저는 주방에서 멋진 실험을 하는 게 좋아요. 특히 베이킹과 디저트가 관련된 실험을요. 파이 데이를 기념하여, 주방에서 파이 반죽과 필링… 그리고 레오미터를 활용해서 과학을 이용한 실험을 해 보겠습니다.

파이를 만들어본 적이 있다면 반죽, 특히 버터를 사용하는 경우에 온도가 아주 중요하다는 사실을 알고 계시겠지요. 차가운 버터가 따뜻한 오븐과 만나면 가열되어 증기를 방출하고, 부드럽고 완벽한 크러스트를 탄생시키는 공기 주머니를 생성하여 바삭한 레이어를 만들게 됩니다. 굽기 전에 버터가 너무 부드러운 상태라면 크러스트가 딱딱해지고 파이가 먹을 수 없게 됩니다. 대부분의 조리법에서는 반죽을 72°F 이상으로 가열하지 말라고 경고합니다. 오븐 열때문에 부엌이 80°F 가까이 된다면 버터를 조심해야 하죠.

하지만 차가운 반죽 역시 문제가 생깁니다. 반죽 온도가 실온보다 낮으면 반죽이 부서지기 쉽고, 반죽을 펼칠 때 갈라질 수 있습니다. 레시피에서 반죽을 짧은 시간 동안 실온에 두어서, 반죽을 성형하고 굽기 전에 너무 뜨겁거나 차갑지 않도록 하는 이유입니다.

우리는 과학자로서 파이 반죽과 라즈베리 필링을 준비하고 굽는 동안 실제로 어떤 일이 일어나는지 레오미터를 사용하여 측정하기로 결정했습니다. 레오미터는 물질의 유동 특성을 측정하여, 다양한 조건이 강성 및 흐름과 같은 특성에 미치는 영향을 파악할 수 있습니다.

변형 스위핑

변형(또는 진폭) 스위핑은 점탄성 물질의 변형을 측성화하는 데 사용됩니다. 대부분의 점탄성 물질의 물리적 특성은 임계 변형 수준까지는 변형률과 무관합니다. 이러한 임계 수준 미만을 선형 점탄성 영역(LVR)이라고 하며, 응력이 변형률과 명확한 선형 관계를 보입니다. 임계 변형 수준을 넘어서면 물질의 거동이 비선형적으로 변하며 저장 탄성률이 감소합니다.

파이 크러스트의 경우, 펼친 반죽에 균열이 보이기 시작하면 LVR로 결정되는 임계 변형 수준을 넘어섰다는 의미가 됩니다. 반죽의 저장 탄성률과 손실 탄성률은 온도에 따라 감소하므로, 반죽은 더 유연해지며 해동한 반죽은 부서지거나 갈라지지 않고 더 많은 힘을 견딜 수 있습니다. 반죽을 실온에 두는 경우, 밀대로 더 강한 힘을 주어서 밀어야 임계 변형 수준에 도달하고 균열이 발생하게 됩니다.

파이 필링의 임계 변형률을 넘기면 구조는 무너집니다. 파이를 먹을 때는 반드시 일어나는 일이지만, 대부분의 제과인들은 그 전까지는 필링이 부서지는 걸 원하지 않죠!

주파수 스위핑

주파수 스위핑은 일정한 진폭 및 온도에서 다양한 진동 주파수에 걸쳐 샘플을 테트스합니다. 파이 크러스트의 주파수 스위핑 결과 온도가 낮을수록 크러스트의 저장 탄성률이 높아지고 “더 단단”합니다. 따라서 파이를 준비하는 동안 부서지기가 더 쉽습니다. 이런 이유로 레시피 및 제품 지침에서는 파이 크러스트를 펼쳐서 성형하기 전에 항상 실온에서 준비하도록 합니다.

라즈베리 파이 필링은 주파수 스위핑에서 유사한 경향을 보이지만, 구조가 약하기 때문에 손실 탄성률이 훨씬 낮습니다.

유동 온도 램프

유동 온도 램프는 온도의 변화로 인한 점도 변화를 측정하는 데 사용됩니다. 파이 필링의 유동 온도 램프 결과 저온에서 점도가 훨씬 높으며, 즉 농도가 훨씬 걸죽합니다. 필링을 가열하면 점도가 떨어지며, 10~35°C 사이에서는 끈적끈적해집니다.

그러나 40°C 이후에 점도는 안정되며 계속해서 묽어지지는 않습니다. 이러한 거동은 파이의 점증제로 인해 발생합니다. 그 결과, 김이 나오는 뜨거운 파이를 자르면 필링이 흘러나오지 않을 수 있습니다.

달콤한 유변학 조각

파이 굽기 지침과 그 결과를 유변학의 렌즈로 들여다보면 훨씬 더 이해하기가 쉽습니다. 파이 크러스트를 조심스럽게 해동하면, 부서지기 쉬우며 차가운 상태에서 버터가 녹지 않고 보다 유연한 질감으로 변합니다. 필링에는 고온에서도 점도를 유지하는 옥수수 전분 및 기타 점증제가 포함되어 있습니다. 파이(숫자)는 무리수이지만, 파이의 유변학을 파고든다면 우리가 가장 좋아하는 파이(음식) 레시피를 훨씬 더 논리적으로 이해할 수 있답니다.