定規だけでスパゲッティの出来具合を確認する方法

2022年3月20日午前9時

必要に応じて麺を壁に向かって投げ続けてください。この戦術により、パスタの食感が毎回ちょうどよく保たれます。

新型コロナウイルス感染症のパンデミックを受け、大学が閉鎖されたことで、科学者たちはほぼすべての人々と同様に在宅勤務を余儀なくされました。研究室の閉鎖は、特に実験研究者にとって特異な課題をもたらしました。そこでイリノイ大学アーバナ・シャンペーン校（UIUC）の物理学者たちは、自宅のキッチンでできる実験を探し求めることになりました。そして最終的に、パスタの調理に関する物理学を研究することになりました。まずは自宅で実験を行い、大学が再開した後、研究室でより精密な実験を繰り返しました。

ほとんどのパッケージ入り乾燥パスタの調理方法では、通常8～10分の茹で時間が推奨されていますが、この不正確な方法では、茹で上がったパスタの硬さに大きなばらつきが生じる可能性があります。UIUCの物理学者たちは、他にも様々な発見がありましたが、中でも、定規だけを使ってスパゲッティが完璧なアルデンテの状態になっているかどうかを判定する簡単な方法を考案しました。茹で上がったパスタを壁に投げつけるという昔ながらのやり方は必要なく、むしろ後者の方が準備が簡単と言えるでしょう。（そして、イタリアの皆さん、驚いていらっしゃるかもしれませんが、味見で判断する方法も全く問題ありません。でも、そんなの面白くないですよね？）

研究者らの研究結果に関する論文が、雑誌「Physics of Fluids」への掲載が承認されたばかりで、著者のうち2人がシカゴで今週開かれたアメリカ物理学会の会議でその研究成果を発表した。

スパゲッティの様々な特性、例えば調理時と食時の両方における特性を理解しようとする科学論文は、驚くほど多く発表されてきました。例えば、パスタを口に吸い込む動作や吐き出す動作（いわゆる「逆スパゲッティ問題」）などです。最もよく知られている問題は、乾燥したスパゲッティを3つ以上にばらばらに折るのではなく、きれいに2つに折る方法です。

フランスの物理学者たちは、2006年にイグノーベル賞を受賞した論文で、この力学を巧みに説明しました。彼らは、直感に反して、乾燥したスパゲッティの繊維が破断する際に「キックバック」と呼ばれる進行波が発生することを発見しました。この波は一時的に他の部分の曲率を増加させ、より多くの破断につながります。

2018年、ArsはMITの2人の数学者による便利なトリックを解明した研究について報じました。スパゲッティを270度ねじり、両端をゆっくりと合わせ、スパゲッティを二つに折るのです。ねじることでスパゲッティの反り返り効果が弱まり、スパゲッティがねじれて元の真っ直ぐになる際に、蓄積されたエネルギーが解放されるため、それ以上切れることはありません。

2020年に、カリフォルニア大学バークレー校の物理学者たちは、沸騰したお湯の中のスパゲッティが柔らかくなるにつれてたるみ始め、その後ゆっくりと鍋の底に沈み、そこで丸まってU字型になる理由について、徹底的な説明を行った。

当時お伝えしたように、スパゲッティは他の多くのパスタと同様にセモリナ粉から作られ、水と混ぜてペースト状にし、それを押し出して希望の形状（この場合は細くまっすぐな棒状）に成形します。市販のスパゲッティはその後乾燥されますが、この工程で麺が割れやすいため、これもまた活発な研究対象となっています。

では、乾燥スパゲッティを沸騰したお湯に浸すとどうなるのでしょうか？麺がお湯と同じ温度になるまでには数秒しかかかりませんが、パスタのデンプン質に水が浸透するにはもう少し時間がかかります。この過程でスパゲッティは膨張し、アミロースと呼ばれるデンプン質が少量水中に溶け出します。最終的にデンプンの糊化が起こります。この化学反応が食感の変化を左右し、よく茹でられたスパゲッティを アルデンテに仕上げます。

この最新研究の主任研究員であるイリノイ大学カリフォルニア大学バーミンガム校（UIUC）のサメ・タウフィック氏は、2020年の論文が自身の研究室の研究と密接に関連していることから、当然ながら非常に興味深く読みました。しかし、タウフィック氏は、自身のチームがパスタの茹で加減を判定するためのシンプルな定規測定法を考案するだけでなく、パスタの繊維表面の接着と合体により重点を置いていたことを指摘しました。

タウフィック氏の研究室は柔らかい素材、特に長繊維を研究しているため、パンデミック中の自宅での実験にはパスタが最適であることが証明されました。糸、モノフィラメント、筋肉、人工筋肉などを思い浮かべてみてください。「私たちの視点から見ると、パスタは長繊維です」とタウフィック氏は会議の記者会見で述べました。「私たちは変形、絡み合い、接着を研究していますが、これらすべてがパスタに存在します。」

家庭実験の主な焦点は、付着性、具体的には、茹でたパスタを皿から引き上げる際に、スパゲッティの繊維がどのように横方向に動き、くっつくのかという点でした。タウフィック氏はこの現象を「チェリオ効果」に例えています。チェリオ効果とは、最後の数個のおいしい「O」がボウルの中で固まり、中央か外側に流れていく現象です。

原因は、浮力、表面張力、そして「メニスカス効果」の組み合わせで、これが一種の毛細管現象を引き起こします。チェリオスの質量は牛乳の表面張力を破壊するには不十分ですが、ボウルの中の牛乳の表面に小さなへこみを作るには十分です。そのため、チェリオス2個が十分に近ければ、自然に互いの方へ流れていきます。へこみが合体し、Oの字が固まります。

「液体の表面に浮かぶ粒子が部分的に液体に浸かっている場合、つまり構造の一部が液体中にあり、一部が液体の外にある場合、粒子が同じ種類のものであれば常に引力が発生します」とタウフィック氏は述べた。同様に、「同じ種類のパスタがあれば、必ず合体します」。もしパスタの麺の一部が親水性で一部が疎水性であれば、このような現象は起こりません。その場合、両者の間には反発力が生じます。「表面張力によってパスタの麺が引き合うのではなく、表面張力によって2種類の異なるパスタが互いに反発し合うのです」と彼は述べた。パスタ愛好家にとって幸いなことに、そのような怪物は存在しない。

タウフィック氏とチームは研究室での実験のために、乾燥スパゲッティの個々の麺を非常に正確で再現性のある間隔で垂直に保持する小型装置を 3D プリンターで作成した。ガラスビーカーに水を満たし、ホットプレートで加熱した。温度プローブ付きのスターラーで温度を追跡した。ビーカーは電動プラットフォーム上に設置され、上下に動かしてパスタを水に浸したり出したりしながら、固定カメラで実験を記録した。彼らは定規を使用して、個々の麺の長さと、2 本の麺がくっついた部分の長さ (彼らはこれをスティック長と呼んでいる) を測定した。また、蒸留水と塩水の両方で、80°C と 100°C の両方で茹でたときの麺の膨張 (ひずみ) と硬さ (弾性係数) を測定した。

最も驚くべき発見の一つは、パスタは茹で時間が長くなるほど麺が長くなるという点でした。研究チームは、パスタが茹でられて膨らみ、柔らかくなるにつれて、毛細管現象によって麺が変形しやすくなることを発見しました。30分後には、麺は元の大きさの70%まで膨らみ、10万分の1ほど柔らかくなります。（もちろん、タウフィック氏も、実際にパスタをそんなに長く茹でたいと思う人はいないだろうと認めています。）

タウフィック氏によると、麺を水に浸けたり出したりした後に麺同士がくっつく距離、つまりスティックの長さは、茹で時間の長さに反比例し、茹で時間が長くなるにつれて短くなるという。この特性は、パスタの茹で加減を推測する上で最も有用な指標であることが判明した。「パスタを吊るして定規でスティックの長さを測れば、パスタの食感を毎回正確に調整できます」とタウフィック氏は述べた。「アルデンテを硬めに仕上げたい場合は、スティックの長さを30ミリメートルにします。柔らかめに仕上げたい場合は、約18ミリメートルになります。」

多くの料理本で推奨されているように、水に塩を加えるとパスタの食感は確かに良くなります。しかし、一部のシェフが推奨するように、茹でる前に沸騰したお湯に油を加えるとどうなるでしょうか？研究チームは実験で油を加えることを試み、パスタの麺に確かに影響が出ましたが、タウフィック氏によると、結果が複雑すぎて何が起こっているのかを真に判断できないとのことです。

「これが化学的影響なのか物理的影響なのかは分かりません」と彼は述べた。「油が何らかの形でパスタに浸透し、パスタ本来の特性を変えているのでしょうか？それとも、油がパスタの表面に付着し、2本のパスタ間の接着力を変化させるという物理的な影響なのでしょうか？この複雑な現象を理解するには、さらなる実験が必要です。」

今後の実験では、この手法をリガトーニのような異なる形状のパスタに適用することも検討されるかもしれない。リガトーニは単に曲げるだけでなく、曲げとねじりの両方を必要とする。タウフィック氏によると、この手法はより数学的に複雑な問題となる。

可逆性の問題もあります。いつか、茹でて乾燥させ、再び茹で直しても味と食感を保てるパスタを開発できる日が来るのでしょうか？実際、共著者でイリノイ大学（UIUC）の学部生であるジョンヒョン・ファン氏は、自宅でこの可能性を検証しましたが、結果は悲惨でした。出来上がったスパゲッティは「一度茹でた時よりもさらに弱くなってしまった」とファン氏は言います。

タウフィック氏は、研究者たちが研究した調理過程はパスタ内部のポリマーと水との相互作用という純粋に物理的な側面であるにもかかわらず、この現象は調理中に起こる化学反応によるものだと述べている。「私たちが学んだことの一つは、分子構造、つまりポリマーネットワークの形態やトポロジーが、膨潤プロセスによって不可逆的に変化することです」と彼は述べた。

このストーリーはもともと Ars Technicaに掲載されました。

WIREDのその他の素晴らしい記事