夜食日記

分子調理学者。料理・調理のメカニズムを研究する大学教授。著書に『料理と科学のおいしい出会い』(化学同人)、共訳書に『The Kitchen as Laboratory』(講談社)など。分子料理・分子調理ラボ(http://molecular-cooking-lab.net)を主宰。関心は「食×科学×芸術」。

なぜホット・アイスクリームは高温で固まり、低温で溶けるのか?

 一連の“ホット・アイスクリーム”のエントリーのつづき。

 ホット・アイスクリームの鍵の成分であるメチルセルロース(methylcellulose)は、植物の細胞壁の主成分であるセルロース(cellulose)を化学的に修飾することによって作られます。

 また、メチルセルロース同様、セルロースから作られるものにカルボキシメチルセルロース(carboxymethylcellulose)というものもあります。

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 これらの高分子は水への溶けやすさが異なります。

  • セルロース→冷水にも熱水にも溶けない
  • メチルセルロース→冷水に徐々に溶ける(熱水には溶けない)
  • カルボキシメチルセルロース→冷水、熱水に溶ける(ナトリウム塩は比較的はやく溶ける)

 メチルセルロースもカルボキシメチルセルロースも、食品の粘性を上げる食品添加物(増粘剤、安定剤、ゲル化剤、糊料)として使われています。しかし、水溶液の温度を上げて固まるのはメチルセルロースだけで、カルボキシメチルセルロースは高温になってもゲル化しません。

 カルボキシメチルセルロース以外にも、海藻に含まれるアガロースやカラギーナンなどの食品に使われるほとんどの多糖類は、基本的に温度(temperature)が上昇すると粘度(viscosity)は低下します。また、温度によってあまり粘度が変わらないザンタンガム(zanthan gum)という微生物が生産する多糖もあります。

 それに対し、メチルセルロースは、他の多糖類と違って昇温によってゾルからゲルになります。さらに、冷却によってまた元に戻る熱可逆性を有しています。メチルセルロースの粘度は、加熱と冷却過程で異なる挙動を示します。

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 なぜ、メチルセルロースはこのようなまれな性質を持つのでしょうか?その疑問を解く鍵はメチルセルロース分子の構造にあります。

 冷えた状態では、メチルセルロース分子のヒドロキシ基(Hydroxyl group,  -OH)やメトキシ基(Methoxy group, CH3O-)の周りに水の分子を取り囲んでクラスタを形成し、粘度が低いゾルの状態になっています。温度が50℃以上になると、メチルセルロースのメトキシ基に結合している水のクラスタが破壊され、疎水基同士の相互作用が生じ、結果として高温で安定したゲルになります。

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 メチルセルロースの特徴的なサーモゲル化(thermogelation)は、メチルセルロース分子の“側鎖”が、温度によって水分子と結合するか、互いに疎水的に結合するかでゾルーゲル転移が起こるということが影響しています。

 メチルセルルースの特徴を知ったところで、ホット・アイスクリームがおいしくなるわけではありませんが、何か新しい料理を開発する上でのひとつのきっかけ程度にはなるでしょう。

 

参考文献等

  1. Nishinari K, Hofmann KE, Moritaka H, Kohyama K, Nishinari N (1997) Gel–sol transition of methylcellulose. Macromol Chem Phys 198:1217- 1226
  2. Hirrien M, Chevillard C, Desbrieres J, Axelos MAV, Rinaudo M (1998) Thermogelation of methylcelluloses: new evidence for understanding the gelation mechanism. Polymer 39:6251–6259 
  3. Synthesized Carbohydrate Food Gums, Department of Nutrition Science, Purdue University
  4. Modern Industrial Chemicals (part 5) - “Melts” as it cools: Methylcellulose - Hot Marshmallows - Family, Food & Recipes - Womenworld.org