מערק ועד מיונז: טיפות מרחפות בנוזל

על אפקט האוזו, מתח פנים ו"מיונז ללא מיונז"

אחד מקסמי הטברנה, או המרפסת, הוא אותו רגע בו מוסיפים מים אל כוס הערק (או האוזו, הראקי, הפסטיס, הפרנו או הסמבוקה). המשקה השקוף הופך לפתע ללבן חלבי. אך בהוספת עוד ערק, חוזר הצבע השקוף. איך מתרחש הקסם? משקאות האניס הם בעצם תמיסה, כלומר תערובת אחידה (הומוגנית), של שני נוזלים: שמן זרעי אניס ואלכוהול. למולקולות האלכוהול יש קצה אוהב מים (הידרופילי) וקצה אוהב שמן (ליפופילי). הודות לקצה הליפופילי, שמן האניס מתערבב היטב עם האלכוהול. המשקה שקוף כיוון שקרני האור שפוגעות בתמיסה עוברות דרכה ויוצאות מצידה השני. כשמוסיפים מים, נוזל שלישי, האיזון בתמיסה משתנה שכן שמן האניס אינו מתמוסס במים. בתחילת ההוספה, התמיסה עדיין שקופה, כי קרן אור עדיין יכולה לעבור דרכה. אך כאשר כמות המים כבר מהווה אחוז מסוים מהתערובת, שנקרא "הערך הקריטי", מולקולות השמן הופכות, באופן ספונטני, לטיפות שמרחפות בתוך תמיסת מים-אלכוהול. המשקה הפך מתמיסה אחידה של שני נוזלים לתפזורת של טיפות שמן בנוזל אחר, או בשפה הכימית, לתחליב או אמולסיה.

טיפות מרחפות

אמולסיה היא שילוב יציב של שני נוזלים שלא מתערבבים זה בזה, כמו שמן ומים, כאשר אחד מהם מפוזר ברחבי הנוזל השני כטיפות זעירות שמרחפות ואינן שוקעות. מקור המילה הוא בפועל הלטיני "לחלוב", וחלב הוא אכן אמולסיה של טיפות שומן במים. הטיפות באמולסיה זעירות ביותר – קוטרן הוא אלפית עד עשירית המילימטר. בגודל זה הן מחזירות אור: קרן אור שפוגעת בטיפות אינה עוברת דרכן אלא מוחזרת לכיוונים שונים, מה שנותן למשקה בכוס צבע חלבי. בדוגמת הערק, כשמוסיפים לכוס עוד אלכוהול, רמת המים יורדת מתחת לערך הקריטי, האמולסיה מתפרקת והמשקה הופך שוב לשקוף.

על האמולסיות המפורסמות במטבח נמנים המיונז, שהוא תחליב טיפות שמן במים, ורוטב הוינגרט, החמאה והמרגרינה, שהם תחליבים של מים בשמן. אם נשקשק צנצנת המכילה שמן ומים הם יתערבבו, אך כשנניח את הצנצנת למספר דקות, הם ייפרדו מהר מאד חזרה לשתי שכבות: טיפות השמן ייפגשו מחדש ויתחברו זו לזו, והשמן יעלה ויצוף על פני המים. החלוקה לשתי השכבות, שמן ומים, נובעת מכך ששני החומרים, על-מנת לא להתערבב, מקטינים את שטח המגע ביניהם למינימום, או מגדילים את מתח הפנים שלהם.

מתח פנים: הפסקה מתודית…

כשמסתכלים על המולקולות בנוזל, ניתן להפריד בין המולקולות ששקועות כל כולן בתוך הנוזל ומוקפות במולקולות נוזל זהות אחרות מכל עבריהן, כלומר, מרגישות כוחות משיכה זהים מכל הכיוונים, ובין המולקולות שנמצאות בשכבה הדקה של פני-השטח, אשר מוקפות במולקולות נוזל רק מלמטה ומהצדדים, ומרגישות כוחות לא מאוזנים. כדי לפצות על חוסר האיזון, מתגברת המשיכה בין מולקולות פני השטח לבין עצמן, מה שגורם להן להסתדר מרחבית באופן שמקטין את המגע עם הסביבה החיצונית, כלומר, מקטין ביותר את שטח הפנים של הנוזל. מתח פנים הוא אותה משיכה מוגברת בין המולקולות שבשכבת פני השטח של הנוזל, לעומת המשיכה שבין המולקולות שנמצאות בתוך הנוזל. כשמדובר בטיפות, הן תסתדרנה בצורה הגיאומטרית בה פני השטח הם מינימאליים ביחס לנפח, כלומר, ככדור. ככל ששטח הפנים קטן, מתח הפנים גבוה.

ההגדרה הפיסיקלית למתח פנים היא – האנרגיה הדרושה כדי להרחיב את שטח הפנים של נוזל ביחידת שטח אחת.

… ובחזרה לטיפות המרחפות באמולסיה

אם כן, כשמערבבים שמן ומים ומשקשקים, השמן נוטה להקטין את המגע שלו עם המים. כלומר, הוא יסתדר כטיפות כדוריות, בהן שטח הפנים קטן, ומתח הפנים גבוה. אך עם הזמן, טיפות השמן יתאחדו מחדש זו עם זו ויהפכו לשכבה אחת שצפה מעל המים.

כדי להכין אמולסיה יציבה, למשל מיונז, יש להשקיע אנרגיה נוספת כדי לפזר את השמן לטיפות רבות וקטנטנות, כלומר, להגדיל את שטח הפנים שלו כך שיותר שמן יהיה חשוף למים. האמולסיה היחידה שנוצרת מעצמה, ללא השקעת אנרגיה, היא באותה כוס ערק חלבית. ההתנהגות של שמן האניס במים ואלכוהול מכונה "אפקט האוזו", ועדיין אין לה הסבר מדעי. בשאר האמולסיות, יש צורך בגורם נוסף, שייצב את האמולסיה.

עם קצת עזרה מידידי: חומרים מתחלבים

בהכנת מיונז, מתחילים מתערובת מימית המכילה חלמון או ביצה שלמה, וחומץ או מיץ לימון. לתוכה מוסיפים בהדרגה שמן וטורפים במרץ כך שהשמן נשבר לטיפות זעירות. החיבור בין טיפות השמן והמים מצליח בגלל שני גורמים: טריפה חזקה, ונוכחות של מולקולות מסוימות בחלמון הביצה, כמו לציטין, הנקראות חומרים מתחלבים (אמולסיפיירים). מתחלבים הם חומרים המורכבים ממולקולות שיש להן צד אוהב שמן (ליפופילי) וצד אוהב מים (הידרופילי). החומר המתחלב נצמד אל טיפות השמן דרך הצד הליפופילי שלו, בעוד שהצד ההידרופילי שלו פונה כלפי המים. כתוצאה מכך כל טיפת שמן קטנטנה מצופה בעצם במעטה אוהב מים שמונע מטיפת השמן השכנה להתקרב ולהתחבר אליה. כך החומר המתחלב מוריד את מתח הפנים של טיפות השמן וקל יותר ליצור טיפות קטנות.

גם כוח וגם מוח

רק השילוב בין הכוח הפיסיקלי של הטריפה ובין ההרכב הכימי של המתחלב מאפשרים לשמן ולמים להישאר מעורבבים כאמולסיה יציבה. מיונז מכינים מכמות קטנה של חומץ או מיץ לימון (המכילים מים) ופי-8 שמן: טיפות השמן מהוות 80% מנפח המיונז! הכמות העצומה הזו של שמן נכנסת לכמות הקטנה של מים בזכות המבנה של טיפות השמן הזערוריות, המצופות במתחלב ובשכבה דקה של מים, ולכן מיונז הוא סמיך. בשמנת מתוקה, טיפות השמן מהוות רק 40% מנפח השמנת, ולכן היא נוזלית.

דוגמא לרוטב שהוא אמולסיה של טיפות מים בשמן הוא רוטב הוינגרט. כאן משתמשים בפי שלושה שמן מאשר חומץ, בדרך-כלל ללא חומר מתחלב. משקשקים בצנצנת את השמן, החומץ וחומרי טעם – מלח, פלפל, עשבי תיבול – ממש לפני ההגשה, ויוצקים על הסלט. כיוון שהרוטב אינו מכיל חומר מתחלב ויש בו יותר שמן ממים, המים הם אלה שיוצרים טיפות קטנות בתוך השמן. יש המוסיפים לרוטב גם אבקת חרדל, המשמש כמתחלב, אולם כיוון שהמולקולות המתחלבות בחרדל פחות יעילות מאלה שבחלמון הביצה, התערובת המתקבלת פחות יציבה ממיונז. אם לא משתמשים בוינגרט מיד, יש לערבב אותו שוב מדי פעם, פן ייפרד לשתי שכבות.

"מיונז ללא מיונז"

כאמור, במיונז הקלאסי משתמשים בחלמון כמתחלב, אולם ניתן, כמובן, להשתמש גם במתחלבים אחרים. הרווה תיס (This), מדען הבישול הצרפתי וממייסדי הגסטרונומיה המולקולרית, הרחיב את מושג המיונז. הוא התחיל עם מיונז ללא חלמון, בו השתמש בחלבון הביצה (ה"לבן") בלבד. במקרה זה, משמשות מולקולות החלבונים שב"לבן" הביצה בתור החומרים המתחלבים. לאחר מכן הלך צעד קדימה והכין "מיונז" ללא ביצים כלל: בתפקיד המתחלב ברוטב נטול הביצים מציע תיס להשתמש בג'לטין. ברוח זו, הוא הכין "מיונז" מרוטב בשר (הקולגן שבבשר הופך לג'לטין בבישול), אליו הוסיף חומץ וטרף פנימה שמן. דוגמא אחרת שהוא מציע היא מיצוי עשבי תיבול, כמו רוזמרין ותימין, עם מיץ תפוזים, וג'לטין. לאחר שמבינים את העקרונות המדעיים מאחורי הכנת אמולסיה יציבה, ניתן להכין מגוון עצום של רטבים חדשים – השמים הם הגבול.

לקריאה נוספת: Hervé This, Molecular Gastronomy: Exploring the Science of Flavor

לצפייה נוספת:   Alton Brown, Good Eats: episode: Mayo Clinic