アイスクリームはどのように機能しますか? 化学者が、クリームを凍らせるだけでは効果が期待できない理由を説明する

アイスクリームは単純な概念のように思えます。 乳製品を取り、砂糖と香料を加えて冷凍します。

しかし、完璧にクリーミーで滑らかな食感の冷凍お菓子を作るには、単に低温だけでなく、化学と物質の 3 つの状態 (固体、液体、気体) を注意深く相互作用させる必要があります。

市販のアイスクリームには、空気、水、乳脂肪、いわゆる乳固形分（主に乳タンパク質と乳糖）、甘味料、安定剤、乳化剤、香料など、多くの成分が含まれています。 食品の安全性を確保するために、成分は混合され、低温殺菌されています。

自家製アイスクリームには、牛乳、生クリーム、砂糖、フルーツ、ベリー、チョコレートなどの香料が使用される傾向があります。 正確な量はレシピによって異なりますが、処理手順は同様です。

牛乳は、水、脂肪、炭水化物、タンパク質、ミネラル、ビタミンなど、若い牛の成長と発育に必要なものすべてで構成されています。 これらのコンポーネントは、フリーズするとさまざまな方法で反応します。

アイスクリームの材料の混合物が冷却されると、水分子の小さなクラスターが集まり、小さな氷の結晶が形成されます。 氷の結晶のサイズは、アイスクリームの口当たりに影響します。結晶が小さいほど、滑らかな感触になります。

結晶化が適切に制御されていない場合、これらの結晶は非常に大きくなる可能性があります。 アイスクリームメーカー（業務用または家庭用）は、液体が凍るときにかき混ぜたり叩いたりすることで小さな氷の結晶を作ります。 これにより水分子の動きが維持され、結晶が大きくなるのが妨げられます。

混合プロセスでは、アイスクリームに軽い食感を与える秘密の材料である空気も取り込まれます。

牛乳中の脂肪は、タンパク質に囲まれた小球として存在します。 これらのタンパク質は脂肪と水の橋渡しをし、脂肪を浮遊状態に保つのに役立ちます。 (牛乳が白く見えるのは、これらの脂肪球から光が散乱するためです。)

これらの乳脂肪分子は、温度が異なると異なる特性を示します。 室温では半固体（バターのようなもの）ですが、0℃では約3分の2が固体になります。

脂肪球は互いにくっつく可能性があるため、未加工の牛乳の上にクリームの層ができます。 均質化と呼ばれるプロセスでは、非常に高い圧力の下で牛乳が小さな開口部を通過し、大きな脂肪球が小さな脂肪球に砕かれます。 このプロセスでは、1 リットルあたり 1 兆個もの小さな脂肪球が多数生成されます。 均質化された牛乳により、混合物が均一に凍結し、分離された脂肪が混合機械に付着することがなくなります。

脂肪球を凍結させると脂肪球が凝集し、周囲のタンパク質が他の脂肪分子や氷の結晶への架け橋として機能します。 これらの脂肪は口の中でとろけ、クリーミーな感触と味を与えます。

牛乳に含まれる砂糖やその他の溶解成分も、アイスクリームの最終的な質感に不可欠です。 水中に糖が存在すると、混合物の凍結温度が0℃未満に下がります。

これが重要な理由です。 氷の結晶が形成され始めると、凍っていない液体中の糖やその他の溶解物質の濃度が増加し、凝固点がさらに下がります。 氷の結晶の大部分が形成されるまでに、得られる液体には糖分が非常に濃縮されています。

「血清」として知られるこの濃縮された液体は、氷の結晶、固体の脂肪球、気泡の間の橋を架けています。 セラムは0℃以下でも液体のままであり、混合物に十分な柔軟性を与えるため、アイスクリームをすくったり成形したりすることができます。

このようにして、水、脂肪、タンパク質、糖の独特の化学的性質が空気と結合して、私たちがよく知っている固体、液体、気体の混合物が形成されます。

「アイスクリーム」と呼ばれるものは、実際には食品規格コードによって管理されています。 乳脂肪が十分に含まれていないため、すべての冷凍デザートが法的にアイスクリームと呼べるわけではないのはそのためです。

標準的なアイスクリームのレシピにはたくさんのバリエーションがあります。 ジェラートはより多くの砂糖を使用し、より少ない空気を取り込み、通常、脂肪やその他の固形物が少なくなります。 シャーベットには乳製品が含まれておらず、通常はより多くの砂糖が含まれていますが、歴史的にはタンパク質源として卵またはゼラチンが使用されてきました。