هذا مقتطف حصري من كتاب ج. كينجي لوبيز ألت،مختبر الغذاء: طهي أفضل في المنزل من خلال العلم، استكشاف رائع لعالم علوم الأغذية وكيف يمكن أن يجعل الطهي المنزلي اليومي أسهل وألذ. مقتطف بإذن ومتاح أينما تباع الكتب من WW Norton.
ما هو الطبخ؟
أعلم أنك متحمس للبدء في الطهي على الفور، ولكن أجب أولاً على هذا السؤال: ما هو الطبخ؟
إذا كنت زوجتي، فإن إجابتك ستكون: "إنه ذلك الشيء الذي تفعله عندما تظهر تلك النظرة المجنونة في عينيك". قد يخبرك أحد الطهاة العظماء أن الطبخ هو الحياة. ربما تقول والدتي إنه عمل روتيني، في حين ستخبرك عمة زوجتي أن الطبخ هو الثقافة والأسرة والتقاليد والحب. نعم، الطبخ هو كل هذه الأشياء، ولكن إليك طريقة أكثر تقنية للتفكير في الأمر: الطبخ هو نقل الطاقة. إنه يتعلق بتطبيق الحرارة لتغيير بنية الجزيئات. إنه يتعلق بتشجيع التفاعلات الكيميائية لتغيير النكهات والملمس. إنه يتعلق بجعل الأشياء اللذيذة تحدث بالعلم. وقبل أن نبدأ حتى في فهم ما يحدث عندما نشوي الهامبرجر، أو حتى المعدات التي قد نرغب في تخزينها في مطبخنا، يتعين علينا أولاً أن نضع مفهومًا مهمًا للغاية في أذهاننا، لأنه سيؤثر على كل ما نقوم به في المطبخ، بدءًا بالأواني والمقالي التي نستخدمها. إنه هذا:الحرارة ودرجة الحرارة ليسا نفس الشيء.
في أبسط صوره، فإن الطهي هو نقل الطاقة من مصدر حراري إلى طعامك. تتسبب هذه الطاقة في حدوث تغييرات فيزيائية في شكل البروتينات والدهون والكربوهيدرات، فضلاً عن تسريع معدل حدوث التفاعلات الكيميائية. والأمر المثير للاهتمام هو أن هذه التغييرات الفيزيائية والكيميائية تكون دائمة في معظم الأحيان. بمجرد تغيير شكل البروتين بإضافة الطاقة إليه، لا يمكنك تغييره مرة أخرى عن طريق إزالة هذه الطاقة لاحقًا. بعبارة أخرى، لا يمكنك إعادة طهي شريحة لحم.
قد يكون التمييز بين الحرارة ودرجة الحرارة من أكثر الأمور إرباكًا في المطبخ، لكن فهم المفهوم ضروري لمساعدتك على أن تصبح طاهيًا أكثر عقلانية. من خلال الخبرة، نعلم أن درجة الحرارة مقياس غريب. أعني، لقد تجولنا جميعًا تقريبًا في شورت مريح في طقس تبلغ درجة حرارته 60 درجة، لكننا شعرنا بالبرودة السخيفة للقفز في بحيرة تبلغ درجة حرارتها 60 درجة، أليس كذلك؟ لماذا يجعلنا أحدهما وليس الآخر نشعر بالبرد، على الرغم من أن درجة الحرارة هي نفسها؟ دعني أحاول أن أشرح.
حرارةإن الطاقة هي كل شيء. تخبرنا فيزياء الصف الثالث أن كل شيء من الهواء المحيط بنا إلى المعدن على جوانب الفرن يتكون من جزيئات: أشياء صغيرة للغاية تهتز بسرعة أو، في حالة السوائل والغازات، ترتد بسرعة بطريقة عشوائية. وكلما أضيفت طاقة أكبر إلى نظام معين من الجزيئات، زادت سرعة اهتزازها أو ارتدادها، وزادت سرعة نقل هذه الحركة إلى أي شيء تلمسه - سواء كانت الجزيئات المهتزة في مقلاة معدنية تنقل الطاقة إلى شريحة لحم ضلعية طرية تتصاعد منها الأزيز أو جزيئات الهواء المرتدة داخل الفرن تنقل الطاقة إلى رغيف الخبز المقرمش الذي يُخبز.
يمكن نقل الحرارة من نظام إلى آخر، وعادة من النظام الأكثر نشاطًا (الأكثر سخونة) إلى النظام الأقل نشاطًا (الأكثر برودة). لذا عندما تضع شريحة لحم في مقلاة ساخنة لطهيها، فإن ما تفعله في الواقع هو نقل الطاقة من نظام موقد المقلاة إلى نظام شريحة اللحم. يذهب جزء من هذه الطاقة المضافة إلى رفع درجة حرارة شريحة اللحم، ولكن الكثير منها يستخدم في تفاعلات أخرى: يتطلب الأمر طاقة لتبخر الرطوبة، والتفاعلات الكيميائية التي تحدث والتي تسبب التسمير تتطلب طاقة، وما إلى ذلك.
درجة حرارةهو نظام قياس يسمح لنا بقياس كمية الطاقة الموجودة في نظام معين. لا تعتمد درجة حرارة النظام على الكمية الإجمالية للطاقة الموجودة في ذلك الجسم فحسب، بل تعتمد أيضًا على عدد من الخصائص الأخرى: الكثافة والسعة الحرارية النوعية.
كثافةهي مقياس لعدد جزيئات المادة الموجودة في مقدار معين من الفراغ. وكلما زادت كثافة الوسط، زادت الطاقة التي يحتويها عند درجة حرارة معينة. وكقاعدة عامة، تكون المعادن أكثر كثافة من السوائل*، والتي بدورها تكون أكثر كثافة من الهواء. لذا فإن المعادن عند درجة حرارة 60 درجة فهرنهايت، على سبيل المثال، ستحتوي على طاقة أكبر من السوائل عند درجة حرارة 60 درجة فهرنهايت، والتي ستحتوي بدورها على طاقة أكبر من الهواء عند درجة حرارة 60 درجة فهرنهايت.
*حسنًا، أيها السيد الذكي. نعم، عند درجات حرارة عالية بما يكفي، تذوب المعادن وتتحول إلى سوائل كثيفة للغاية، ونعم، أيها السيد الذكي، الزئبق معدن كثيف للغاية ويظل سائلاً حتى في درجة حرارة الغرفة. هل فهمت ذلك؟ حسنًا، دعنا ننتقل إلى الموضوع التالي.
السعة الحرارية النوعيةهي كمية الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة كمية معينة من مادة ما إلى درجة حرارة معينة. على سبيل المثال، يتطلب الأمر سعرة حرارية واحدة بالضبط من الطاقة (نعم، السعرات الحرارية هي طاقة!) لرفع درجة حرارة جرام واحد من الماء بمقدار درجة مئوية واحدة. ولأن السعة الحرارية النوعية للماء أعلى من السعة الحرارية للحديد، وأقل من السعة الحرارية للهواء، فإن نفس الكمية من الطاقة سترفع درجة حرارة جرام واحد من الحديد بنحو 10 أضعاف وجرام واحد من الهواء بمقدار النصف فقط. وكلما زادت السعة الحرارية النوعية لمادة معينة، زادت الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة تلك المادة بنفس العدد من الدرجات.
وعلى العكس من ذلك، فإن هذا يعني أنه إذا كان الماء بنفس الكتلة ودرجة الحرارة، فسوف يحتوي على حوالي 10 أضعاف الطاقة الموجودة في الحديد وحوالي نصف كمية الهواء. ليس هذا فحسب، بل تذكر أن الهواء أقل كثافة بكثير من الماء، مما يعني أن كمية الطاقة الحرارية الموجودة في حجم معين من الهواء عند درجة حرارة معينة لن تكون سوى جزء صغير من كمية الطاقة الموجودة في نفس الحجم من الماء عند نفس درجة الحرارة. هذا هو السبب في أنك ستصاب بحروق شديدة إذا وضعت يدك في وعاء من الماء المغلي عند درجة حرارة 212 درجة فهرنهايت، ولكن يمكنك وضع ذراعك في فرن بدرجة حرارة 212 درجة فهرنهايت دون تفكير ثانٍ (انظر"التجربة: درجة الحرارة مقابل الطاقة في العمل" أدناه).
هل تشعر بالارتباك؟ دعنا نحاول إجراء تشبيه.
تخيل أن الجسم الذي يتم تسخينه هو حظيرة دجاج تؤوي اثني عشر دجاجة غير منضبطة. يمكن قياس درجة حرارة هذا النظام من خلال مراقبة سرعة كل دجاجة على حدة. في يوم عادي، قد تمشي الدجاجات بشكل عرضي، وتنقر، وتخدش، وتتبرز، وتفعل بشكل عام أي شيء يفعله الدجاج. الآن دعنا نضيف القليل من الطاقة إلى المعادلة عن طريق خلط علبتين من ريد بول مع العلف. بعد تنشيطها بشكل صحيح، تبدأ الدجاجات في الجري بسرعة مضاعفة. نظرًا لأن كل دجاجة على حدة تجري بسرعة أكبر، فقد ارتفعت درجة حرارة النظام، كما ارتفعت كمية الطاقة الإجمالية فيه.
الآن لنفترض أن لدينا حظيرة أخرى بنفس الحجم ولكن بعدد مضاعف من الدجاج، مما يعطيها كثافة مضاعفة. نظرًا لوجود ضعف عدد الدجاج، فسوف يتطلب الأمر ضعف كمية ريد بول لجعلها جميعًا تجري بوتيرة متسارعة. ومع ذلك، على الرغم من أن درجة الحرارة النهائية ستكون هي نفسها (كل دجاجة تجري بنفس المعدل النهائي مثل الأولى)، فإن إجمالي كمية الطاقة داخل الحظيرة الثانية ضعف الأولى. لذا، فإن الطاقة ودرجة الحرارة ليسا نفس الشيء.
والآن ماذا لو قمنا بإنشاء حظيرة ثالثة، هذه المرة مع اثني عشر ديكًا روميًا بدلاً من الدجاج؟ الديك الرومي أكبر كثيرًا من الدجاج، وسوف يتطلب الأمر ضعف كمية ريد بول لجعل ديك رومي يركض بنفس سرعة الدجاج. لذا فإن السعة الحرارية النوعية لحظيرة الديك الرومي أكبر بمرتين من السعة الحرارية النوعية لحظيرة الدجاج الأولى. وهذا يعني أنه إذا كانت هناك اثني عشر دجاجة تركض بسرعة معينة واثني عشر ديكًا روميًا يركض بنفس السرعة، فإن الديك الرومي سيكون لديه ضعف الطاقة التي لدى الدجاج.
لتلخيص:
- عند درجة حرارة معينة، تحتوي المواد الأكثر كثافة على طاقة أكبر بشكل عام، وبالتالي فإن المقالي الثقيلة ستطهو الطعام بشكل أسرع. (على العكس من ذلك، يتطلب الأمر طاقة أكبر لرفع المواد الأكثر كثافة إلى درجة حرارة معينة.)
- عند درجة حرارة معينة، ستحتوي المواد ذات السعة الحرارية النوعية الأعلى على المزيد من الطاقة. (وعلى العكس من ذلك، كلما زادت السعة الحرارية النوعية للمادة، كلما زادت الطاقة اللازمة لإيصالها إلى درجة حرارة معينة.)
في هذا الكتاب، تتطلب أغلب الوصفات طهي الأطعمة بدرجات حرارة محددة. وذلك لأن درجة الحرارة التي يتم رفعها إليها في أغلب الأطعمة هي العامل الأساسي الذي يحدد بنيتها وملمسها النهائيين. وتتضمن بعض درجات الحرارة الرئيسية التي تظهر مرارًا وتكرارًا ما يلي:
- 32 درجة فهرنهايت (0 درجة مئوية): نقطة تجمد الماء (أو نقطة ذوبان الجليد).
- 130 درجة فهرنهايت (52 درجة مئوية): شريحة لحم متوسطة النضج. وهي أيضًا درجة الحرارة التي تبدأ عندها معظم البكتيريا في الموت، على الرغم من أن تعقيم الطعام بأمان عند هذه الدرجة من الحرارة قد يستغرق أكثر من ساعتين.
- 150 درجة فهرنهايت (64 درجة مئوية): شريحة لحم متوسطة الحجم. تبدأ صفار البيض في التصلب، ويصبح بياض البيض معتمًا ولكنه لا يزال يشبه الهلام. تتماسك بروتينات الأسماك إلى الحد الذي يُجبر فيه الألبومين الأبيض على الخروج، مما يمنح الأسماك مثل السلمون طبقة غير جذابة من البروتينات المتجمدة. بعد حوالي 3 دقائق عند هذه الدرجة من الحرارة، تخضع البكتيريا لانخفاض قدره 7 لوغاريتم - مما يعني أن بكتيريا واحدة فقط ستبقى لكل مليون كانت موجودة في البداية.
- 160° إلى 180° فهرنهايت (71° إلى 82° مئوية): شريحة لحم مطبوخة جيدًا. تتخثر بروتينات البيض تمامًا (هذه هي درجة الحرارة التي يتم عندها طهي معظم أنواع الكاسترد أو العجين الذي يعتمد على البيض حتى تتماسك تمامًا). تتعرض البكتيريا لانخفاض قدره 7 لوغاريتم في غضون ثانية واحدة.
- 212 درجة فهرنهايت (100 درجة مئوية): نقطة غليان الماء (أو نقطة تكثيف البخار).
- 300 درجة فهرنهايت (153 درجة مئوية) وما فوق: درجة الحرارة التي تبدأ عندها تفاعلات التسمير التي تنتج قشورًا بنية عميقة ولذيذة على شرائح اللحم أو أرغفة الخبز بالحدوث بوتيرة سريعة جدًا. وكلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت سرعة حدوث هذه التفاعلات. ونظرًا لأن هذه النطاقات أعلى بكثير من نقطة غليان الماء، فإن القشور ستكون مقرمشة ومجففة.
مصادر الطاقة ونقل الحرارة
الآن بعد أن أصبح لدينا علم دقيق بماهية الطاقة، هناك طبقة ثانية من المعلومات يجب مراعاتها: الوسائل التي يتم بها نقل تلك الطاقة إلى طعامك.
أكلات جادة / ج. كينجي لوبيز-ألت
التوصيلهو النقل المباشر للطاقة من جسم صلب إلى آخر. وهو ما يحدث عندما تحرق يدك عند إمساكك بمقلاة ساخنة (تلميح: لا تفعل ذلك). حيث تصطدم الجزيئات المهتزة من أحد الأسطح بالجزيئات الساكنة نسبيًا على سطح آخر، وبالتالي تنقل طاقتها. وهذه هي الطريقة الأكثر كفاءة لنقل الحرارة. وفيما يلي بعض الأمثلة على نقل الحرارة عن طريق التوصيل:
- تحمير شريحة لحم
- تقشير الجزء السفلي من البيتزا
- طبخ البيض المخفوق
- عمل علامات الشواء على البرجر
- يقلى البصل
أكلات جادة / ج. كينجي لوبيز-ألت
الحمل الحراريهو نقل الطاقة من جسم صلب إلى آخر من خلال وسيط سائل - أي سائل أو غاز. هذه طريقة فعالة إلى حد ما لنقل الحرارة، على الرغم من أن كفاءتها في الطهي تعتمد بشكل كبير على الطريقة التي يتدفق بها السائل حول الطعام. يشار إلى حركة السائل باسمأنماط الحمل الحراري.
كقاعدة عامة، كلما زادت سرعة الهواء على سطح معين، زادت الطاقة التي يمكنه نقلها. سيتخلى الهواء الساكن عن طاقته بسرعة، ولكن مع الهواء المتحرك، يتم تجديد إمداد الطاقة باستمرار من خلال دوران الهواء الجديد فوق مادة مثل الطعام. على سبيل المثال، تحتوي أفران الحمل الحراري على مراوح مصممة للحفاظ على تحرك الهواء بالداخل بسرعة جيدة لتعزيز الطهي بشكل أسرع وأكثر توازناً. وبالمثل، فإن تحريك الزيت أثناء القلي العميق يمكن أن يؤدي إلى جعل الأطعمة مقرمشة وبنية اللون بشكل أكثر كفاءة.
وفيما يلي بعض الأمثلة على انتقال الحرارة عن طريق الحمل الحراري:
- سيقان الهليون المطهوة على البخار
- زلابية مسلوقة في المخزون
- قلي حلقات البصل
- شواء كتف الخنزير
- أعلى البيتزا المخبوزة في الفرن
أكلات جادة / ج. كينجي لوبيز-ألت
إشعاعإن الطاقة الشمسية هي عبارة عن انتقال الطاقة عبر الفضاء عن طريق الموجات الكهرومغناطيسية. لا تقلق، فهذا ليس مخيفًا كما يبدو. ولا يتطلب الأمر أي وسط لنقله. إنها الحرارة التي تشعر بها عندما تجلس بالقرب من النار أو تضع يدك فوق مقلاة ساخنة مسبقًا. تنتقل طاقة الشمس إلى الأرض عبر فراغ الفضاء. وبدون الإشعاع، سيكون كوكبنا (والكون أيضًا) في ورطة كبيرة!
من الحقائق المهمة التي يجب تذكرها عن الطاقة المشعة أنها تتلاشى (أي تضعف) وفقًا لقانون التربيع العكسي - الطاقة التي تصل إلى جسم من مصدر طاقة مشعة تتناسب مع معكوس مربع المسافة. على سبيل المثال، حاول أن تضع يدك على مسافة قدم واحدة من النار، ثم حركها بعيدًا عنها بمقدار قدمين. على الرغم من أنك ضاعفت المسافة فقط، فإن النار ستشعر بربع حرارتها فقط.
وفيما يلي بعض الأمثلة على انتقال الحرارة الإشعاعية:
- شواء الخنزير على سيخ بجانب الفحم الساخن
- تحميص خبز الثوم تحت الشواية
- الحصول على سمرة من الشمس
- شواء بعض سمك السلمون المتبل
في أغلب الأحيان، تُستخدم الطرق الثلاث لنقل الحرارة في الطهي بدرجات متفاوتة. خذ برجرًا على الشواية، على سبيل المثال. تسخن شبكة الشواية البرجر مباشرةً حيث يكون على اتصال به من خلال التوصيل، مما يؤدي إلى تحميره بسرعة في تلك البقع. يتم طهي بقية الجانب السفلي من البرجر من خلال الإشعاع من الفحم الموجود أسفله. ضع قطعة من الجبن على البرجر وافتح الغطاء قليلاً، وستتشكل تيارات الحمل الحراري، التي تحمل الهواء الساخن من أعلى الفحم مباشرة إلى أعلى البرجر، مما يؤدي إلى ذوبان الجبن.
أكلات جادة / ج. كينجي لوبيز-ألت
قد تلاحظ أن هذه الأنواع الثلاثة من الحرارة تنقل الحرارة فقط إلى سطح الأطعمة. ولكي ينضج الطعام حتى يصل إلى المركز، يجب أن تنقل الطبقة الخارجية حرارتها إلى الطبقة التالية، وهكذا، حتى يبدأ مركز الطعام في التسخين. وبسبب ذلك، فإن الجزء الخارجي من معظم الأطعمة المطبوخة يكون دائمًا أفضل نضجًا من المركز (هناك حيل لتقليل التدرج، والتي سنتناولها في الوقت المناسب).
الموجات الدقيقة هي الطريقة الوحيدة الأخرى لنقل الطاقة التي نستخدمها عادة في المطبخ، ولديها القدرة الفريدة على اختراق الجزء الخارجي من الطعام عند تسخينه. تمامًا مثل الضوء أو الحرارة، تعد الموجات الدقيقة شكلاً من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي. عندما يتم توجيه الموجات الدقيقة إلى جسم به جزيئات مشحونة مغناطيسيًا (مثل الماء في قطعة من الطعام)، تنقلب هذه الجزيئات بسرعة ذهابًا وإيابًا، مما يخلق احتكاكًا، مما يؤدي بدوره إلى توليد الحرارة. يمكن للموجات الدقيقة أن تمر عبر معظم الأجسام الصلبة إلى عمق لا يقل عن بضعة سنتيمترات أو نحو ذلك. هذا هو السبب في أن الموجات الدقيقة هي طريقة سريعة بشكل خاص لتسخين الأطعمة - لست بحاجة إلى انتظار النقل البطيء نسبيًا للطاقة من الخارج إلى المركز.
أوه! لقد انتهى درس العلوم، أليس كذلك؟ تحملني. الأمور على وشك أن تصبح أكثر متعة!
التجربة: درجة الحرارة مقابل الطاقة في العمل
إن الفارق بين تعريف درجة الحرارة وتعريف الطاقة ضئيل للغاية ولكنه بالغ الأهمية. ستوضح هذه التجربة كيف يمكن لفهم الفارق أن يساعد في تشكيل طريقة طهيك.
مواد
- 1 فرن معاير بشكل صحيح
- 1 شخص قادر على الحركة مع جهاز حسي خارجي يعمل بكامل طاقته
- وعاء أو قدر سعة 3 لتر مملوء بالماء
- 1 مقياس حرارة دقيق للقراءة الفورية
إجراء
قم بتشغيل الفرن على درجة حرارة 200 درجة فهرنهايت واتركه يسخن مسبقًا. الآن افتح باب الفرن، وأدخل يدك داخله، واحتفظ بها في الفرن حتى تصبح ساخنة جدًا بحيث لا يمكنك تحملها. ربما يستطيع شخص قوي مثلك تركها هناك لمدة 15 ثانية على الأقل، أليس كذلك؟ 30 ثانية؟ إلى أجل غير مسمى؟
الآن ضع وعاءً من الماء البارد على الموقد وأدخل يدك فيه. أشعل الموقد على نار متوسطة إلى عالية واترك الماء يسخن. قلّبه بيدك أثناء تسخينه، لكن احرص على عدم لمس قاع الوعاء (سيسخن قاع الوعاء أسرع بكثير من الماء). أبق يدك هناك حتى يصبح ساخنًا جدًا بحيث لا يمكنك تحمله، ثم أزل يدك وقِس درجة الحرارة.
نتائج
يستطيع معظم الناس وضع أيديهم في فرن بدرجة حرارة 200 درجة فهرنهايت لمدة 30 ثانية على الأقل قبل أن تصبح ساخنة بشكل مزعج. ولكن إذا ارتفعت درجة الحرارة إلى أكثر من 135 درجة فهرنهايت، فإن وعاء الماء يصبح مؤلمًا عند لمسه. فالماء عند درجة حرارة 180 درجة فهرنهايت ساخن بما يكفي لإحداث حروق، والماء عند درجة حرارة 212 درجة فهرنهايت (مغلي) سوف يتسبب في ظهور بثور وندوب إذا غمرت يدك فيه. لماذا يحدث هذا؟
الماء أكثر كثافة من الهواء بكثير - هناك أضعاف الجزيئات في كوب من الماء مما هو موجود في كوب من الهواء. لذلك، على الرغم من حقيقة أن الماء عند درجة حرارة أقل من الهواء في الفرن، فإن الماء الساخن يحتوي على طاقة أكبر بكثير من الهواء الساخن وبالتالي يسخن يدك بسرعة أكبر. في الواقع، يحتوي الماء المغلي على طاقة أكبر من الهواء في الفرن عند درجة حرارة تحميص عادية، على سبيل المثال 350 درجة إلى 400 درجة فهرنهايت. في الممارسة العملية، هذا يعني أن الأطعمة المسلوقة تنضج بشكل أسرع من الأطعمة المخبوزة أو المشوية. وبالمثل، فإن الأطعمة المخبوزة في بيئة رطبة تنضج بشكل أسرع من تلك الموجودة في بيئة جافة، لأن الهواء الرطب أكثر كثافة من الهواء الجاف.
