Perilaku fase pada saus cacio e pepe
(arxiv.org)- Cacio e pepe adalah saus sederhana yang dibuat hanya dari keju, lada, dan air berpati, tetapi saat dipanaskan protein keju mudah beragregasi dan membentuk Mozzarella Phase yang menyelimuti seluruh saus
- Dalam eksperimen yang mengubah rasio keju dan air, konsentrasi pati, serta suhu, pati muncul sebagai variabel kunci yang menentukan stabilitas agregasi keju
- Jika pati kurang dari 1% terhadap massa keju, gumpalan besar mudah terbentuk; saat pati ditambah, suhu awal agregasi naik dan ukuran gumpalan mengecil
- Ketika pati dipatok pada 1% dan rasio protein keju diubah, muncul binodal curve yang memisahkan wilayah homogen dan wilayah agregasi, dan kurva ini direproduksi secara kualitatif dengan model energi bebas minimum
- trisodium citrate mencegah agregasi yang terlihat pada 2% atau lebih terhadap massa keju, tetapi karena bukan bahan tradisional dan dapat melemahkan rasa keju, pilihannya bergantung pada preferensi
Masalah fisika di balik bahan-bahan yang sederhana
- Cacio e pepe adalah pasta tradisional dari wilayah Lazio, Italia, berupa mi yang dilapisi krim dari keju pecorino, lada, dan air yang dicampur pati
- Bahan-bahannya sedikit, tetapi campuran keju dan air mudah terpisah saat dipanaskan, sehingga saus bisa rusak oleh gumpalan keju besar
- Suhu tinggi mempercepat denaturasi dan agregasi protein keju, sehingga penting untuk tidak langsung mencampur air mendidih dengan keju, melainkan mendinginkannya terlebih dahulu
- Jika hanya memakai air, gumpalan besar terbentuk di sekitar 65°C, dan keadaan ini disebut Mozzarella Phase
- Air pasta mengandung sedikit pati sehingga lebih mengurangi pembentukan gumpalan dibanding air biasa, dan air pasta “risottata” yang patinya dipusatkan dengan pengurangan hampir menghilangkan gumpalan yang terlihat
Konsentrasi pati dan Mozzarella Phase
- Eksperimen menggunakan Pecorino Romano DOP, lalu mencampur keju dan air berpati dengan rasio massa 1:1, kemudian mengamati perubahan saat suhu dan konsentrasi pati diubah
- Pati dilarutkan dalam air, dipanaskan hingga tergelatinisasi, lalu didinginkan ke suhu ruang sebelum dicampur dengan keju
- Campuran dipanaskan dalam water bath yang suhunya dikendalikan dengan alat sous-vide, lalu sampel diambil ke cawan petri dan difoto pada setiap suhu
- Suhu dinaikkan 5°C setiap kali pengambilan sampel, dan air yang menguap ditambahkan kembali pada tiap tahap
- Tingkat agregasi dikuantifikasi dengan mendeteksi gumpalan keju pada foto, mendekatkannya sebagai elips, lalu memakai sumbu panjang elips sebagai aggregate size
- Semakin tinggi konsentrasi pati, semakin stabil saus bertahan
- Gumpalan baru muncul pada suhu yang lebih tinggi
- Ukuran rata-rata gumpalan menjadi lebih kecil
- Munculnya Mozzarella Phase terhambat
- Pati membuat saus lebih homogen dan kurang sensitif terhadap kesalahan kontrol suhu saat memasak
Batas fase yang dibentuk oleh rasio protein keju
- Eksperimen juga dilakukan dengan menetapkan konsentrasi pati pada 1% terhadap air, lalu mengubah jumlah air berpati yang dicampur ke 50g keju
- Dalam kondisi ini, Mozzarella Phase yang muncul pada sebagian eksperimen sebelumnya dapat dihindari
- Untuk melihat pengaruh protein yang mendorong agregasi, komposisi nutrisi Pecorino Romano DOP digunakan untuk mengonversi konsentrasi keju menjadi fraksi massa protein ϕ
- Hasil eksperimen menunjukkan adanya binodal region di antara wilayah campuran homogen dan wilayah tempat agregat yang lebih besar muncul
- Bentuk binodal dapat dipasangkan sebagai parabola, dan titik minimumnya berada sedikit di bawah fraksi massa protein 0.134 saat air dan keju berada pada rasio 1:1
- Bentuk ini berarti bahwa pada fraksi massa protein yang rendah maupun tinggi, saus masih bisa tetap tercampur baik bahkan pada suhu tinggi
- Gumpalan di atas binodal stabil secara dinamis selama eksperimen, dan tidak diamati coarsening yang tumbuh besar
- Karena ini adalah emulsi tanpa active chemical reaction, penyebabnya kemungkinan lebih terkait ripening dynamics yang sangat lambat daripada mekanisme mirip Turing
Pemisahan fase saus dalam model minimum
- Model disederhanakan menjadi campuran biner antara protein keju dan effective solvent yang mencakup air, pati, garam, dan lipid
- Keju mengandung protein casein dan whey, dan dalam rentang suhu eksperimen sebagian protein whey mengalami denaturasi
- Densitas energi bebas memakai bentuk Flory-Huggins, dengan fraksi massa protein ϕ, parameter interaksi χ, dan ukuran relatif n
- Agar dua fase dapat hidup berdampingan, potential kimia pertukaran dan tekanan osmotik harus sama
- Binodal yang diperoleh dari eksperimen dipakai untuk menghitung balik χ(T) dan n(T) pada tiap suhu, lalu nilai-nilai ini digunakan untuk merekonstruksi binodal curve
- Kenaikan χ dapat terkait dengan denaturasi dan agregasi protein whey akibat pemanasan, serta peningkatan interaksi whey-casein micelle dan micelle-micelle
- Kenaikan n dapat terkait dengan denaturasi whey atau pembentukan kompleks protein yang dimediasi pati
- Model sederhana ini tidak benar-benar memetakan mikrostruktur nyata secara tepat, tetapi menangkap ciri utama perilaku fase yang diamati
trisodium citrate sebagai penstabil alternatif
- trisodium citrate banyak dipakai di industri pangan sebagai pengemulsi dan pH buffer, serta dapat mengkelat ion kalsium untuk mengubah interaksi protein
- Karena kalsium berperan penting dalam agregasi protein casein, trisodium citrate efektif untuk menstabilkan saus berbasis produk susu
- Eksperimen dilakukan dengan mencampur keju dan air pada 1:1, lalu menambahkan trisodium citrate sebanyak 1%, 2%, 3% terhadap massa keju
- Pada kurang dari 2%, saus tidak cukup stabil, dan walau pada suhu yang lebih tinggi dibanding tanpa penstabil, tetap terbentuk gumpalan besar yang mencakup seluruh sistem dengan sifat Mozzarella Phase
- Pada 2% atau lebih, tidak terbentuk agregat berukuran kasatmata dan saus tetap sangat stabil
- Saat memakai pati, agregat kecil masih bisa tersisa, tetapi trisodium citrate menunjukkan transisi yang lebih tajam menuju saus yang sepenuhnya stabil
- Efeknya kuat, tetapi menyimpang dari cara tradisional dan bisa sedikit menumpulkan rasa keju
Resep yang dioptimalkan secara ilmiah
- Keberhasilan cacio e pepe sangat ditentukan oleh rasio pati dan keju
- Jika pati kurang dari 1% dari berat keju, gumpalan besar yang tidak menyenangkan, setara dengan Mozzarella Phase, mudah terbentuk
- Jika pati lebih dari 4%, saus menjadi kaku saat mendingin dan sulit dimakan
- Dalam uji rasa dan tekstur, kisaran pati ideal adalah 2~3%
- Contoh takaran untuk dua orang yang lapar adalah sebagai berikut
- pasta 300g
- keju 200g
- pati 5g
- larutkan pati dalam 50g air, lalu panaskan hingga tergelatinisasi sampai menjadi kental dan hampir transparan
- Air pasta saja tidak mengandung pati yang cukup untuk menstabilkan saus
- Air pasta “risottata” yang patinya dipusatkan juga bisa dipakai, tetapi karena jumlah pati akhirnya sulit dikendalikan, menakar pati bubuk secara langsung lebih presisi
- Disarankan menambahkan 100g air ke gel pati yang sudah tergelatinisasi, mendinginkannya, lalu memasukkan keju dan memblendernya hingga homogen
- Keju parut tangan bisa memiliki ukuran partikel yang berbeda-beda, sehingga mencampurkannya bersama larutan pati dalam blender memudahkan pembuatan saus yang lebih seragam
- Lada dapat dipanggang ringan terlebih dahulu di wajan untuk meningkatkan rasa dan aromanya
- Sebagai alternatif, untuk 200g keju dapat digunakan trisodium citrate 5g yang dilarutkan dalam 150g air, tetapi ini bukan bahan tradisional dan dapat mengubah rasa serta tekstur keju
- Pasta direbus dalam air yang sedikit diasinkan hingga al dente, sisakan sebagian airnya lalu tiriskan
- Setelah ditiriskan, pasta didinginkan hingga sekitar 1 menit agar panas berlebih tidak membuat saus menjadi tidak stabil
- Dalam eksperimen, campuran dipanaskan perlahan dari 50°C ke 95°C selama sekitar 40 menit untuk mengurangi kinetic effect, tetapi kontrol setingkat ini tidak praktis di dapur, sehingga yang penting adalah mengurangi kejutan panas
- Saus yang telah distabilkan tetap mempertahankan teksturnya saat dipanaskan kembali di wajan, dan bahkan pada 80~90°C risiko menggumpal atau terpisah dapat dikurangi
Pertanyaan yang tersisa dan kemungkinan pengembangan
- Penelitian ini mengkuantifikasi bahwa pati meningkatkan homogenitas campuran keju dan air, serta dapat meningkatkan stabilitas hingga suhu yang mendekati titik didih air
- Tidak seperti pati, trisodium citrate mengkelat ion kalsium untuk mencegah agregasi protein, dan menghasilkan transisi yang lebih mendadak dari saus yang terpisah fase ke emulsi homogen
- Diperlukan analisis yang lebih rinci untuk memahami bagaimana bentuk gumpalan keju berubah sesuai konsentrasi pati
- Fenomena perubahan dari Mozzarella Phase yang menjangkau seluruh sistem menjadi banyak agregat kecil saat pati meningkat dapat ditangani dengan model yang secara eksplisit memasukkan setidaknya tiga spesies
- Model yang lebih rinci dapat mencakup dua keadaan protein, effective solvent, casein micelle, dan agregat protein dengan ukuran berbeda
- Model multikomponen memerlukan lebih banyak eksperimen untuk memperkirakan ketergantungan parameter interaksi dan ukuran terhadap suhu
- Pengaruh pati terhadap parameter efektif dan viskositas, serta kemungkinan partikel lada bertindak sebagai inti agregasi, juga masih menjadi sasaran analisis
1 komentar
Komentar Hacker News
Rahasia restoran yang membuat cacio e pepe tradisional ada pada pengemulsian saus dengan air rebusan pasta
Namun itu tidak sama dengan air pasta yang dipakai di rumah. Di rumah, meski Anda merebus 500 g pasta dengan rasio klasik 5000 g air dan 50 g garam, pati yang keluar sangat sedikit. Sementara restoran memakai air pasta yang sama sepanjang hari, atau bahkan sepanjang minggu, sehingga penuh dengan pati dari pasta lain
Untuk mendapatkan efek emulsi yang sama, Anda bisa menambahkan pati jagung atau tepung terigu untuk menaikkan konsentrasinya hingga di atas 1%, atau yang lebih efisien, membuatnya terpisah dalam jumlah kecil di mangkuk kecil, atau memakai emulsifier lain sama sekali
Larutkan dulu dalam sedikit air dingin, lalu masukkan ke air pasta yang panas. Pati yang diinginkan adalah amilopektin, dan pati kentang ketan lebih cocok daripada pati jagung [1]
[1] https://www.researchgate.net/figure/Amylose-and-amylopectin-...
Triknya ada dua: metode pasta risottata, yaitu memasak pasta dengan air sangat sedikit, lalu mengaduk saus kuat-kuat dengan kaldu yang kaya pati itu agar teremulsi
Jika dilakukan dengan benar, tidak ada air yang perlu dibuang sama sekali
https://www.youtube.com/watch?v=ZN8g_ZNAJcg
Tambahkan sedikit mentega dan minyak zaitun ke saus, rebus pasta dengan air seminimal mungkin, lalu selesaikan di dalam saus bersama sedikit sisa airnya. Orecchiette sangat cocok; sausnya menempel dengan baik dan hasilnya sangat lembut seperti sutra
Pasta keju Italia yang sederhana dan klasik seperti cacio e pepe atau carbonara terlalu enak untuk berhenti setelah satu suapan; harus dimakan dalam mangkuk besar
Diagram fase-nya luar biasa. Rasanya seperti menaikkan standar buku masak jauh lebih tinggi
Kalau tidak bisa menjelaskan dengan diagram mengapa rasio bahan itu dipilih, saya tidak tahu mengapa harus percaya bahwa itu saus yang optimal
Agar adil, buku McGee juga melakukan hal yang sama seperti yang saya lakukan, tetapi dengan usaha yang jauh lebih besar: merangkum makalah-makalah ilmu pangan menjadi satu paragraf
Hal yang selalu menarik ketika memandang memasak sebagai sains adalah bahwa reagen harus dikoreksi secara real-time dengan mata dan indra. Jika ingin memakai cuka apel dari merek yang tidak dikenal dalam jumlah yang tepat, pada akhirnya Anda harus melakukan titrasi real-time dengan mulut
Jangan mulai bicara soal variasi antarprodusen telur. Kandungan lesitin Clara tampaknya setidaknya 10% lebih kuat daripada Number 4, dan ia juga lebih tahan dielus
Buku berjudul Ratio layak dibaca; buku itu menyajikan beberapa resep standar sebagai rasio dan memberi petunjuk variasi. Saya juga merekomendasikan Lateral Cooking, yang memulai dari bentuk paling sederhana lalu menjelaskan variasi atau tambahan bahan sebagai sebuah spektrum
Dalam ekstraksi kopi, terutama pour-over, ada banyak minat pada pendekatan fisika, tetapi saya agak skeptis soal tingkat ketelitian di bidang itu dan sejauh mana benar-benar menghasilkan kopi yang lebih enak
Serious Eats, ChefSteps, dan What’s Eating Dan telah menerbitkan banyak resep berbasis riset dengan grafik yang bagus
Misalnya, atlet bisa melakukan “Bend it like Beckham” tanpa memahami fisika
Dalam memasak juga, jauh sebelum kimia datang untuk menjelaskannya, pengetahuan tradisional sudah tahu bahwa menambahkan garam ke kocokan telur sebelum mengaduk omelet itu baik. Sementara itu, para skeptis membuat omelet yang lebih buruk
Tempat seperti Serious Eats memang menggali lebih dalam, tetapi saya sangat menyukai pendekatan diagram fase. Kelihatannya sangat cocok untuk koloid yang distabilkan seperti mayones, es krim, dan vinaigrette
Selain menambahkan lebih banyak pati, solusi lain yang sepenuhnya layak adalah menaburkan sedikit natrium sitrat di atas keju sebelum memasukkannya ke wajan
Itu garam natrium dari asam sitrat, aditif pangan yang umum, dan bisa dibeli murah di Amazon. Ini memperbaiki sifat leleh keju sehingga masalah pati bisa dihindari sepenuhnya. Pada dasarnya Anda membuat Velveeta pecorino
Cukup tambahkan sejumput sangat kecil baking soda dengan dua jari ke 1 sendok teh hingga 1 sendok makan jus lemon atau jus jeruk lain. Bahan kimia khusus yang dijual di Amazon bisa saja isinya tidak sesuai
Natrium sitrat sudah ada dalam buah sitrus, dan baking soda menetralkan keasaman yang bisa membuat rasa terlalu tajam. Menambahkan sejumput baking soda ke sup tomat buatan rumah untuk mengurangi keasaman tomat dan membuatnya lebih mudah bercampur dengan susu atau krim juga trik yang bagus
1 sendok makan anggur putih juga bisa sangat membantu saus keju
Hal yang menarik pada saus pasta adalah biasanya jumlah pati yang dibutuhkan tidak benar-benar cocok dengan jumlah air rebusan pasta yang direkomendasikan
Kalau memakai terlalu sedikit air, teman-teman Italia mungkin akan protes, jadi trik menambahkan pati secara terpisah adalah pendekatan yang tepat dan hasilnya jauh lebih stabil
Saya tahu kalau airnya sedikit, pasta lebih mudah saling menempel, dan merebus dengan kuat dalam banyak air bisa mengurangi masalah itu, tapi mengaduk saja juga sudah menyelesaikannya
Pastanya juga jadi lebih enak, cacio e pepe jadi lebih mudah, dan biaya energi terkait pasta juga berkurang
Kalau ingin menemukan resep yang sempurna serta rasio atau suhu ideal, mengubah pengaturan satu faktor setiap kali memang bisa berhasil, tetapi bukan yang terbaik
Sebaiknya melihat metode desain eksperimen (DoE)
Saya suka makalah ini masuk ke subklasifikasi Soft Condensed Matter di arXiv
Memang sudah seharusnya
Bagian ucapan terima kasihnya juga diakhiri dengan “terima kasih karena telah menghabiskan sisa sampel”
Saya juga ingin melihat penelitian yang mempertimbangkan tingkat pematangan pecorino
Pecorino yang lebih lama dimatangkan dan lebih kering tampaknya lebih mudah teremulsi dengan baik dan risikonya menggumpal juga lebih rendah
Kalau ini tidak mendapat Ig Nobel, saya rasanya akan kesal
Belum setingkat “Homosexual Necrophilia in the Mallard Anas Platyrhynchos”
Saya sudah bertahun-tahun sering membuat cacio e pepe, dan menurut saya video terbaik tentang topik ini adalah milik Ethan Chlebowski. Video-video Ethan Chlebowski secara umum memang sangat bagus
https://www.youtube.com/watch?v=10lXPzbRoU0