キャンディーを作ることはしばしば科学と表現され、その砂糖シロップを正確な温度まで沸騰させるために温度計が必要です.または、シロップを所定の段階まで調理することもできます。これは困難な場合があります。詳細な指示に従わないと、キャラメル、マシュマロ、ハニカム、またはその他のほぼすべての砂糖菓子が失敗する運命にあります（少なくとも、あなたはそう感じています）.または、逆のことをして、自分のやり方を推測しただけかもしれません。キャラメルが少し硬すぎて、ハニカムが歯ごたえがありすぎる危険を冒しています。
キャンディーを作るには確かに芸術がありますが、科学もたくさんあるので、詳細な説明があります.前回の記事では、シュガーシロップを調理すると粘度がどのように変化するかを紹介しました.ここでは、これらすべての指示の背後にある科学を掘り下げます。
砂糖菓子のバリエーション
1つの主要な材料である砂糖を使用して、これほど多くの異なる種類のキャンディーを作ることができるのは驚くべきことです.ふわふわのわたあめ、風通しの良いハニカム、カリカリのもろいピーナッツ、歯ごたえのあるキャラメル、柔らかいマシュマロ、カリカリのトフィーはすべて砂糖の上に作られていますが、それでも非常に異なります.軽くて風通しの良いものもあれば、密度が高く歯ごたえのあるものもあります。
この幅広いテクスチャーのために、砂糖が水とどのように相互作用するかという興味深い方法に感謝しなければなりません!これらのキャンディーのすべてのスタイルは、水に砂糖を溶かしたものを作ることを含みます。どのくらいの量の (または少ない) 水にどれだけの砂糖を入れるかによって、キャンディーの挙動が大きく決まります!
ほとんどの砂糖菓子には脂肪、膨張剤、タンパク質などの他の成分が含まれていますが、今のところ、これらの砂糖菓子は砂糖と水だけであると仮定します.あまり気を散らさずに科学を説明するのに役立ちます.
3 つの核となる砂糖菓子科学の概念
砂糖溶液がどのように作用し、これらのさまざまな種類のキャンディーを作るかを説明して理解するには、砂糖溶液の科学をより深く掘り下げる必要があります.ここでは、ほとんどのキャンディー製造科学の基礎を形成する 3 つの概念が特に重要です。
<オール>沸点上昇
海面では、純粋な水の沸点は 100°C (212°F)、凝固点は 0°C (32°F) です。ただし、塩や砂糖などの他の成分を水に溶かすことで、この沸点と凝固点を変えることができます。さまざまなコンポーネント間の相互作用は、液体の沸騰や凍結のしやすさに影響を与えます。沸点または凝固点がどれだけ変化するかは、追加の成分 (砂糖など) が液体にどれだけ溶解しているかによって異なります。
水にたくさんの糖分子を溶かすことができ、溶解度が高いです。そのため、水の沸点と凝固点に大きな影響を与えることができます。アイスクリームを作るときは後者を使います。アイスクリームに砂糖を加えると、そのアイスクリームの凝固点が下がります。 0°C をはるかに下回る温度で冷凍されているにもかかわらず、アイスクリームを柔らかくするのはこの成分です。
冬の道路の塩漬けも、凝固点降下の概念に基づいています。高濃度の塩分が水の凝固点を下げ、道路での凍結を防ぎます!
一方、キャンディーを作るときは、沸点上昇を利用しています。砂糖を溶かすほど、その砂糖溶液の沸点は高くなります。 60% の砂糖 (スクロース) を含む砂糖溶液は、すでに約 103°C (217°F) の沸点を持っています。さらに、その濃度を 90% に上げると、沸点は 120°C (248°F) に近づきます!同じ高度に滞在し、同じ砂糖を使用している限り、砂糖溶液の濃度と沸点の間には一定の関係があります.
溶解度
上ですぐにほのめかしたように、砂糖は水に簡単に溶けます。常温でも砂糖の2倍の重さ（100mlあたり約210g）を水に溶かすことができます。溶液の温度を上げることで、さらに多くの砂糖を水に溶かすことができます。より多くの砂糖が溶けるだけでなく、より速く溶けます。一杯の熱いお茶にスプーン一杯の砂糖を加えると、ほとんどすぐに溶けますが、同じ量を冷たいコップ一杯の水に入れると、溶けるまでに時間がかかります.
「沸点上昇」の概念と、温水への砂糖の溶解度の増加を組み合わせることで、高濃度の砂糖溶液を作成できます。砂糖溶液を沸騰させるだけです。そうすることで水分を蒸発させます。その結果、砂糖の濃度が上昇し、沸点が再び上昇し、さらに多くの水が蒸発します。ほぼ 100% 砂糖になるまで砂糖溶液を濃縮できます!
溶液の飽和
砂糖は熱湯にたくさん溶かしても、再び冷やすと溶解度は元に戻ります。これは科学者が過飽和溶液と呼んでいるもので、エネルギー的に安定しているよりも多くの糖が溶解しています.時間が経つと、砂糖が溶液から結晶化します。その結果、砂糖の結晶と砂糖の溶液になります。
この「過剰な」砂糖の結晶化をどのように誘発し、制御するかが、キャンディー作りの核となる技術です。ファッジやクリームなどのキャンディーの多くは、再結晶するために砂糖の一部を必要とします.結晶化した砂糖は、キャンディーに固さを与えますが、非常に優れた溶解特性も提供します.
あなたは、氷砂糖を含む多くのキャンディーに対して溶液を過飽和にするという概念を使用しています!
ガラス転移
砂糖を水で濃縮した後、すべての場合に再結晶できるわけではありません。砂糖溶液を濃縮し、水分含有量を減らすことにより、濃厚で粘り気のある材料を作成します (ここで、さまざまな砂糖シロップの調理段階の写真を参照してください)。溶液は非常に粘稠で濃厚になり、分子が動き回るのが非常に難しくなります。ある時点で、分子は「スタック」します。精力的に話すと、砂糖の結晶が結晶化する方が効率的ですが、結晶に組織化するのに十分なほど動くことはできません!
これが起こる条件、つまり溶液があまりにも濃縮されて粘性が高すぎて結晶化したり流動したりできない状態は、ガラス転移と呼ばれます。砂糖溶液は文字通りグラスを形成します!
状態図:3 つの概念をグラフにプロットする
この3つのコアコンセプトは、キャンディー作りの基本です。それらを 1 つのビジュアライゼーションに組み合わせることで、砂糖溶液がどのように動作し、どのような種類のキャンディーを作ることができるかを予測できます。科学者は状態図を使用してこれを行います (アイスクリーム科学について議論する際に同様のものを使用しました)。これについては、ここで掘り下げます。
軸:温度と濃度
まず、x 軸と y 軸の 2 つの軸を描画します。これら 2 つの軸に、砂糖溶液の挙動を決定する 2 つの条件をプロットします。
- x 軸:砂糖溶液中の砂糖の濃度
- y 軸:気温
これら 2 つの要因を組み合わせることで、砂糖溶液が最終的にどのように動作するかを予測できます。ご想像のとおり、濃度 A の高温の砂糖溶液は、室温での同じ溶液とは大きく異なる挙動を示す可能性があります。同じ温度で異なる濃度の溶液についても同じです。
コンセプトのプロット
次に、科学者は、先ほど説明した 3 つの主要な概念、沸点上昇、溶解度、およびガラス転移を図に追加する必要があります。この 3 つの現象の正確なデータを取得することは、実際には驚くほど困難です。科学者が溶液の正確な沸点や実際の溶解度を決定するには、膨大な量の実験が必要になる場合があります。
上のグラフでは、上部のオレンジ色の線が沸点上昇を表しています。砂糖の濃度を上げると、溶液の沸点がゆっくりと上昇する様子がわかります。最低点は純水の沸点である 100°C (212°F) なので、0% スクロースの場合です。
真ん中の青い線は砂糖の溶解度を表しています。ここで、温度が上昇すると溶解度も上昇することに注意してください。これは、前に説明したことと一致します。
最後に、ガラス転移を示す線に注目してください。この灰色の線の下にある点は、ガラスになる可能性が高くなります。砂糖の濃度が非常に高く、適度な温度でのみガラスが形成されることに注意してください。これらの条件下では、分子は結晶を形成するのに十分なほど十分に動くことができません.
砂糖 (ミックス) に固有
また、これらの現象はすべて、評価している糖に正確に依存することに注意してください.これらの線は、砂糖の種類や砂糖のブレンドによって、濃度と温度が異なります。
これはすべて非常に素晴らしいことですが、このような状態図を作成するには大量のデータが必要になることに注意してください。さらに、図は 1 つの特定の砂糖または砂糖の混合物に対してのみ有効です。言い換えれば、スクロースの図は、フルクトースの図とは異なるグルコースの図とはわずかに異なります.
また、キャンディーを作るときにさまざまな砂糖を使用することが、最終的なキャンディーの仕上がりに影響を与える理由でもあります.
状態図の使用
状態図の背後にある科学がわかったので、キャンディーを作るときにこれをどのように使用できるか見てみましょう。いくつかのシナリオについて説明します。
シュガーシロップ
一部のアプリケーションでは、砂糖を水に溶かすだけです。このシロップは液体で、簡単に流れるはずです。ケーキにかける釉薬を考えてみてください。結晶を形成することなく、このシロップをより長く保存したい場合は、状態図の「溶解度」曲線の左側に留まる必要があります.
砂糖の濃度と、保管している温度 (ほとんどの場合室温) との組み合わせが、その曲線の左側にある限り、問題はありません。これが「ソリューション」とマークされた領域です。
右の図を見ると、室温で糖分50～60%の糖液は結晶化しません。より高い温度では、例えば70% 溶液でも 80°C で安定です。
クリスタルの作成
ファッジやクリームなど、砂糖の一部を結晶化させたいキャンディーがたくさんあります.車のクッキーは、氷砂糖と同様に、このカテゴリのもう 1 つの良い例です。いずれの場合も、砂糖を結晶化させて正しいテクスチャーと構造を作成する必要があります.
これを実現するには、溶解度曲線とガラス転移曲線の間の領域にある溶液を作成する必要があります。 「溶液 + 結晶」とマークされた領域。この組成と温度の砂糖溶液は、時間の経過とともに結晶化します。室温で 80w% の砂糖を使って砂糖シロップを作ると、結晶化する溶液ができあがります。
グラスを作る
最後に、非常にカリカリでクリスピーなキャンディーを作りたいと思うかもしれません.これにより、ガラスの領域に入ることができます。 90w%以上の糖分を含む常温の糖液を作りたくなる！もちろん、水と砂糖を混ぜただけではできません。砂糖は溶けません。代わりに、まず砂糖溶液を沸騰させ、約 120°C (248°F) まで加熱して溶液を濃縮してから、室温まで冷却する必要があります。
示されている赤い矢印を使用して、先ほど説明した状態図でこのプロセスを説明できます。 3 番目の矢印が「溶液 + 結晶」領域をどのように通過するかに注目してください。このタイプのキャンディーを十分に冷やさないと、この領域で結晶化し、ガラス状の構造が壊れる可能性があります!
現実はもっと複雑です (残念ながら)
ここで説明した基本的な概念はすべて砂糖菓子にも当てはまりますが、実際にはもう少し複雑です。前述したように、示した状態図はスクロース (「通常の」砂糖) のものです。ただし、スクロースは高温で完全に安定しているわけではありません。調理すると、スクロースの一部が転化糖に分解される場合があります。転化糖は、スクロースとは少し異なる振る舞いをします。大きな違いは、結晶化しにくいことです。そのため、「溶液 + 結晶」ゾーンにいると思っていても、実際には結晶化を防ぐことができます。
また、転化糖だけが影響しているわけではありません。コーンシロップなどの他のシロップを加えることで、砂糖が結晶化するのを防ぐことができます。たとえば、さまざまな種類のキャラメルを作るときに使用する機能です。
とはいえ、キャンディー作りが簡単だとは決して言いませんでした;-)。ただし、この科学的理解を少し利用して、キャンディーを微調整して問題を解決すれば、長い道のりを歩むことができます.この知識を「現実」の世界に持ち込んで、まさにそれを支援するためのガイドをいくつか作成しました。氷砂糖、キャラメル、シュガー シロップ、結晶化したシュガー クッキーの詳細を読んで、すべてに命を吹き込みましょう!
