Wirklich grundlegende Frage, die mich nervt ...

Mathematisch gesehen sollten 200 Grad Hitze für 10 Minuten mit 400 Grad Hitze für 5 Minuten identisch sein, aber das ist nicht der Fall, oder?

Was ist der Unterschied, wenn ich 5 Minuten bei 450 vs. 350 koche, anstatt 3 Minuten oder 7 Minuten bei 350?

Welches "Zifferblatt" (Zeit / Temperatur) verändert das Ergebnis auf welche Weise? Warum ist das?

Ein grundlegender Fehler bei dieser Frage: 400 Grad sind nicht doppelt so heiß wie 200 Grad. Die Temperatur ist ein Maß für die kinetische Energie der beteiligten Partikel. Die einzige Skala, auf der Sie die Art von Verhältnis erstellen können, die Sie sich vorstellen, ist Kelvin - Sie müssen vom absoluten Nullpunkt aus messen.

400 F = 477.59 K
200 F = 366.48 K

Die kinetische Energie der Luft im Ofen ist also nur etwa 477/366 = 1,3-mal so hoch wie bei 200 Grad Celsius. In einfachen Fällen, wie lange es dauert, eine Pfanne Wasser zu verdampfen, ist dies wahrscheinlich das 1,3-fache Ganz in der Nähe von rechts, aber wie bereits erwähnt, gibt es eine ganze Reihe weiterer Variablen, die mit echtem Essen ins Spiel kommen.

So ...

Backzeitvariationen für ein Rezept, das 400 Grad für 30 Minuten erfordert, umgerechnet auf eine Garzeit von 450 und eine Garzeit von 350:

400 Farenheit = 477,594 Kelvin

477,594 x 30 Minuten = 14327,82 HeatPoints

450 F = 505,372 K

14327,82 HP / 505,372 K = 28,35 oder 28 Minuten 21 Sekunden

Viele "Dinge" passieren beim Kochen eines bestimmten Gerichts. Diese physikalischen und chemischen (auch biologischen) Prozesse erfordern einen bestimmten optimalen Temperatur- (und Feuchtigkeitsbereich) und benötigen eine bestimmte Zeit, um abgeschlossen zu werden.

Wenn Sie zum Beispiel Brot backen, bleibt die Hefe im Teig am Leben, bis die Temperatur hoch genug steigt, um es abzutöten. Es produziert weiterhin Gas, wenn die Hitze beginnt, den Teig abzusetzen. Der Teig sollte so fest werden, wie die Luftblasen für flauschiges Brot am größten sind. Wenn die Gasproduktion einen Höchstwert erreicht, bevor die Temperatur hoch genug ist, können die Blasen zusammenbrechen. Wenn die Temperatur zu schnell ansteigt, geht der Teig zu früh aus.

Wenn ich ein zähes Stück Fleisch habe, kann ich es 12 Stunden lang bei niedriger Temperatur und hoher Feuchtigkeit garen, um es zart zu machen (und vielleicht in einer Schmorflüssigkeit, um das Aroma zu verstärken). Dann kann ich es zwei Minuten lang bei einer sehr hohen Temperatur kochen, um die Oberfläche zu bräunen, ohne die Gesamttemperatur zu erhöhen, so dass das Innere selten bleibt. In der Regel soll beim Trockengaren von Fleisch häufig eine bestimmte Temperatur im Inneren erreicht werden, ohne dass das Äußere zu stark austrocknet. Es ist also ein Gleichgewicht zwischen zwei Extremen. Wenn Sie eine Innentemperatur von 150 ° C wünschen, um Bakterien oder Parasiten abzutöten, können Sie sich vorstellen, 12 Stunden lang zu kochen, bis das ganze Stück diese Temperatur erreicht hat, aber dann verlieren Sie viel Feuchtigkeit. Sie könnten es auf 500 drehen und hoffen, dass sich das Innere schneller erwärmt, aber wenn das Innere fertig ist, Das Fleisch auf der Außenseite wird viel zu heiß und fängt vielleicht sogar an zu schwärzen. Irgendwo dazwischen erledigt man das Innere richtig, während das Äußere nur ein wenig gebräunt und knusprig ist.

Wenn Sie Samen wie Reis oder Bohnen kochen, dauert es eine gewisse Zeit, bis die Samen Wasser absorbiert und weich genug sind, um zu essen, und dies geschieht schneller, wenn die Temperatur hoch ist. Beim Garen in Wasser haben Sie eine maximale Temperaturgrenze am Siedepunkt.

So werden Kochanweisungen durch Versuch und Irrtum (und geschulte Intuition) kalibriert, um zu ermöglichen, dass die verschiedenen chemischen und physikalischen Prozesse unter den Bedingungen ablaufen, die den besten Geschmack und die beste Textur erzeugen.

Zwar besteht ein negativer Zusammenhang zwischen Garzeit und Temperatur: Je höher die Temperatur, desto kürzer die Garzeit. Aber es ist sehr nichtlinear. Selbst wenn Sie die Tatsache berücksichtigen, dass die Temperatur auf einem Verhältnis und nicht auf einer Intervallskala gemessen wird, bei der die reale Null bei 0 Kelvin liegt, hilft dies Ihnen überhaupt nicht.

Innentemperatur

Betrachten Sie zunächst den einfacheren Teil des Prozesses: das Verhältnis zwischen der Innentemperatur des Lebensmittels und dem Gargrad des Lebensmittels. Das Kochen von Speisen mit Wärme wartet auf bestimmte thermodynamische Veränderungen, z. B. wenn es sich um Fleisch handelt, müssen Sie warten, bis die Proteine ​​denaturiert sind. Das bedeutet, dass Sie mit dem eher lockigen Proteinmolekül beginnen. Nachdem es genügend braune Bewegungen erfahren hat, löst es sich ein wenig und verliert einige der schwächeren Bindungen zwischen Atomen.

Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Molekül nach einer konstanten Zeitspanne, z. B. 1 Sekunde, denaturiert, sollte in etwa einer Gaußschen Verteilung folgen, abhängig von der Temperatur des Lebensmittels (höhere Temperatur -> das Molekül schüttelt und bewegt sich stärker und stößt stärker gegen andere Moleküle, wodurch die schwachen ternären und quartären Bindungen brechen):

Gemäß dem zentralen Grenzwertsatz gibt die obige Verteilung aus den Millionen von Molekülen in Ihrem Lebensmittel auch an, wie viel Prozent davon nach einer Sekunde in den gekochten Zustand umgewandelt werden. Dies erklärt , warum, wenn Sie Zuckersirup erhitzen, Sie Karamell bei einer bestimmten Temperatur fast sofort bekommen - Sie die Temperatur erreicht haben , wo über 99% der Moleküle an den karamellisierten Zustand nach einer Sekunde umwandeln - aber wenn man Zucker für ein sehr verlassen lange Zeit bei niedrigeren Temperaturen wird es auch karamellisieren. Dies liegt daran, dass nach genügend Sekunden, in denen ein Molekül von zehntausend pro Sekunde karamellisiert wird, der gesamte Zuckerbrocken karamellisiert wird. Auf der anderen Seite ist Ihre Raumtemperatur so niedrig, dass sich vielleicht nur ein Molekül von einer Milliarde in Zucker verwandelt, der bei Raumtemperatur gelagert wird, und Sie müssen Jahrhunderte warten, bis alles karamellisiert ist. Dies liegt daran, dass Sie sich an einem fast flachen Punkt ganz links von der Kurve befinden.

Zeit und internal food temperaturesind also sehr nichtlinear miteinander verbunden. Sie könnten theoretisch einige Vorhersagen treffen, wenn Sie die mu- und sigma-Parameter der Gaußschen Kurve kennen. Sie ändern sich jedoch mit dem Lebensmittel und dem Vorgang, den Sie ausführen möchten. Die oben dargestellte Denaturierung von Proteinen ist ein solcher Vorgang, die Karamelisierung ein anderer, unterliegt jedoch der gleichen allgemeinen Beziehung. Die meisten von ihnen sind. (Eine Ausnahme wäre das Schmelzen von kristallinen Substanzen wie Kakaobutter, die einen scharf definierten Schmelzpunkt haben).

Die eigentliche Berechnung könnte folgendermaßen aussehen: Bei 56 ° C dauert es 1 Sekunde, bis ein Steak gekocht ist (technisch gesehen, bis mindestens 99% des darauf befindlichen Myosins denaturiert sind). Bei 55 Grad Celsius kann es eine halbe Minute dauern, bei 54 Grad Celsius 3 Minuten, bei 50 Grad Celsius 15 Minuten und so weiter. Ich verwende hier Zufallszahlen, 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 Karamelisierung oder Stärkegelierung gibt. Der Punkt ist, dass es eine Abhängigkeit gibt, aber Sie können sie nicht intuitiv vorhersagen, da sie stark von einer linearen abweicht und die meisten Menschen nur intuitiv lineare Verbindungen vorhersagen können.

Wärmeübertragung

Aber es wird noch komplizierter. Sie können nicht jedes Molekül einzeln erhitzen. Vergessen wir die Mikrowellen für eine Weile, sie helfen dir nicht viel und sie haben sowieso keine Temperatureinstellungen. Was Sie haben, ist eine Wärmequelle, wie ein Herd, ein Ofen oder ein offenes Feuer, und Sie möchten Wärme auf das Essen übertragen. Die Wärme wird über Konvektion, Leitung und Strahlung auf die Oberfläche des Lebensmittels übertragen und breitet sich nach innen aus, hauptsächlich durch Leitung für feste Lebensmittel und eine Kombination aus Konvektion und Leitung für Flüssigkeiten. Wenn Sie also die Oberfläche des Garguts auf 100 Grad Celsius erhitzt haben, ist der Innenraum viel kälter.

Und wie lange dauert es, bis das Innere der Lebensmittel aufgeheizt ist? Nun, dies hängt hauptsächlich von der Geometrie Ihres Lebensmittels und seiner chemischen Zusammensetzung ab. Das erklärt, warum Rezepte, nach denen Sie für eine bestimmte Zeit pro Gewicht kochen müssen (z. B. "Braten Sie das Fleisch 10 Minuten lang pro 250 g), so schlecht sind. Je nachdem, welche Form Ihr Fleisch hat, dauert es viel länger oder kürzer Andere Faktoren, z. B. der Umgang mit qualitativ hochwertigem gealtertem Fleisch mit engen Zellwänden und geringem Wassergehalt im Gegensatz zu PSE-Fleisch mit höherem Wassergehalt, verändern ebenfalls die benötigte Zeit.

Die tatsächliche Formel zur Berechnung der Zeit, die zum Braten von Fleisch bei einer gegebenen Temperatur benötigt wird, wird durch diese Differentialgleichungen beschrieben:

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

Unerwünschte Änderungen

Es gibt manchmal Prozesse beim Kochen, die Sie nicht passieren möchten. Ein Beispiel ist das Verbrennen von Lebensmitteln. Ein weiteres typisches Beispiel ist Fleisch. Es besteht grob gesagt aus zwei Arten von Protein, Actin und Myosin. Sie denaturieren bei unterschiedlichen Temperaturen - jede von ihnen hat ihre eigene Kurve, und das Aktin ist nach rechts verschoben. Wenn Myosin denaturiert, ist das Fleisch mediumweich und saftig. Wenn das Actin auch denaturiert, ist das Fleisch well donezäh und trocken. Was die meisten Menschen erreichen wollen, ist, das Myosin zu denaturieren, ohne jedoch das Aktin zu verändern.

Es gibt auch andere unerwünschte Veränderungen, wie das Verbrennen von Lebensmitteln oder das Erhitzen des Öls bis zur Zersetzung. Sie möchten Ihr Essen im Allgemeinen erhitzen, aber häufig gibt es eine Grenze, die Sie nicht erreichen möchten.

In der Praxis

In der Praxis muss man nur mit dem Wissen leben, dass es länger dauert, bis das Essen gekocht ist, wenn die Temperatur gesenkt wird. Wenn Sie es heißer machen, dauert es kürzer, aber Sie riskieren, eine unerwünschte Temperatur zu erreichen. Sie haben auch weniger Zeit, um Aromen zu entwickeln, was in einigen Fällen wichtig ist (z. B. Eintöpfe), in anderen nicht (z. B. Pfannkuchen).

Jeder Versuch, präziser zu werden als der oben genannte, ist nicht praktikabel. Die tatsächlichen Verhältnisse sind viel zu kompliziert. Theoretisch ist es möglich, eine Polynomapproximation zu erstellen, deren Werte viel einfacher zu berechnen sind (ich glaube, Douglas Baldwin hat dies einmal für ein bestimmtes Stück Fleisch getan) ist kein praktischer Vorschlag, auch wenn Sie einen Taschenrechner in Ihrer Küche haben.

Fazit: Kochen Sie nicht zu spät.

Es ist nicht möglich, zuverlässig zu berechnen, wann Lebensmittel bei einer bestimmten Temperatur zubereitet werden. Wenn Sie von einem Rezeptautor eine Näherung erhalten, ist diese ziemlich ungenau, da sie von der Form Ihrer Speisen, dem Material und der Dicke Ihrer Pfanne, den Temperaturabweichungen Ihres Ofens usw. abhängt. Das können Sie also nicht einmal sagen So etwas wie "Ich weiß, dass es 30 Minuten bei 300 Fahrenheit dauert, ich möchte wissen, wie lange es bei 350 Fahrenheit dauert". Unter ganz besonderen Bedingungen dauert es nur 30 Minuten, die Sie möglicherweise unbemerkt bei jedem Braten wiederholen, indem Sie denselben Ofen, dieselbe Pfanne und dasselbe Fleisch vom selben Metzger verwenden.

Die gute Nachricht ist, dass Sie das oben Genannte nicht brauchen, um gut zu kochen . Ihr Fleisch wird im Ofen fertig, auch wenn Sie das oben nicht berechnen können. Man muss nur beurteilen, wann man es herausnimmt, 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 zeigt Ihnen, dass Sie den perfekten Gargrad auch ohne dieses Thermometer anhand von Gerüchen und sichtbaren Anhaltspunkten wie Farbe, Textur, Dampfmenge usw. erkennen können.

Wenn Sie die Temperatur erhöhen (und kürzer kochen), verbrennen Sie im Allgemeinen die Außenseite des Fleisches und lassen die Innenseite nicht richtig garen. Längeres Kochen hat dann den Effekt, dass die Aromen besser gemischt werden und eine Art Fleisch zart bleibt.

In bestimmten Fällen ist es wahrscheinlich möglich, eine höhere Temperatur zu verwenden, aber weniger kochen ist nicht das einzige, was getan werden muss. Es gibt noch etwas, das korrigiert werden muss, oder etwas, das getan werden muss, und es war nicht notwendig, wenn Sie bei niedrigerer Temperatur gekocht hätten.

Michael von Herbivoracious wies darauf hin, dass eine Verdoppelung der Temperatur die Hitze nicht verdoppelt. Das ist ein Teil des Problems, aber Sie können es korrigieren, und Sie werden immer noch nicht richtig gekochtes Essen bekommen.

kiamlaluno wies darauf hin, dass du die Außenseite verbrennst, bevor du die Innenseite kochst, was meiner Meinung nach mehr zu deinem Punkt ist. Der Grund dafür ist, dass die Hitze einige Zeit braucht, um ins Innere des Essens zu gelangen. Wenn Sie eine Art theoretischen Ofen hätten, der alle Ihre Lebensmittel mit genau der gleichen Geschwindigkeit erhitzen könnte, würde das kürzere Garen bei einer höheren Temperatur zu den gewünschten Ergebnissen führen. Ein solches Gerät gibt es leider nicht. Die Wärmeübertragung wird durch das Newtonsche Gesetz der Kühlung (dQ / dt = -h · AΔT) beschrieben.

Dies ist uns die Frage:

Mathematisch gesehen sollten 200 Grad Hitze für 10 Minuten 400 Grad Hitze für 5 Minuten entsprechen, aber das ist nicht der Fall, oder?

Um zu zeigen, dass die beiden unterschiedlich sind, ist nur ein einziges Zählerbeispiel erforderlich.

Betrachten Sie das Kochen eines Eies. Wenn Sie das Ei über einen längeren Zeitraum bei 40 ° C kochen, setzen sich weder das Eigelb noch das Eiweiß ab.

Wenn Sie es bei sagen, 160 Fahrenheit (70 Celsius) kochen, erhalten Sie schließlich ein hart gekochtes Ei.

Das Eiweiß und Eigelb besteht aus Proteinen. Wenn Proteine ​​auf eine bestimmte Temperatur erhitzt werden, denaturieren sie. Im Falle des Eies wird die chemische Reaktion (Denaturierung) bei niedrigeren Temperaturen einfach nicht aktiviert.

Einfacher ausgedrückt, wenn Sie etwas bei 400 Grad backen, wird es von außen schneller kochen, sodass es von außen über- und von innen untergekocht wird, wenn Sie bei einer niedrigeren Temperatur kochen, wird es gleichmäßiger kochen und wenn Sie das Produkt zum Kochen bringen (wenn es Fleisch oder etwas Kaltes war) auf Raumtemperatur vor dem Kochen, wird es auch gleichmäßiger und schneller kochen.