もろいものがカリカリになるのではなく、なぜ柔らかいままなのか疑問に思っていますか?または綿菓子の仕組みを知りたいですか？次に、重要ではあるが非常に複雑な概念、「ガラス転移温度」に出くわすかもしれません。
頭の中で理解するのは難しい概念です。ガラス転移温度は、材料が硬いガラス状の材料から粘性がありながら柔軟な製品に変化する時期を表します。言い換えれば、これまでカリカリだったピーナッツがもろくなった理由を説明でき、より優れたキャンディー メーカーになるのに役立ちます.
ガラスは固体に見える液体です
私たちのほとんどは、物質の 3 つの基本的な状態 (気体、液体、固体) に精通しています。おそらくご存知でしょう:凍った氷は 固体 です 、室温の水は液体です 、蒸発した水は気体です .
これらの 3 つの相を互いに際立たせているのは、材料内の原子や分子がどれだけ自由に動くことができるかということです:
- ソリッドで 、それらは結晶質でしっかりと組織化されています 構造。それらはかなり固定されています。
- 液体中 、動き回ることができます でも一緒にいてね。
- ガスの中 、分子は物理的な境界によって制限されますが、自由に動き回ります
ではグラスとは？まあ、これら 3 つの異なるカテゴリのいずれにもきちんと分類されません。ガラス状のマテリアルは固体のように見えます。それらは形を保ち、ひびが入り、流れません。しかし、原子スケールで見ると、それらは液体のように見えます!つまり、原子は結晶形式で構造化されていません。代わりに、液体のように、よりランダムに編成されます。これをアモルファス構造と呼んでいます。
ハードキャンディーは食品によく使われるグラスです
食品中のグラスの良い例は、ハード キャンディーです。このタイプのキャンディーは非常に硬くてもろいですが、内部にアモルファス構造があります。結晶は含まれていません。ハニカムもハードキャンディーの一例です。
別の例は綿菓子です。わたあめは口の中でとろけ、固くもろくありません。でも、それはわたあめを構成する糸がとても細いからです。ただし、すべてのスレッドはガラスです。
粘性から硬質への移行
液体が固体になるには、その液体の分子が組織化された結晶構造にしっかりと組織化できる必要があります。ただし、液体が非常に粘性である場合、分子がこのように組織化するのは難しい場合があります。代わりに、分子はその組織化された構造を実際に形成することができずに、所定の位置に「固定」されます.これが起こると、物質はガラスに変わります。粘性液体からガラスへのこの遷移は、ガラス遷移です。 .
液体の粘度は、その流れ方を表します。水は非常に粘度の低い液体で、非常に簡単に流れます。ハチミツは粘度が高く、濃く、明らかに流れが異なります。高濃度のシュガー シロップはさらに粘性があります。
温度に依存
何かが気体、液体、または固体であるかどうかは、他の要因の中でもとりわけ温度に依存します。 （これは、キャンディーを作るときに温度を測定することが非常に重要である理由の1つです。）成分が相変化する温度は、相転移温度と呼ばれます.たとえば、融点で物質は固体から液体に変化します。沸点で、液体は気体に変化します。
ガラスから粘性液体への移行は、正式な相転移ではありません。ガラス転移温度の働きは少し異なります。それにもかかわらず、それは温度にも依存し、同様の原則によって支配されています.
製品がそのガラス転移温度より上に保持されている場合、それは粘性液体です。ガラス転移温度以下に保たれている場合、それは GLASS です。
ガラス転移温度とは、名前からは違うと思われるかもしれませんが、特定の温度ではありません。一般的に言えば、ガラス転移はある温度範囲で起こります。たとえば、40 ～ 45°C (104 ～ 133°F) で発生する可能性があります。
また、どのように発生するかは、製品を冷却する速さによって異なります。多くの食品は、すぐに冷やさないとグラスになりません。そうでない場合、分子は別の方法で組織化できる可能性があり、ガラスが追従する機会がありません。
最後に、製品の構成に大きく依存しますが、これについては以下で説明します.
例:ピーナッツ ブリトル
ピーナッツ ブリトルは、シュガー シロップを高温で調理し、再び冷却することによって作られます。熱いうちに、混合物は液体です。鍋からトレイに簡単に注ぐことができます。しかし、冷めると粘り気が出てきます。ある時点で固体になり、ガラス転移を通過します。温かいピーナッツはもろく曲げることができますが、冷やしたもろいものは簡単に折れてしまいます。
水分の多かれ少なかれが違いを生む
ガラス転移温度の概念を把握するのが非常に難しいのは、製品の正確な組成に大きく依存するという事実です。特に食品の場合、水の量が重要な役割を果たします。
説明するために、キャンディー科学の世界をさらに深く掘り下げます.
キャンディーを作るには、通常、砂糖と水の溶液を沸騰させることから始めます。この砂糖溶液を特定の温度まで沸騰させます。その温度は、シロップにまだ残っている水の量の尺度です。温度が高いほど、その溶液中の水の量は少なくなります。 (この背後にある科学については、こちらで詳しく説明しています .)
シロップに残っている水の量は、シロップの粘度に大きな影響を与えます。水分が少ないほど粘性が高くなり、シロップは濃くなります。
特に非常に粘性の高い液体は、ガラスを形成する傾向があることを思い出してください。そのような液体中の分子が動き回り、きれいに組織化された結晶構造を形成することは困難です。そのため、調理したシロップの温度が高いほど、グラスを形成できる可能性が高くなります.
キャンディーにまだ多くの水分がある場合、キャンディーのガラス転移温度は室温よりかなり低くなります。キャンディーが冷めても、ガラス転移温度が低すぎるため、ガラスになりません。
ただし、キャンディーの水分含有量が低いほど、ガラス転移温度は高くなります。そのため、冷却時にキャンディーがガラス転移を通過する可能性が高くなります。ハードキャンディーを作るには、通常、砂糖シロップを少なくとも 132°C (270°F) 以上の温度で沸騰させてグラスを作る必要があります。ただし、正確な温度はキャンディーの組成によって異なります。
一般的に言えば、含水量とガラス転移温度の関係は次のとおりです。
水分含有量が低いほど、ガラス転移温度は高くなります。
蒸し暑い日にキャンディーを作るのが難しい理由
キャンディーのレシピには、高温多湿の日に試してはいけないと記載されていることがよくあります。その理由の 1 つは、ガラス転移温度に関係しています。
ハードキャンディーがガラス状になるためには、次のことが必要です:
- すぐにクールダウン
- 水分含有量が少ない。
キャンディーのガラス転移温度が 27°C (80°F) の場合、暑い日にはキャンディーを十分に冷やしてガラス転移温度を下回ることができない場合があります。商品が下の場合のみ、 ガラス転移温度でガラス状になります!
高湿度も助けにはなりません。蒸し暑い日には、空気中に多くの水分が含まれています。一方、ハードキャンディーには水分がほとんど含まれていません。キャンディーを湿度の高い環境に置くと、空気中の湿気の一部がキャンディーに取り込まれます。その結果、ガラス転移温度が低下します。ガラス転移温度が保存温度を下回ると、キャンディーは硬く脆くなりません。代わりに、ゴム状でわずかに柔軟になります。
これが、これらのタイプのキャンディーを常に気密容器に保管する必要がある理由でもあります.湿気のない日でも、空気にはキャンディーよりも多くの水分が含まれている可能性が高く、水分はゆっくりとキャンディーに移動します.その結果、以前は固くてもろかったキャンディーが、時間の経過とともに柔らかくなります!
また、わたあめが口の中で瞬時にとろけるのもこのためです。わたあめは、たくさんの細いガラス状のストランドでできています。彼らがあなたの唾液に触れると、水分含有量が急速に増加し、ガラスが砂糖溶液に変わります!
参考文献
TU アイントホーフェン、ガラス相:物理ミステリー、リンク
Tom Husband、キャンディー作りの甘い科学、2014 年 10 月、リンク
