Наука и кулинария. Физика еды. От повседневной до высокой кухни - Дэвид Вейтц Страница 11

ТЕМПЕРАТУРА, ТЕПЛОТА И КАЛОРИИ

Мы часто считаем теплоту и температуру одним и тем же – или, по крайней мере, чем-то очень близким. Если на улице +35 °C, мы скажем, что день жаркий, при 0 °C – что холодный или не теплый. Температура используется для того, чтобы определить, насколько что-то горячее или холодное. Но что на самом деле имеется в виду, когда вещество горячее или холодное? Мы знаем, что температура измеряет энергию движения молекул материала. Когда молекулы двигаются больше, температура выше. Когда меньше – температура ниже. А вот теплотой называют количество энергии, которую добавляют в систему или удаляют из нее. Таким образом, нагрев заставляет молекулы двигаться больше, а это значит, что измеряемая температура поднимается. Охлаждение чего-то, или удаление теплоты, уменьшает движение молекул и, таким образом, понижает температуру.

Как это ни странно, эти понятия (движение молекул, температура и теплота) тесно связаны с калориями. Ну, вы знаете, с этими штуками, из-за которых вы прибавляете в весе, если съедаете их слишком много. Откуда связь? Калории измеряют энергосодержание пищи. Номинально мы используем эту энергию, чтобы жить и заниматься повседневными делами. Если мы съедаем пищу, в которой энергии больше, чем нам необходимо, ее часть превращается в лишний вес.

Так как же калории связаны с энергией или температурой? Калории – это единицы энергии. По определению калория – мера того, сколько энергии нужно, чтобы подогреть 1 грамм воды на 1 °C. Цифры на продуктовых этикетках – это килокалории (ккал). Это энергия, необходимая для нагрева 1 килограмма воды на 1 °C. На самом деле самый точный способ определить калорийность еды – просто сжечь ее, использовав полученную энергию на подогрев воды! Устройство под названием «калориметрическая бомба» представляет собой две соединенные камеры: одна – с горящим объектом, а вторая – с нагреваемой водой. Измеряя изменение температуры воды, мы можем определить, сколько энергии выделила сгоревшая еда.

Давайте копнем поглубже. Откуда берется энергия килокалории? Вы угадали: из молекул еды. Когда мы сжигаем некий продукт, мы разрушаем связи молекул на составляющие их атомы. Эти атомы затем заново образуют очень стабильные вещества: обычно воду и углекислый газ (двуокись углерода). После этого процесса остается лишняя энергия, и именно эта энергия идет на то, чтобы заставить молекулы двигаться больше, – то есть она высвобождается в виде теплоты. Расщепляя пищу, наш организм делает нечто очень похожее, хотя, конечно, в желудке мы не доводим ее до кипения. Это происходит благодаря работе молекул, называемых ферментами, о которых мы еще будем говорить.

Фазовые превращения

Фазовые превращения постоянно происходят вокруг нас: вода кипит при 100 °C, превращаясь из жидкости в газ. Когда температура опускается ниже 0 °C, вода замерзает, превращаясь из жидкости в твердое вещество. Эти превращения – основа кулинарии, поскольку самый распространенный компонент продуктов – вода. Говоря более общо, температура, при которой происходит фазовое превращение, зависит от материала. Другие жидкости, с виду похожие на воду, ведут себя иначе. Этанол – активное вещество алкогольных напитков – превращается из жидкости в газ при гораздо более низкой температуре, около 78 °C. Так что, если вы нагреваете вино на плите, этанол выкипает первым, уменьшая содержание спирта, а сохраняется только букет. (Вот почему вы не пьянеете от вина, которое добавляете в кипящий соус.) Однако фазовые превращения в кулинарии гораздо богаче и разнообразнее, чем превращения простых ингредиентов. Рассмотрим, например, что происходит с яйцом.

Сначала, внутри только что снесенного курицей яйца, жидкость окружена твердой скорлупой. Когда вы кладете яйцо в морозильник, жидкость превращается в твердое вещество, как это происходит и с водой. Когда воду нагревают, она превращается в газ. А вот когда мы нагреваем яйцо, происходит нечто совсем другое: оно превращается в твердое вещество. Более того, после того как яйцо нагрели и, следовательно, «приготовили», обратный процесс невозможен. Возьмите сваренное вкрутую яйцо и оставьте на столе при той же температуре, с которой начали, – и оно останется твердым навсегда. А вот замороженное яйцо, как и лед, наоборот, легко превращается обратно в жидкое, как только температура поднимется. Как такое возможно? Почему фазовое превращение яйца, которое в основном состоит из воды, может так сильно отличаться от фазового превращения самой воды? Как мы увидим, причина в особых молекулах у него внутри.

РИСУНОК 1

Если мы задумаемся о разнообразных превращениях, с которыми сталкиваемся при готовке, то убедимся, что все они происходит в относительно небольшом диапазоне температур – между –20 °C и примерно 190 °C. Мы храним ингредиенты и остатки еды в холодильнике или морозильнике, потому что при температуре ниже 4 °C микробы размножаются гораздо медленнее или не размножаются вообще. Мы подвергаем пищу тепловой обработке и для того, чтобы убить вредные микробы и чтобы денатурировать или расщепить белки, в результате чего ингредиенты приобретают новую текстуру, обычно становясь тверже: все это происходит в диапазоне между 50 °C и 75 °C.

Когда мы готовим блюда из смесей ингредиентов, температура превращений обычно изменяется, хотя все равно остается в том же узком диапазоне. Вся система может иметь температуру перехода, отличную от температур перехода ее компонентов. Это связано с тем, что фазовые переходы часто зависят от сложных взаимодействий атомов и молекул. Посмотрите на температуры, указанные для воды и яйца. Яйцо в основном состоит из воды, однако критическое превращение от жидкого желтка к твердому происходит примерно при 64 °C. Это связано с коагуляцией белка, который начинает разворачиваться при этой температуре.

В качестве еще одного примера вспомним рецепт печенья из главы 1. Вы получили тесто: вкусную мягкую массу, очень далекую от готового печенья. Удивительное дело: когда тесто нагревается, сырые ингредиенты меняются до неузнаваемости. Как бы вам ни нравилось сырое тесто, вы должны признать, что испеченное печенье – совершенно другая субстанция. Печенье не течет, как жидкость, и цвет у него иной. Текстура изменилась, и теперь в нем масса пузырьков воздуха. Как это произошло? Такие разительные изменения можно наблюдать повсеместно при готовке.

Чтобы разобраться в том, как именно нагрев изменяет еду, давайте рассмотрим основные пищевые компоненты и их реакцию на нагрев. Их поведение и определяет то, что происходит с едой в целом.

Вода

Очень соблазнительно считать воду просто наполнителем для всех остальных питательных и аппетитных компонентов пищи: белков,