Zeit vs. Temperatur – Was ändert was?

Es stimmt, dass es eine negative Korrelation zwischen Garzeit und Temperatur gibt: je höher die Temperatur, desto kürzer die Garzeit. Aber dieser Zusammenhang ist in hohem Maße nicht-linear. Selbst wenn Sie die Tatsache berücksichtigen würden, dass die Temperatur auf einer Verhältnis- und nicht auf einer Intervallskala gemessen wird, bei der der reale Nullpunkt bei 0 Kelvin liegt, würde Ihnen das immer noch nicht weiterhelfen.

Innentemperatur

Betrachten Sie zunächst den einfacheren Teil des Prozesses: die Beziehung zwischen der Innentemperatur des Lebensmittels und dem Garzustand des Lebensmittels. Beim Garen von Lebensmitteln mit Hitze wartet man auf bestimmte thermodynamische Veränderungen, z. B. bei Fleisch wartet man auf die Denaturierung der Proteine. Das bedeutet, dass man mit dem ziemlich krausen Eiweißmolekül beginnt, und nachdem es genug Brownsche Bewegung erlitten hat, entwirrt es sich ein wenig und verliert einige der schwächeren Bindungen zwischen den Atomen.

Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Molekül nach einer konstanten Zeitspanne, sagen wir 1 Sekunde, denaturiert ist, sollte in etwa einer Gaußschen Verteilung folgen, abhängig von der Temperatur des Lebensmittels (höhere Temperatur -> das Molekül schüttelt und bewegt sich mehr und stößt mehr an andere Moleküle, wodurch die schwachen ternären und quaternären Bindungen reißen):

Nach dem zentralen Grenzwertsatz sagt Ihnen die obige Verteilung auch, welcher Prozentsatz der Millionen von Molekülen in Ihrer Nahrung nach einer Sekunde in den gekochten Zustand übergeht. Das erklärt, warum Sie beim Erhitzen von Zuckersirup bei einer bestimmten Temperatur fast sofort Karamell erhalten – Sie haben die Temperatur erreicht, bei der sich über 99 % der Moleküle nach einer Sekunde in den karamellisierten Zustand umwandeln -, aber wenn Sie Zucker sehr lange bei niedrigeren Temperaturen stehen lassen, wird er ebenfalls karamellisieren. Das liegt daran, dass nach genügend Sekunden, in denen ein Molekül von zehntausend pro Sekunde karamellisiert wird, der ganze Zuckerwürfel karamellisiert. Auf der anderen Seite ist Ihre Raumtemperatur so niedrig, dass sich vielleicht nur ein Molekül von einer Milliarde in Zucker umwandelt, der bei Raumtemperatur gelagert wird, und Sie müssen Jahrhunderte warten, bis der ganze Zucker karamellisiert ist. Das liegt daran, dass Sie sich an einem fast flachen Punkt ganz links auf der Kurve befinden.

So sind Zeit und internal food temperature auf eine sehr nichtlineare Weise miteinander verbunden. Man könnte theoretisch einige Vorhersagen machen, wenn man die mu- und sigma-Parameter der Gauß-Kurve kennen würde; sie ändern sich jedoch mit dem Lebensmittel und dem gewünschten Prozess. Die oben dargestellte Denaturierung von Proteinen ist ein solcher Prozess, die Karamellisierung ist ein anderer, aber sie unterliegt der gleichen allgemeinen Beziehung. Das gilt für die meisten. (Eine Ausnahme wäre das Schmelzen von kristallinen Substanzen wie Kakaobutter, die einen scharf definierten Schmelzpunkt haben).

Die eigentliche Berechnung könnte so aussehen: Bei 56 Celsius dauert es 1 Sekunde, bis ein Steak gegart ist (technisch gesehen, bis mindestens 99% des Myosins auf dem Steak denaturiert sind). Bei 55 Celsius dauert es vielleicht eine halbe Minute, bei 54 Celsius 3 Minuten, bei 50 Celsius 15 Minuten, und so weiter. Ich verwende hier willkürliche Zahlen, Sie können die wahren Zahlen für Fleisch finden, wenn Sie sich nach Sous-Vide-Kurven umsehen, ich bezweifle, dass es leicht zugängliche Quellen für andere Prozesse wie Karamellisierung oder Stärkegelierung gibt. Der Punkt ist, dass es eine Abhängigkeit gibt, aber man kann sie nicht intuitiv vorhersagen, weil sie stark von einer linearen abweicht, und die meisten Leute können nur intuitiv lineare Zusammenhänge vorhersagen.

Wärmeübertragung

Aber es wird noch komplizierter. Man kann nicht jedes Molekül einzeln erwärmen. Vergessen wir für eine Weile die Mikrowellen, sie helfen Ihnen nicht viel, und sie haben sowieso keine Temperatureinstellungen. Was Sie haben, ist eine Wärmequelle, wie z. B. einen Herd, Ofen oder ein offenes Feuer, und Sie wollen Wärme auf das Essen übertragen. Die Wärme wird durch Konvektion, Leitung und Strahlung auf die Oberfläche des Lebensmittels übertragen und breitet sich bei festen Lebensmitteln hauptsächlich durch Leitung und bei Flüssigkeiten durch eine Kombination aus Konvektion und Leitung ins Innere aus. Wenn Sie also die Oberfläche des Lebensmittels auf 100 Grad Celsius erhitzt haben, ist das Innere viel kälter.

Und wie lange dauert es, das Innere des Lebensmittels zu erhitzen? Nun, das hängt vor allem von der Geometrie Ihres Lebensmittels und seiner chemischen Zusammensetzung ab. Das erklärt, warum Rezepte, die Ihnen vorschreiben, Lebensmittel eine bestimmte Zeit pro Gewicht zu garen (z. B. „Braten Sie das Fleisch 10 Minuten pro 250 g“), so schlecht sind. Je nachdem, welche Form Ihr Fleisch hat, dauert es viel länger oder kürzer als das. Auch andere Faktoren, z. B. der Umgang mit hochwertigem gealtertem Fleisch mit dichten Zellwänden und geringem Wassergehalt im Gegensatz zu PSE-Fleisch mit seinem höheren Wassergehalt, verändern die benötigte Zeit.

Die eigentliche Formel zur Berechnung der benötigten Zeit zum Braten von Fleisch bei einer bestimmten Temperatur wird durch diese Differentialgleichungen beschrieben:

Ich weiß nicht, was die meisten dieser Variablen bedeuten, und ich bin froh, dass ich das auch nicht muss. Und natürlich haben andere Kochprozesse wie Karamellisierung oder Maillard (der Prozess, der Krusten erzeugt) ein anderes Gleichungssystem, das genauso kompliziert ist.

Unerwünschte Veränderungen

Beim Kochen gibt es manchmal Vorgänge, die man nicht haben möchte. Ein Beispiel ist das Anbrennen von Lebensmitteln. Ein anderes typisches Beispiel ist Fleisch. Es besteht, grob gesagt, aus zwei Arten von Proteinen, Aktin und Myosin. Sie denaturieren bei unterschiedlichen Temperaturen – jedes von ihnen hat seine eigene Kurve, und die von Aktin ist nach rechts verschoben. Wenn Myosin denaturiert, ist das Fleisch medium, weich und saftig. Wenn das Aktin ebenfalls denaturiert, ist das Fleisch well done, also zäh und trocken. Was die meisten Menschen versuchen zu erreichen, ist, das Myosin zu denaturieren, ohne das Aktin zu verändern.

Es gibt auch noch andere unerwünschte Veränderungen, wie z.B. das Verbrennen des Essens oder das Erhitzen des Öls bis zum Zersetzungspunkt. Im Allgemeinen möchten Sie also Ihr Essen erhitzen, aber häufig gibt es eine Grenze, die Sie nicht erreichen möchten.

In der Praxis

In der Praxis müssen Sie einfach mit dem Wissen leben, dass eine niedrigere Temperatur dazu führt, dass Ihr Essen länger braucht, bis es gar ist. Wenn Sie es heißer machen, dauert es kürzer, aber Sie riskieren, eine unerwünschte Temperatur zu erreichen. Sie lassen auch weniger Zeit für die Entfaltung der Aromen, was in manchen Fällen (z. B. bei Eintöpfen) wichtig ist, in anderen aber nicht (z. B. bei Pfannkuchen).

Jeder Versuch, etwas mehr Präzision als die oben genannten zu erreichen, ist nicht praktikabel. Die tatsächlichen Zusammenhänge sind viel zu kompliziert. Es ist theoretisch möglich, eine polynomische Näherung zu verwenden, deren Werte viel einfacher zu berechnen sind (ich glaube, Douglas Baldwin hat das einmal für ein bestimmtes Stück Fleisch getan), aber da man die spezifischen Parameter für jedes Lebensmittel nicht kennt, ist das kein praktischer Vorschlag, selbst wenn man einen Taschenrechner in der Küche hat.

Es ist nicht möglich, zuverlässig zu berechnen, wann ein Lebensmittel bei einer bestimmten Temperatur fertig ist. Wenn ein Rezeptautor Ihnen einen Näherungswert angibt, wird dieser ziemlich ungenau sein, weil er von der Form Ihrer Speisen, dem Material und der Dicke Ihrer Pfanne, den Temperaturabweichungen Ihres Ofens usw. abhängt. Sie können also nicht einmal etwas sagen wie „Ich weiß, dass es bei 300 Fahrenheit 30 Minuten dauert, ich möchte wissen, wie lange es bei 350 Fahrenheit dauert“. Es dauert nur 30 Minuten unter sehr speziellen Bedingungen, die Sie vielleicht unwissentlich jedes Mal replizieren, wenn Sie braten, indem Sie den gleichen Ofen, die gleiche Pfanne und Fleisch vom gleichen Metzger verwenden.

Die gute Nachricht ist, dass Sie die oben genannten Bedingungen nicht brauchen, um gut zu braten. Ihr Fleisch wird im Ofen auch dann fertig, wenn Sie die oben genannten Punkte nicht berechnen können. Sie müssen nur beurteilen, wann Sie es herausnehmen müssen, und während die Zeit für diese Entscheidung eher nutzlos ist, gibt es viele andere, viel bessere Anzeichen dafür. Ein Thermometer ist die einfachste Methode, und die Erfahrung wird Sie lehren, den perfekten Gargrad auch ohne es zu erkennen, durch Geruch und sichtbare Anhaltspunkte wie Farbe, Textur, Menge des Dampfes, etc.