Czas vs. Temperatura – Co zmienia co?

Prawdą jest, że istnieje ujemna korelacja pomiędzy czasem gotowania a temperaturą: im wyższa temperatura, tym krótszy czas gotowania. Ale jest ona wysoce nieliniowa. Nawet gdybyś wziął pod uwagę fakt, że temperatura jest mierzona w skali stosunkowej, a nie przedziałowej, gdzie prawdziwe zero jest na poziomie 0 Kelwinów, to i tak nic Ci to nie pomoże.

Temperatura wewnętrzna

Rozważmy najpierw łatwiejszą część procesu: związek pomiędzy temperaturą wewnętrzną jedzenia a jego gotowością. Gotowanie żywności z wykorzystaniem ciepła to oczekiwanie na zajście pewnych zmian termodynamicznych, na przykład w przypadku mięsa, czekasz na denaturację białek. Oznacza to, że zaczynamy z dość kędzierzawą cząsteczką białka, a po tym jak ulegnie ona wystarczającemu ruchowi Browna, nieco się rozprostowuje, tracąc niektóre ze słabszych wiązań między atomami.

Prawdopodobieństwo denaturacji cząsteczki po upływie stałego czasu, powiedzmy 1 sekundy, powinno być w przybliżeniu zgodne z rozkładem gaussowskim, w zależności od temperatury pokarmu (wyższa temperatura -> cząsteczka bardziej się trzęsie i porusza, i bardziej wpada na inne cząsteczki, co powoduje, że słabe wiązania trój- i czteroczłonowe pękają):

Przy centralnym twierdzeniu granicznym, z milionów cząsteczek w twoim jedzeniu, powyższy rozkład mówi ci również, jaki procent z nich zostanie przekształcony w stan ugotowany po sekundzie. To wyjaśnia, dlaczego, jeśli podgrzejesz syrop cukrowy, otrzymasz karmel w danej temperaturze niemal natychmiast – osiągnąłeś temperaturę, w której ponad 99% molekuł przekształci się w stan karmelowy po sekundzie – ale jeśli pozostawisz cukier na bardzo długi czas w niższej temperaturze, on również się skarmelizuje. Dzieje się tak dlatego, że po odpowiedniej ilości sekund, w których jedna cząsteczka na dziesięć tysięcy karmelizuje się na sekundę, cała bryła cukru staje się skarmelizowana. Z drugiej strony, temperatura pokojowa jest tak niska, że może tylko jedna cząsteczka na miliard będzie konwertować w cukrze przechowywanym w temp. pokojowej, a ty będziesz musiał czekać na wieki, aby wszystko się skarmelizowało. To dlatego, że jesteś w prawie płaski punkt do daleko w lewo od krzywej.

Tak więc, czas i internal food temperature są połączone w bardzo nieliniowy sposób. Można teoretycznie dokonać pewnych przewidywań, jeśli wiesz, mu i sigma parametry krzywej Gaussian; jednak będą one zmieniać się z pozycji żywności i proces chcesz się zdarzyć. Denaturowanie białek zilustrowane powyżej jest jednym z takich procesów, karmelizacja jest inny, ale regulowane przez ten sam ogólny związek. Większość z nich jest. (Wyjątkiem byłoby topienie substancji krystalicznych, takich jak masło kakaowe, które mają ściśle określoną temperaturę topnienia).

Faktyczne obliczenia mogą wyglądać następująco: w temperaturze 56 stopni Celsjusza, potrzeba 1 sekundy, aby stek został ugotowany (technicznie rzecz biorąc, aby przynajmniej 99% miozyny uległo denaturacji). W temperaturze 55 Celsjusza może to zająć pół minuty, w 54 Celsjusza – 3 minuty, w 50 Celsjusza – 15 minut, i tak dalej. Używam przypadkowych liczb tutaj, można znaleźć prawdziwe numery dla mięsa, jeśli rozejrzeć się za krzywych sous vide, wątpię, że istnieją łatwo dostępne źródła dla innych procesów, takich jak karmelizacji lub żelowania skrobi. Chodzi o to, że istnieje zależność, ale nie można jej przewidzieć intuicyjnie, ponieważ odbiega ona znacznie od liniowej, a większość ludzi potrafi tylko intuicyjnie przewidzieć liniowe połączenia.

Przekazywanie ciepła

Ale to staje się jeszcze bardziej skomplikowane. Nie można ogrzewać każdej cząsteczki z osobna. Zapomnijmy na chwilę o mikrofalówkach, nie pomogą nam one zbytnio, a i tak nie mają ustawień temperatury. To, co masz, to źródło ciepła, takie jak kuchenka, piekarnik lub otwarty ogień, i chcesz przekazać ciepło do żywności. Ciepło jest przenoszone przez konwekcję, przewodzenie i promieniowanie na powierzchnię żywności i rozprzestrzenia się do wnętrza głównie przez przewodzenie w przypadku pokarmów stałych i kombinację konwekcji i przewodzenia w przypadku płynów. Tak więc, kiedy podgrzejesz powierzchnię jedzenia do 100 stopni Celsjusza, wnętrze jest znacznie zimniejsze.

A jak długo trwa ogrzanie wnętrza jedzenia? Cóż, zależy to głównie od geometrii jedzenia i jego składu chemicznego. To wyjaśnia, dlaczego przepisy, które nakazują gotować jedzenie przez określony czas w przeliczeniu na wagę (np. „piecz mięso przez 10 minut na 250 g”) są tak złe. W zależności od tego, jaki kształt ma Twoje mięso, będzie to trwało znacznie dłużej lub krócej. Inne czynniki, np. fakt, że mamy do czynienia z wysokiej jakości mięsem dojrzewającym o zwartych ścianach komórkowych i niskiej zawartości wody, w przeciwieństwie do mięsa PSE o wyższej zawartości wody, również wpłyną na zmianę potrzebnego czasu.

Faktyczny wzór na obliczenie czasu potrzebnego do pieczenia mięsa w danej temperaturze opisują poniższe równania różniczkowe:

Nie wiem, co oznacza większość z tych zmiennych i cieszę się, że nie muszę. I oczywiście inne procesy kulinarne, takie jak karmelizacja czy Maillard (proces, który tworzy skórki) będą miały inny układ równań, równie skomplikowany.

Niepożądane zmiany

Czasami w gotowaniu zachodzą procesy, których nie chcemy. Jednym z przykładów jest przypalanie się żywności. Innym typowym przykładem jest mięso. Składa się ono, z grubsza rzecz biorąc, z dwóch rodzajów białek: aktyny i miozyny. Denaturują one w różnych temperaturach – każde z nich ma swoją własną krzywą, przy czym krzywa aktyny jest przesunięta w prawo. Kiedy miozyna ulega denaturacji, mięso jest medium, miękkie i soczyste. Kiedy aktyna również ulega denaturacji, mięso jest well done, czyli twarde i suche. To, co większość ludzi stara się osiągnąć, to denaturacja miozyny, ale bez zmiany aktyny.

Są też inne niechciane zmiany, jak przypalanie jedzenia, czy nagrzewanie oleju do punktu rozkładu. Więc generalnie chcesz podgrzać jedzenie, ale często istnieje granica, której nie chcesz osiągnąć.

W praktyce

W praktyce, po prostu musisz żyć z wiedzą, że obniżenie temperatury sprawi, że jedzenie będzie trwało dłużej, aż zostanie ugotowane. Jeśli zrobisz ją wyższą, potrwa to krócej, ale ryzykujesz, że osiągniesz niepożądaną temperaturę. Pozostawiasz też mniej czasu na rozwinięcie się smaków, co jest ważne w niektórych przypadkach (np. gulasz), ale nie w innych (np. naleśniki).

Każda próba uzyskania większej precyzji niż powyższa jest niepraktyczna. Rzeczywiste zależności są zdecydowanie zbyt skomplikowane. Teoretycznie możliwe jest dopasowanie przybliżenia wielomianowego, którego wartości są znacznie łatwiejsze do obliczenia (Douglas Baldwin zrobił to kiedyś dla konkretnego kawałka mięsa), ale ponieważ nie znamy konkretnych parametrów dla każdej potrawy, nie jest to praktyczna propozycja, nawet jeśli trzymamy kalkulator w kuchni.

Nie da się wiarygodnie obliczyć, kiedy jedzenie będzie gotowe w danej temperaturze. Jeśli autor przepisu poda Ci przybliżoną wartość, będzie ona dość nieprecyzyjna, ponieważ będzie zależeć od kształtu potrawy, materiału i grubości patelni, odchyleń temperatury w Twoim piekarniku itp. Więc nie można nawet powiedzieć coś w stylu „Wiem, że to trwa 30 minut w 300 Fahrenheita, chcę wiedzieć, jak długo to trwa w 350 Fahrenheita”. To trwa tylko 30 minut w bardzo szczególnych warunkach, które być może nieświadomie powielasz za każdym razem, gdy pieczesz, używając tego samego piekarnika, tej samej patelni i mięsa od tego samego rzeźnika.

Dobrą wiadomością jest to, że nie potrzebujesz tego, co powyżej, aby dobrze gotować. Mięso robi się w piekarniku, nawet jeśli nie potrafisz obliczyć powyższych parametrów. Musisz po prostu ocenić, kiedy je wyjąć, i podczas gdy czas jest raczej bezużyteczny dla tej decyzji, istnieje wiele innych, znacznie lepszych, znaków dla niego. Termometr jest najprostszą metodą, a doświadczenie nauczy cię rozpoznawać idealną gotowość również bez niego, po zapachu i widocznych wskazówkach, takich jak kolor, konsystencja, ilość pary itp.