Fizika v kuhinji

Slučajno sem naletela na seminarsko nalogo, ki (v laikom prijazni obliki) razlaga nekatere fizikalne lastnosti in pojave, ki se pojavljajo ob kuhanji in pečenju. Prilepila bom nekatere dele, ki so se mi zdeli najzanimivejši, sicer pa si celotno nalogo (+ slike) lahko preberete na spletu, tako da v Google vtipkate 'fizika v kuhinji' in kliknite na prvi zadetek v obliki [doc].

3.1. Segrevanje v mikrovalovni pečici

Najbolj revolucionaren od novih načinov kuhanja je mikrovalovna pečica, ki uporablja napravo, imenovano magnetron. Ta ustvari vrsto elektromagnetskega sevanja, imenovanega mikrovalovi. V magnetronu elektrone oddaja segreta nitka. Ta ustvari oblak, ki kroži zaradi magetnega polja. Ko gredo elektroni mimo kril v anodnem bloku, povzročajo hitro spremenljive pozitivne in negativne naboje in ustvarjajo elektromagnetno polje, ki niha pri mikrovalovni frekvenci 2450 MHz (kar ustreza približno 12 cm valovne dolžine) v prostoru med krili. Zaradi tega polja antena oddaja mikrovalove skozi kovinsko vodilo valov v pečico, kjer jih razpršijo vrteče se lopatice. Nekateri mikrovalovi si utrejo pot neposredno skozi hrano, nekateri pa se odbijajo od sten, tako de se hrana enakomerno skuha.

Slika 4: Elektromagnetski spekter

Snovi, ki vsebujejo vodo, na primer hrana, tekočine ali tkiva, z lahkoto absorbirajo mikrovalovno energijo. Mikrovalovna pečica ssevanjem mikrovalov povzroči, da se molekule vode, maščob in sladkorjev začnejo vrteti. Za primer vzemimo vodo. Molekula vode je sestavljena iz dveh pozitivno nabitih vodikov in negativno nabitega kisika. Ti atomi sestavljajo tako imenovani električni dipol. Ko vodi dovedemo elektromagnetno valovanje (katerega del so mikrovalovi), povzročimo spremembo električnega polja v okolici molekule. Njen dipol se obrne v smer električnega polja. Zaradi vsiljenega vrtenja se molekulam poviša kinetična energija. Molekule ustvarijo rotirajoče gibanje in pri tem udarjajo ob druge, kar se pretvarja v toploto.

Večkrat je segrevanje vode opisano kot resonanca vrtečih molekul, kar pa je nepravilno. Do resonance pride le pri vodni pari pri višjih frekvencah kot je 20 kHz.

Napačno je razmišljanje, da mikrovalovna pečica greje od znotraj navzven. V resnici je to odvisno tako od sestave hrane, ki jo grejemo, kot tudi od frekvence. Valovi nižjih frekvenc bolje prodirajo v notranjost jedi. Prav tako kot pri ostalih načinih gretja, tudi mikrovalovi prodirajo od zunaj.

3.2. Varnost živil

V mikrovalovni pečici je hitrost segrevanja odvisna od moči pečice in vsebnosti vode ter gostote in količine hrane, ki jo segrevamo. Mikrovalovna energija ne prodira dobro v debelejše kose hrane, kar lahko povzroči neenakomerno segrevanje oz. kuhanje. Deli živila, ki niso dovolj segreti, lahko po kuhanju še vedno vsebujejo potencialno nevarne mikroorganizme, kar predstavlja tveganje za zdravje (možnost okužb in zastrupitev s hrano). Zato naj živilo, po zaključenem kuhanju v mikrovalovni pečici, več minut počiva, da bi se toplota v hrani  enakomerno porazdelila.

3.3. Mikrovalovna varnost

Telo lahko absorbira mikrovalovno energijo, kar povzroči segrevanje izpostavljenih tkiv. Večjemu tveganju za toplotno poškodbo so izpostavljeni organi z manjšo prekrvitvijo in uravnavanjem temperature, kot je  npr. oko, ali na temperaturo občutljiva tkiva, kot so testisi. Vendar se toplotne poškodbe tkiv lahko pojavijo le pri daljši izpostavljenosti zelo visokim stopnjam mikrovalovne energije, ki precej presegajo tiste, izmerjene okrog mikrovalovne pečice.

3.4. Toplotna varnost

Segrevanje hrane v mikrovalovni pečici imanekaj posebnosti.Ena od teh posebnosti je prekomerno segrevanje tekočin, kar pomeni, da tekočine dosežejo temperature, ki so nekaj stopinj Celzija višje od njihovega normalnega vrelišča, ne da bi pri tem dejansko vrele. V mikrovalovni pečici lahko ne bo prisotnih mehurčkov na steni posode, vendar bo voda kljub temu prekomerno segreta. Proces vretja pa se lahko eksplozivno sproži z zunanjimi ali notranjimi dejavniki, npr.: prisotnost enega mehurčka v tekočini ali vnos nekega predmeta v segreto vsebino (npr. žlice). Opisane so že hude opekline s prekomerno segretimi tekočinami v mikrovalovni pečici.

Druga posebnost kuhanja v mikrovalovni pečici je povezana s toplotnimi odgovori določenih živil. Nekatera živila z ne porozno površino (npr. hotdog) ali s sestavinami, ki se ne segrevajo vzporedno (npr. rumenjak in beljak pri jajcih), se segrevajo neenakomerno in lahko eksplodirajo. To se lahko zgodi pri kuhanju celih jajc ali neolupljenega kostanja.

Life is war against boredom~

Temo je spremenil(a) MiriBon dne 9. maj 2014 14:33

9. maj 2014 14:24

5.1.    Stepanje beljaka

5.1. Nastanek beljakovega snega

Pri peki peciva pogosto uporabimo sneg, stepen jajčni beljak, ki ga ponavadi stepemo z metlico. Metlica povzroči gibanje tekočine in s tem strižne sile, ki povzročijo porušenje strukture proteinov, kar imenujemo denaturacija. Na strukturo proteinov pa vpliva tudi zrak, ki ga v vodno raztopino proteinov (beljak) dovajamo med stepanjem. Vsiljen zrak povzroči odvijanje proteinskih molekul na enak način kot segrevanje. Da razumemo zakaj zrak povzroči odvijanje proteinov, pa moramo poznati preprosto dejstvo o aminokislinah, ki gradijo te proteine. Nekatere aminokisline so hidrofilne, kar pomeni, da so »vodoljubne« in so polarne, spet druge pa vode ne marajo in so hidrofobne-nepolarne. Proteini vsebujejo tako hidrofilne kot tudi hidrofobne aminokisline. V beljaku so zviti tako, da so na površju hidrofilne aminokisline, v notranjosti proteina pa hidrofobne. Ko pride tak protein v stik z zračnim mehurčkom, se del proteina razvije tako, da so na površini, ki je v stiku z zrakom hidrofobne aminokisline. Del proteina, ki je še vedno v stiku z vodo, pa ima na površini ohranjene hidrofilne aminokisline. Denaturirani proteini se med seboj povežejo v mrežo, ki zadrži zračne mehurčke na svojem mestu. Pri peki peciva stepen jajčni beljak med peko močno segrejemo. Ko se zrak znotraj mehurčkov segreva, se razširi in mehurčki močno narastejo. Pod vplivom toplote se mreža, ki drži mehurčke strdi in ohrani svojo strukturo tudi, ko mehurčki počijo. Denaturacija je torej sprememba v strukturi biomolekul, kot so nukleinske kisline in proteini, ki je običajno posledica delovanja toplote, kislin, baz, detergentov ali pa točno določenih kemikalij.

5.2. Bakrena posoda

Bakrene posode so za stepanje beljaka v Franciji uporabljali že v 18. stoletju. Baker v posodi pomaga ustvariti bolj trdno vez med funkcionalnimi skupinami, ki vsebujejo žveplo. Ustvarjene vezi so tako močne, da žveplo ne more vstopati v nadaljnje reakcije. Podoben učinek dosežemo tudi, če uporabimo srebrno posodo, ali pa v stekleno posodo dodamo ščepec dodatkov, ki vsebujejo baker. Vsebnost srebra v beljakovem snegu je minimalna. Skodelica le-tega vsebuje približno desetino normalne dnevne zaužitve srebra.

5.3. Dodajanje kisline

Namesto bakrene posode lahko uporabimo tudi vinski kamen, ki je sol vinske kisline, KHC4H4O6. Uporablja se za znižanje pH jajčnega beljaka v kislo območje s povečanjem koncentracije prostih vodikovih ionov v beljaku. S tem povečamo obstojnost stepenega beljaka. 1/8 čajne žličke vinskega kamna, oziroma 0.5 g vinskega kamna zadostuje za en beljak. Podoben učinek dosežemo tudi z uporabo polovico čajne žličke, oz. 2 ml limoninega soka.

---

Itak pa lahko vsak doda še kakšno zanimivost, ki spada v to področje~

Life is war against boredom~

9. maj 2014 14:38

Če se hočeš iti zabavno, a resno znanost v kuhinji - daj skozi tole.

Obilo zabave!

9. maj 2014 15:23

:o

To je pa že molekularna gastronomija. Thanks!

9. maj 2014 17:12

Tudi drugi naslov s tvojega linka, MiriBon, se splača odpreti!

lp

9. maj 2014 18:37

Da se razumemo, tečaj lahko gledate zastonj (registriraš se  in klikneš Audit Course) in potem seveda po svojih močeh delate naloge (za začetek kalibrirate pečico....).