Руководила проектом доцент кафедры биологии и биоинформатики Марина Коновалова, сообщили в пресс-службе НовГУ.
Как подчеркивают авторы работы, капучино прочно удерживает статус одного из самых любимых кофейных напитков в России, а его главным украшением служит воздушная молочная пенка. Именно ее недолговечность представляет собой ключевую проблему: уже через 10–15 минут после приготовления пена оседает, и напиток теряет визуальную привлекательность. Целью студенческого проекта НовГУ стала не просто систематизация факторов, влияющих на стабильность пены, но и разработка доступного рецепта. Этот рецепт призван радикально увеличить «время жизни» пены, сохранив при этом безупречные вкусовые качества и абсолютную безопасность для потребителя.
Исследование стартовало с фундаментального этапа, в рамках которого ученые провели структурный анализ молока. Была рассмотрена его классическая модель — дисперсная система, где в водной среде распределены мицеллы белка казеина и эмульгированные жировые глобулы. Затем фокус сместился на детальное изучение трех взаимосвязанных аспектов: биологического (функции защитных белков и липидных мембран), химического (молекулярные взаимодействия в системе) и физического (баланс сил, определяющих поведение жидких плёнок: поверхностное натяжение, дренаж и эффект Марангони). Этот комплексный анализ позволил выдвинуть ключевую гипотезу: для достижения сверхустойчивости пены необходимо не только оптимизировать естественные параметры молока, но и осуществлять целенаправленную модификацию его состава.
«Мы исходили из того, что даже безупречная техника взбивания наталкивается на физико-химический „потолок“ стабильности натурального молока, — пояснила студентка Политехнического института НовГУ Дарья Трошкова. — Первые же эксперименты подтвердили закономерность: максимальную устойчивость пенка демонстрирует при высокой температуре (до 60°C) и пониженной жирности. Однако этот выигрыш исчислялся минутами, а наша цель измерялась десятками минут или даже часами. Решение мы нашли в целенаправленном управлении реологией и динамикой поверхностных плёнок».
На втором, практическом этапе, исследователи приступили к созданию рецептуры модифицированного молока. Методом систематического подбора была определена оптимальная композиция на одну порцию объемом 200 миллилитров: один грамм гидроксипропилметилцеллюлозы, также известной как пищевая добавка E464, и всего 50 миллиграммов экстракта коры мыльного дерева, то есть сапонинов квиллайи, маркируемых кодом E999.
Ключевая роль гидроксипропилметилцеллюлозы — производного целлюлозы — заключается в резком увеличении вязкости системы и формировании термообратимого геля при нагреве. Этот гель практически полностью останавливает процесс дренажа, то есть стекания жидкости в пенной структуре. В свою очередь, сапонины выступают мощными природными поверхностно-активными веществами. Они интенсифицируют так называемый эффект Марангони, заставляющий жидкость самостоятельно перетекать и укреплять самые тонкие участки пленок между пузырьками, что эффективно предотвращает их слияние и разрушение.
Особенность решения заключена в эффекте синергии, объяснила студентка Химико-технологического института НовГУ Полина Куликова.
«Гидроксипропилметилцеллюлоза формирует структурный каркас, наподобие строительных лесов, который физически сдерживает разрушение пены. А сапонины дарят ей динамическую упругость, позволяя выдерживать внешние воздействия, такие как удары или деформации. Мы тестировали и альтернативные стабилизаторы — например, различные камеди и каррагинан. Однако именно эта комбинация обеспечила идеальный баланс долговечности, безопасности и нейтральных органолептических свойств, не влияющих на вкус. И что критически важно, все входящие в рецепт компоненты официально разрешены для использования в пищевой промышленности», — рассказала Полина Куликова.
Финальная стадия проекта — это отработка технологии и серия контрольных тестов. В результате множественных экспериментальных циклов была выведена оптимальная формула: на каждые 200 миллилитров высокобелкового молока с содержанием белка от 3,2% до 3,5% и жирностью 3,5% требуется один грамм гидроксипропилметилцеллюлозы и 50 миллиграммов экстракта квиллайи.
Технологический процесс состоит из двух ключевых этапов. Сначала пищевые добавки вносят в охлажденное молоко с температурой от 2 до 4 градусов и тщательно перемешивают погружным блендером до состояния однородного гладкого коктейля. Затем полученную смесь взбивают паром, строго контролируя её нагрев. Критически важно достичь целевого диапазона от 60 до 62 градусов, поскольку именно при этой температуре происходит активация загустителя и оптимальное изменение структуры молочных белков, что в итоге и рождает идеальную пену.
«Температура выступает ключевым триггером всего процесса, — подчеркнула Полина Куликова. — Нехватка даже одного градуса — и гелевая структура не сформируется должным образом. А перегрев всего на пять градусов приведет к избыточной денатурации белков, что сделает текстуру пены грубой и рыхлой. Чтобы исключить ошибки, мы разработали точный алгоритм: первые пять секунд следует проводить аэрацию, удерживая наконечник у поверхности, а затем погрузить его глубже, создавая устойчивый вихрь до момента, когда термометр подаст сигнал о достижении нужной температуры. Такой подход делает технологию абсолютно воспроизводимой, доступной даже для новичка».
При этом вкусовые качества напитка практически не пострадали. Дегустаторы отметили лишь лёгкий, едва уловимый травянистый оттенок, обусловленный присутствием сапонинов, и новую, более плотную и кремовую текстуру. Пена таяла во рту, не оставляя послевкусия жирности или неприятной тягучести.
«Основная ценность нашей работы — в успешном доказательстве самой концепции, — резюмировала Дарья Трошкова. — Мы продемонстрировали, что глубокое понимание фундаментальных физико-химических процессов позволяет не эмпирически, а целенаправленно конструировать пищевые продукты с заранее заданными, казалось бы, недостижимыми свойствами. Наша пена — это не волшебство, а грамотно собранная мозаика из элементов, давно известных науке. Мы уже сейчас видим потенциальные области применения: от премиальных кофейных сетей, где важен безупречный вид напитка на протяжении всей церемонии его употребления, до сегмента готовых решений для домашнего использования и даже смежных областей вроде молекулярной кухни или производства кондитерских изделий. Ключевым же преимуществом разработки остаётся её безопасность, использование разрешённых компонентов и полная технологическая осуществимость».
Исследователи отмечают, что разработанная технология имеет определённые ограничения. Они связаны в первую очередь с необходимостью точного дозирования микрокомпонентов с помощью лабораторных или кухонных весов, а также с потребностью в использовании блендера для предварительного приготовления однородной смеси. Кроме того, полученная пена обладает новой, более плотной и упругой текстурой, что может потребовать от бариста освоения новых приемов для создания классического латте-арта.
