U drugom djelu uvoda u maillardovu reakciju pišem o znanost o toplini u odnosu na temperaturu. Znam da vam se ova dosada ne čita i da jedva čekate odmah uskočiti i početi kuhati, ali prvo mi odgovorite na ovo pitanje: Što je kuhanje?
Ako ste moja žena, vaš odgovor će biti: “To je ono što radite kada vam muž kuhar ode na posao.” Profi chef mogao bi vam reći da je kuhanje život. (i bio bi u pravu) Nečija mama bi vjerojatno rekla da je to posao, a nečija teta, da je kuhanje kultura, obitelj, tradicija i ljubav. I da, kuhanje je sve to, ali evo više tehničkog načina razmišljanja o tome: kuhanje je prijenos energije.
Radi se o primjeni topline za promjenu strukture molekula. Radi se o poticanju kemijskih reakcija za promjenu okusa i tekstura. Radi se o stvaranju ukusnih stvari uz pomoć znanosti. I prije nego uopće počnemo shvaćati što se događa kada pečemo burger ili čak kojom opremom možda želimo opskrbiti svoju kuhinju, prvo si moramo utuviti u glavu jedan vrlo važan koncept, jer će on utjecati na sve što radimo u kuhinji, počevši od toga koje lonce i tave koristimo. A to je ovo: Toplina i temperatura nisu ista stvar.
U najosnovnijem smislu, kuhanje je prijenos energije s izvora topline na hranu. Ta energija uzrokuje fizičke promjene u obliku proteina, masti i ugljikohidrata, kao i ubrzava brzinu odvijanja kemijskih reakcija. Ono što je zanimljivo jest da su većinu vremena te fizikalne i kemijske promjene trajne. Jednom kada se oblik proteina promijeni dodavanjem energije, ne možete ga vratiti naknadnim uklanjanjem te energije. Drugim riječima, ne možete raskuhati odrezak.
Razlika između topline i temperature može biti jedna od stvari koje najviše zbunjuju u kuhinji, ali razumijevanje tog koncepta ključno je da biste postali racionalniji kuhar. Iz iskustva znamo da je temperatura čudna mjera. Mislim, skoro svi smo udobno hodali okolo u kratkim hlačama po vremenu od 20°, ali smo osjetili smiješnu hladnoću skakanja u jezero od 20°, zar ne? Zašto nam je hladno od jednog, a od drugog ne, iako je temperatura ista? Da pokušam objasniti trebao bih zakupiti skuplju i veću domenu. Ali probajmo ovako.
Toplina je energija. Fizika nam govori da je sve, od zraka oko nas do metala na stijenkama pećnice, sastavljeno od molekula: malih-sićušnih stvari koje brzo vibriraju ili, u slučaju tekućina i plinova, brzo poskakuju uokolo u slučajan način. (naučio od Sheldona) Što je više energije dodano određenom sustavu molekula, one brže vibriraju ili poskakuju i brže prenose to kretanje na sve što dotaknu – bilo da se radi o vibrirajućim molekulama u metalnoj tavi koja prenosi energiju na sočno meseko– rib eye steak koji cvrči ili poskakivanje molekula zraka unutar pećnice koje prenose energiju na hrskavu štrucu kruha koja se peče.
Toplina se može prenositi s jednog sustava na drugi, obično s energetski više (toplijeg) sustava na manje energetski (hladniji). Dakle, kada stavite odrezak u vruću tavu da se ispeče, ono što zapravo radite je prijenos energije iz sustava plamenika u tavi u sustav za odrezak. Dio ove dodane energije odlazi na podizanje temperature odreska, ali velik dio se koristi za druge reakcije: potrebna je energija da bi vlaga isparila, kemijske reakcije koje se odvijaju i koje uzrokuju tamnjenje zahtijevaju energiju, i tako dalje.
Temperatura je mjerni sustav koji nam omogućuje kvantificiranje količine energije u određenom sustavu. Temperatura sustava ne ovisi samo o ukupnoj količini energije u tom tijelu, već i o nekoliko drugih karakteristika: gustoći i specifičnom toplinskom kapacitetu.
Gustoća je mjera koliko se molekula tvari nalazi u određenom prostoru. Što je medij gušći, to će sadržavati više energije na danoj temperaturi. Metali su u pravilu gušći od tekućina* koje su pak gušće od zraka. Tako će metali na, recimo, 15°C sadržavati više energije nego tekućine na 15°C, koje će sadržavati više energije nego zrak na 15°C.
Specifični toplinski kapacitet je količina energije koja je potrebna da se određena količina materijala podigne na određenu temperaturu. Na primjer, potrebna je točno jedna kalorija energije (da, kalorije su energija!) da se jedan gram vode podigne za jedan stupanj Celzija. Budući da je specifični toplinski kapacitet vode veći od, recimo, željeza, a niži od zraka, ista količina energije povisit će temperaturu grama željeza gotovo 10 puta više, a grama zraka za samo upola manje. Što je veći specifični toplinski kapacitet određenog materijala, to je više energije potrebno za podizanje temperature tog materijala za isti broj stupnjeva.
Ukratko:
Na danoj temperaturi, gušći materijali općenito sadrže više energije, pa će teže posude brže skuhati hranu. (Obrnuto, potrebno je više energije za podizanje gušćih materijala na određenu temperaturu.) Na određenoj temperaturi materijali s većim specifičnim toplinskim kapacitetom sadržavat će više energije. (Obrnuto, što je veći specifični toplinski kapacitet materijala, to je više energije potrebno da se dovede do određene temperature.)
To je zato što je za većinu hrane temperatura na koju je podignuta primarni faktor koji određuje njenu konačnu strukturu i teksturu. Neke ključne temperature koje se uvijek iznova pojavljuju uključuju:
- 0°C: Točka ledišta vode (ili točka topljenja leda).
- 52°C: medium rare pečeni odrezak. Također temperatura na kojoj većina bakterija počinje umirati, iako može potrajati više od 2 sata da se hrana sigurno sterilizira na ovoj temperaturi.
- 64°C: odrezak srednje debljine. Žumanjci se počnu stvrdnjavati, bjelanjci su neprozirni, ali još uvijek poput želea. Riblji proteini će se stegnuti do te mjere da će bijeli albumin biti istisnut, dajući ribama poput lososa neprivlačan sloj zgusnutih proteina.
- 71° do 82°C: Dobro(well-done) pečeni odrezak. Bjelančevine jaja potpuno koaguliraju (ovo je temperatura na kojoj se većina krema ili tijesta na bazi jaja kuha kako bi se potpuno stvrdnula).
- 100°C: Točka ključanja vode (ili točka kondenzacije pare).
- 153°C i više: Temperatura na kojoj se Maillardove reakcije tamnjenja—reakcije koje proizvode tamno smeđu, ukusnu koricu na odrescima ili štrucama kruha. Što je temperatura viša, što se te reakcije brže odvijaju. Budući da su ti rasponi znatno iznad točke ključanja vode, korice će biti hrskave.
Izvori energije i prijenos topline
Sada kada točno znamo što je energija, postoji drugi sloj informacija koji treba razmotriti: način na koji se ta energija prenosi u vašu hranu. Kondukcija je izravan prijenos energije s jednog čvrstog tijela na drugo. To se događa kada opečete ruku hvatanjem vruće tave (savjet: nemojte to činiti). Molekule koje vibriraju s jedne površine udarit će relativno mirne molekule na drugoj površini, prenoseći tako svoju energiju. Ovo je daleko najučinkovitiji način prijenosa topline.
Većinu vremena, u kuhanju, uzmimo, na primjer, burger na roštilju. Rešetka roštilja grije pljeskavicu izravno na mjestima gdje je u kontaktu s njom putem kondukcije, brzo je zapečeći na tim mjestima. Ostatak donje strane pljeskavice kuha se zračenjem ugljena ispod. Stavite komad sira na burger i malo spustite poklopac, a formirat će se konvekcijske struje, prenoseći vrući zrak izravno iznad ugljena prema gore i preko vrha hamburgera, topeći sir.
Možda ćete primijetiti da ove tri vrste topline prenose toplinu samo na površinu hrane. Kako bi se hrana skuhala do središta, vanjski sloj mora svoju toplinu prenijeti na sljedeći sloj, i tako dalje, sve dok se središte hrane ne počne zagrijavati. Zbog toga će vanjska strana većine kuhanih namirnica gotovo uvijek biti bolje pečena od sredine (postoje trikovi za smanjivanje gradijenta, do kojih ćemo doći s vremenom).
Mikrovalne pećnice jedina su druga metoda prijenosa energije koju obično koristimo u kuhinji i imaju jedinstvenu sposobnost prodiranja kroz vanjštinu hrane prilikom zagrijavanja. Baš poput svjetlosti ili topline, mikrovalovi su oblik elektromagnetskog zračenja. Kada se mikrovalovi usmjere na objekt s magnetski nabijenim česticama (kao što je, recimo, voda u komadu hrane), te se čestice brzo okreću naprijed-natrag, stvarajući trenje, koje zauzvrat stvara toplinu. Mikrovalovi mogu proći kroz većinu čvrstih predmeta do dubine od najmanje nekoliko centimetara. Zbog toga su mikrovalne pećnice posebno brz način za zagrijavanje hrane – ne morate čekati relativno spor prijenos energije iz vanjskog dijela u središte.
Fuj! Dosta je već s lekcijama iz znanosti, zar ne? Je, ali strpite se sa mnom, uskoro ću završiti.
Temperatura naspram energije na djelu
Razlika između definicije temperature i definicije energije je suptilna, ali iznimno važna. Ovaj test će pokazati kako razumijevanje razlika može pomoći u oblikovanju vašeg kuhanja.
Materijali
- 1 pećnica
- 1 radno sposoban subjekt s vanjskim senzornim aparatom u punom radnom stanju
- Jedan tanjur od 3 litre napunjen vodom
- 1 točan termometar s trenutnim očitavanjem
Postupak
Uključite pećnicu na 100°C i pustite da se zagrije. Sada otvorite vrata pećnice, gurnite ruku unutra i držite ruku u pećnici dok ne postane prevruća da biste mogli izdržati. Čvrsti momak poput mene bi ga vjerojatno mogao ostaviti unutra barem 15 sekundi, zar ne? 30 sekundi?
Sada stavite posudu s hladnom vodom na ploču štednjaka i gurnite ruku u nju. Uključite plamenik na srednje jaku temperaturu i pustite da se voda počne zagrijavati. Miješajte ga rukom dok se zagrijava, ali pazite da ne dodirnete dno posude (dno posude će se zagrijati puno brže od vode). Držite ruku tamo dok ne postane prevruće da biste mogli izdržati, maknite ruku i izmjerite temperaturu.
Rezultati
Većina ljudi može držati ruku u pećnici zagrijanoj na 100°C najmanje 30 sekundi prije nego što postane neugodno vruće. Ali neka bude puno iznad 57°C, i posuda s vodom bit će bolna na dodir. Voda od 82°C dovoljno je vruća da vas opeče, a voda od 100°C (kipuća) će vam stvoriti mjehuriće i ožiljke ako uronite ruku u nju. Zašto je ovo?
Voda je mnogo gušća od zraka – u šalici vode ima mnogo više molekula nego u šalici zraka. Dakle, unatoč činjenici da je voda niže temperature od zraka u pećnici, vruća voda sadrži daleko više energije od vrućeg zraka i posljedično vam puno brže zagrijava ruku. Zapravo, kipuća voda ima više energije od zraka u pećnici na normalnoj temperaturi pečenja, recimo 180° do 200°C. U praksi to znači da se kuhana hrana kuha brže od hrane koja je pečena ili pečena. Slično tome, hrana pečena u vlažnom okruženju kuha se brže od one u suhom, jer je vlažan zrak gušći od suhog.
