvete sobre uma grade, dentro de uma cabine de temperatura controlável. Cada pingo que cai do sorvete passa pela grade e é coletado em uma balança, embaixo. Várias composições são testadas (e.g. variando as concentrações de proteínas, emulsificantes, tempo de aeração, etc.) até que o sorvete passe por este teste. A microscopia de varredura eletrônica também é uma ferramenta muito popular nesta área, pois permite uma visualização em escala microscópica da mistura.

Hoje, milhões de toneladas de sorvete são consumidas anualmente, quer seja nos países quentes ou frios. Além de ser um bom negócio, o sorvete também é um vasto campo de pesquisa para os químicos: a ciência está sendo convidada a participar das várias etapas da fabricação do sorvete. Parece uma área de pesquisa vantajosa: se no final do expediente os resultados não forem bons, o químico ainda pode, ao menos, comer parte de suas amostras...


Got Milk?!
Got milk?O leite tem sido usado como alimento pelos humanos desde os tempos mais remotos. Inicialmente, o leite era consumido in natura, tal como saia do animal; hoje, dispomos do leite pasteurizado e podemos encontrar a versão whole, low-fat ou skim. Não obstante, diversos derivados do leite (dairy products) são consumidos no mundo inteiro, como queijos, iogurtes, sorvetes e leite condensado.

O leite de ovelha é muito nutritivo
De longe, o leite extraido de vacas é o mais consumido por humanos, mas este não é o único animal. Além da vaca, consumimos leite de búfalos (principalmente na India, China, Egito e Filipinas), cabras (nos paises mediterrâneos), renas (norte da Europa) e ovelhas (sul europeu). O leite de vaca não é o mais nutritivo; entretanto, o alto consumo deste leite está associado ao frequente manejo bovino (por causa da carne) e ao grande volume de leite produzido por estes animais: em 1800, a média anual de produçao láctea de uma vaca era de de 1500 litros. Hoje, graças a uma melhor nutrição e refinamento das raças, uma única vaca é capaz de fornecer 10.000 litros de leite/ano! A campeã é a Holstein-Friesian; entretanto, vacas das raças Ayirshire, Guernsey e Brown Swiss produzem um leite mais rico em gorduras e proteínas.

Somos uma fábrica de leite
Nossa primeira refeição, ao nascer, é o leite: como todos os mamíferos, somos capazes de produzir o leite para amamentar nossos filhotes. Além de ser um alimento, o leite materno também contém uma boa dose de anticorpos - é uma verdadeira vacina. Entretanto, não somos os únicos animais que apreciamos o leite mesmo quando adultos: gatos, cachorros e praticamente qualquer outro animal também comem leite, sempre que tiverem uma chance...

Bebida ou alimento?!
A grande maioria das pessoas classificaria o leite como sendo uma bebida. Entretanto, esta classificação é equivocada: enquanto um tomate ou uma folha de alface, por exemplo, contém apenas 6% de sólidos, no leite esta quantidade ultrapassa 13%. Desta maneira, o leite deve ser considerado um alimento, e não uma bebida. Dentre todos os leites, o mais nutritivo é o extraido das renas: contém mais de 36% de sólidos (10% de proteinas e 22% de gorduras). Este leite é um dos melhores para o preparo de queijos.

O leite é uma suspensão, e não uma solução: nele, partículas dispersas são estabilizadas na fase liquida. Os maiores componentes são água, gorduras, proteínas, carbo-hidratos e minerais. Entretanto, embora em menor quantidade, outros componentes são igualmente importantes, como vitaminas e amino-ácidos essenciais. Mais de 250 substâncias químicas diferentes já foram identificadas no leite bovino.

Na lista abaixo, podemos ter uma ideia da composição geral do leite.

Composição do leite
De uma forma geral, o leite bovino é uma mistura de varias substâncias, entre elas:
>87 % água
>13 % de sólidos, sendo:
# 4 % gordura
# 3.25% proteínas (3/4 caseina)
# 4.6% lactose
>minerais 0.65% - Ca, P, Mg, K, Na, Zn, Cl, Fe, Cu, sulfato, bicarbonato e outros
>ácidos 0.18% - citrico, formico, acetico, lactico, oxalico
>enzimas - peroxidase, catalase, fosfatase, lipase
>gases - oxigênio, nitrogênio e CO2
>vitaminas

O leite é uma mistura particularmente interessante. Pode ser classificado como uma emulsão (de globulos de gordura dispersos na fase aquosa) ou uma suspensão (de micelas de caseína, proteinas globulares e partículas lipoprotéicas). Além disso, a fase liquida é uma solução de lactose, proteínas hidrossoluveis, minerais e outros componentes.

A gordura no leite
Manteiga é gordura animal
Algumas células das glândulas mamárias dos mamíferos secretam gorduras - mais precisamente, triglicerídeos (o QMCWEB já falou sobre estas substâncias). Estas células liberam pequenas "gotas" ou glóbulos de gordura que são estabilizadas por uma cobertura lipo-protéica, derivada da membrana plasmática das células excretoras. O leite "integral", na verdade, não é integral. A legislação brasileira determina uma quantidade mínima de gordura no leite para esta classificação, e os fabricantes optam sempre pelo mínimo, extraindo boa parte das gorduras e proteínas excedentes, para a fabricação de derivados. Como é de origem animal, a gordura lactea é predominantemente saturada (>65%), contendo menos de 3% de gorduras poli-insaturadas. Dentro destes glóbulos de gordura, existem moléculas lipossolúveis muito importantes para o corpo humano: vitamina A e colesterol, entre outras. Por isso o leite desnatado é pouco nutritivo e quase não contém colesterol.
O consumo deste tipo de leite, infelizmente, vem aumentando nos ultimos anos no Brasil.

Fabricação da manteiga com gordura do leite
Dentre os ácidos graxos encontrados no leite, a maior parte refere-se a acidos de cadeia longa, como o o C16 palmítico (26% da gordura), o C18:1 oléico (20%) e o C14 mirístico (11%).
No leite de cabra, o acido C10 cáprico é também abundante, conferindo o odor caracteristico.

Proteinas no leite
O queijo contém muitas proteínas do leite
O leite é rico em proteinas, de particularmente 3 tipos (O QMCWEB ja falou sobre proteínas). A mais abundante é a caseína - um complexo de várias unidades protéicas, disperso na fase líquida do leite. Varios fatores (como temperatura, pH e força iônica) podem provocar a desnaturação da caseína, levando ao coalho do leite. No leite coalhado, observa-se claramente a formação de duas fases: uma sólida, que contém proteínas e gorduras, e outra líquida (soro), que contém carbo-hidratos e água, predominantemente.

Lactose no leite
leite coalhado: um resultado da lactase
Dentre todos os carbo-hidratos encontrados no leite (O QMCWEB já falou sobre carbo-hidratos). Esta molécula é um dissacarídeo composta por uma unidade de glucose e outra de galactose. Na maioria dos processos de produção de derivados do leite, as bactérias convertem a lactose no ácido lático. Quando deixamos o leite fora da geladeira, ele "azeda": este fenômeno é justamente o resultado da fermentação do leite pelas bactérias que produzem acido lático. A alteração do pH do leite promove a coagulação de muitas de suas proteínas, gerando a separação de fases.
O yogurt é um produto da fermentação do leite
No corpo humano, a lactose é quebrada por uma enzima chamada lactase, em suas subunidades básicas. A glucose e a galactose, então, são absorvidas pelo trato digestivo e utilizadas no organismo.
Algumas pessoas sofrem deficiência de lactase; neste caso, o leite se torna tóxico, na medida em que a lactose não pode ser metabolizada, levando a males digestivos.

Vitaminas e minerais
Diversos produtos são derivados do leite
O leite é uma excelente fonte de muitas vitaminas. Entretanto, o leite pasteurizado já não possui muitas delas, tal como a vitamina C, que é destruida durante este processo. As vitaminas mais abundantes são a A e D, ambas lipossolúveis. Muitos fabricantes, também, adicionam quantidades extras destas vitaminas ao leite. O leite também é uma fonte para o grupo B de vitaminas, principalmente para a riboflavina, niacina e tiamina, além de traços de biotina, piridoxina, ácido fólico e pantotênico.

Além de vitaminas, o leite contém também minerais, sendo uma das mais importantes fontes de íons cálcio e fósforo em nossa dieta. Também contém íons potássio, cloretos, sódio, magnésio, cobre, iodetos e ferro. Muitos fabricantes adicionam quantidades extras de alguns destes minerais, sobretudo do ferro, no intuito de "fortificar" o leite.

 

Por que o leite derrama quando ferve?

Esta é uma das questões mais frequentes dos leitores do QMCWEB. Finalmente, você poderá saciar a sua dúvida.

Bem, começaremos a entender falando sobre a água. Quando aquecemos um certo volume de água, rapidamente observamos a liberação de bolhas de gás - mesmo antes da fervura. Isto ocorre porque a solubilidade dos gases diminui com o aumento da temperatura (lei de Henry, lembra?). Menos solúveis, os gases outrora dissolvidos formam bolhas e saem do líquido.

No leite, entretanto, mesmo sob a forma de bolhas o gás ainda fica "aprisionado" no líquido. O leite têm uma série de substâncias capazes de estabilizar estas bolhas, como a caseína. Com várias bolhas de gás, o leite vai gradativamente aumentando de volume. O gás se expande com o aumento da temperatura, e então as bolhas ficam cada vez maiores.

Próximo a fervura, entretanto, o volume destas bolhas aumenta muito, as proteínas começam a se desnaturar e a estabilidade do gás diminui drasticamente. Ao mesmo tempo, ocorre uma separação de fases: a camada de gordura fica sobre o líquido da emulsão devido à desnaturação das caseínas. Esta capa de gordura impede a saída imediata do gás que, agora, já não é mais estabilizado. O fenômeno que ocorre, então, é a escalada do líquido pelas paredes do recipiente. E a meleca no fogão...

Você pode fazer em casa um experimento simples, que prova que as micelas de caseína são as culpadas. Tente ferver um pouco de leite após ter adicionado algumas gotas de limão ou vinagre. A alteração no pH provoca a desnaturação das proteínas do leite, impedindo-as de estabilizarem as bolhas de gás. O leite acidificado, então, passará a ferver como se fosse água - sem derramar. Pena que o sabor não seja muito agradável...


Derivados do Leite
produto
100g
água
(g)
proteína
(g)
gordura
(g)
queijo
(Brie)
48
21
30
queijo
(Emmental)
37
28
27
sorvete
61
3.5
11
yogurt
85
5.3
3
manteiga
16
0.8
81

Fonte: Composition of Foods, Agriculture Handbook no. 8-1, U.S. Department of Agriculture

VoltaVoltacriação: minatti


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