呆子想通过这篇文章,跟大家稍稍讨论一下,温度这个“绝对”的物理量。这篇文章仅涉及非常基础的大学物理知识,但是,呆子希望能够让大家了解温度这个“绝对”的物理量在烹调过程中的巨大作用。
以下内容,分四个层次展开:“温度的动能本质”——“烹调的化学本质”——“世界的不连续本质”——“启示录”。
提示:呆子非常看重这个“温度”话题,和两周后的“功率”话题。由此得出的启示,对“高逼”烹调非常实用与重要!
以下内容,分四个层次展开:“温度的动能本质”——“烹调的化学本质”——“世界的不连续本质”——“启示录”。
提示:呆子非常看重这个“温度”话题,和两周后的“功率”话题。由此得出的启示,对“高逼”烹调非常实用与重要!
温度的动能本质
上面,我放了一张网友的照片:烤面包的烤箱内,放了一只温度计,显示190摄氏度。
这个190摄氏度代表了什么?空气的190摄氏度、铝锅的190摄氏度 与 面包的190摄氏度,分别代表了什么?它们一样么?
上面这个问题,让我想到了小学的一道物理题:1千克棉花与1千克铁,哪个质量大?第一次遇到这道题时,我回答“当然铁的质量大咯”;当然我错了,应该是质量一样大,都是1千克。到了高中后,我们又学习了原子与分子,知道了原子的质量主要来源于质子和中子;而且通过一个神器的阿伏伽德罗常数,我们可以知道,1千克棉花与1千克铁包含了同样多的{质子+中子}。这样,我的理解就从宏观深入到了微观层面。
好了,我们回到温度。微观来看,温度代表了空间某个点附近分子(或原子)进行无规则热运动的平均动能。换句话说,温度的定义不适用于绝对真空;动能恒大于等于零,故温度不为负。既然,上文提到空气(氮气为主)、铝锅(铝原子) 与 面包(有机物大分子)均为190摄氏度,那么其中的分子(或原子)以相同的平均动能进行热运动。当这些物质相互接触时,由于平均动能已经相同了,就不再交换能量;宏观上来看,这些物质实现了温度平衡。
上面,我放了一张网友的照片:烤面包的烤箱内,放了一只温度计,显示190摄氏度。
这个190摄氏度代表了什么?空气的190摄氏度、铝锅的190摄氏度 与 面包的190摄氏度,分别代表了什么?它们一样么?
上面这个问题,让我想到了小学的一道物理题:1千克棉花与1千克铁,哪个质量大?第一次遇到这道题时,我回答“当然铁的质量大咯”;当然我错了,应该是质量一样大,都是1千克。到了高中后,我们又学习了原子与分子,知道了原子的质量主要来源于质子和中子;而且通过一个神器的阿伏伽德罗常数,我们可以知道,1千克棉花与1千克铁包含了同样多的{质子+中子}。这样,我的理解就从宏观深入到了微观层面。
好了,我们回到温度。微观来看,温度代表了空间某个点附近分子(或原子)进行无规则热运动的平均动能。换句话说,温度的定义不适用于绝对真空;动能恒大于等于零,故温度不为负。既然,上文提到空气(氮气为主)、铝锅(铝原子) 与 面包(有机物大分子)均为190摄氏度,那么其中的分子(或原子)以相同的平均动能进行热运动。当这些物质相互接触时,由于平均动能已经相同了,就不再交换能量;宏观上来看,这些物质实现了温度平衡。
烹调的化学本质
自从人类的祖先发现了获取与储存“火种”的方法,人类文明就开始高速进步与发展;在食物链的坐标系上,将其他生物远远的甩开了一大截!
一方面,温度是一个基本的物理参量(现象),与电磁场或者量子力学一样。对自然界物理参量的控制能力,区别了人与动物;当然,随着人类社会的发展,“互联网人类”似乎已经是人类的一种更高级存在。
另一方面,温度改变的物质的性质——烹调的化学本质。当人类使用高温烹调后,食物变得更为可口,易于消化;温度也可以杀死各种微生物,让“病从口入”的风险大为降低。
上方的两张图片,分别显示了不同程度的牛排,与“冰水混合物”。正如两张图片所示,烹调的化学本质就是——“相变”。水有三态(可以相互转化):冰,水,水蒸气。冰发生相变,可以融化变成水,也可能升华成为水蒸气。但是,常压下,冰水混合物,一定是零摄氏度;水也可以蒸发为水蒸气。但是,常压下,沸腾的水,一定是一百摄氏度;这是由于相变的发生,让水分子(H2O)间的距离或者排列的整齐程度发生了量级上的差别,而非仅仅是热运动平均动能那么简单!换句话说,冰水混合物中,冰内与水内的水分子都有相同的热运动平均动能,但是冰的H2O呈晶体排列,更规则;水蒸气比液态水拥有更大的分子间距。
上面这段话可能有些不清楚的地方,而呆子想强调的内容,仅仅是“相变”这个物理或化学变化本身。同样的,牛肉生与熟的本质也是蛋白质变性。我们知道蛋白质是有机大分子,其盘根错节的空间结构或基团搭配(如右图)决定了该蛋白质的生化功能。温度的升高,让分子拥有的更大的动能,蛋白质长链内部就会发生相对运动;当运动的动能超越了基团相互作用的活化能,蛋白质就会发生空间重组。往往,这种重组会完全破坏蛋白质的功能性——失活(而且是不可逆的)!所以,我们才能在三分熟的牛肉中,发现一条清晰的“生熟分界线”!呆子可以明确的告诉大家,这条分界线,就是一条等温线!这条等温线的温度就是牛肉蛋白质变性的温度,往往在60摄氏度左右。也就是说,即使你把牛肉放在火上烤,只要牛肉中部的温度小于60摄氏度,那就是生的(蛋白质没有变性,但是细胞可能已经死掉咯,由于部分敏感物质失活)。
要知道,蛋白质是按照DNA上的基于序列,通过核糖体和其他细胞结构的辛勤劳动,才从有机小分子合成而来的!
综上所述,想要吃到嫩嫩多汁的熟牛肉,一个可行的方法就是把牛肉放入70摄氏度(高于蛋白质变性温度)的恒温水浴中或恒温铁板上加热。这样做出来的牛肉,都是恰好变性的临近状态,水分充沛(温度低于100摄氏度,肉中的水分未过度蒸发),表面也不会变焦!
自从人类的祖先发现了获取与储存“火种”的方法,人类文明就开始高速进步与发展;在食物链的坐标系上,将其他生物远远的甩开了一大截!
一方面,温度是一个基本的物理参量(现象),与电磁场或者量子力学一样。对自然界物理参量的控制能力,区别了人与动物;当然,随着人类社会的发展,“互联网人类”似乎已经是人类的一种更高级存在。
另一方面,温度改变的物质的性质——烹调的化学本质。当人类使用高温烹调后,食物变得更为可口,易于消化;温度也可以杀死各种微生物,让“病从口入”的风险大为降低。
上方的两张图片,分别显示了不同程度的牛排,与“冰水混合物”。正如两张图片所示,烹调的化学本质就是——“相变”。水有三态(可以相互转化):冰,水,水蒸气。冰发生相变,可以融化变成水,也可能升华成为水蒸气。但是,常压下,冰水混合物,一定是零摄氏度;水也可以蒸发为水蒸气。但是,常压下,沸腾的水,一定是一百摄氏度;这是由于相变的发生,让水分子(H2O)间的距离或者排列的整齐程度发生了量级上的差别,而非仅仅是热运动平均动能那么简单!换句话说,冰水混合物中,冰内与水内的水分子都有相同的热运动平均动能,但是冰的H2O呈晶体排列,更规则;水蒸气比液态水拥有更大的分子间距。
上面这段话可能有些不清楚的地方,而呆子想强调的内容,仅仅是“相变”这个物理或化学变化本身。同样的,牛肉生与熟的本质也是蛋白质变性。我们知道蛋白质是有机大分子,其盘根错节的空间结构或基团搭配(如右图)决定了该蛋白质的生化功能。温度的升高,让分子拥有的更大的动能,蛋白质长链内部就会发生相对运动;当运动的动能超越了基团相互作用的活化能,蛋白质就会发生空间重组。往往,这种重组会完全破坏蛋白质的功能性——失活(而且是不可逆的)!所以,我们才能在三分熟的牛肉中,发现一条清晰的“生熟分界线”!呆子可以明确的告诉大家,这条分界线,就是一条等温线!这条等温线的温度就是牛肉蛋白质变性的温度,往往在60摄氏度左右。也就是说,即使你把牛肉放在火上烤,只要牛肉中部的温度小于60摄氏度,那就是生的(蛋白质没有变性,但是细胞可能已经死掉咯,由于部分敏感物质失活)。
要知道,蛋白质是按照DNA上的基于序列,通过核糖体和其他细胞结构的辛勤劳动,才从有机小分子合成而来的!
综上所述,想要吃到嫩嫩多汁的熟牛肉,一个可行的方法就是把牛肉放入70摄氏度(高于蛋白质变性温度)的恒温水浴中或恒温铁板上加热。这样做出来的牛肉,都是恰好变性的临近状态,水分充沛(温度低于100摄氏度,肉中的水分未过度蒸发),表面也不会变焦!
世界的不连续本质
上面左边这张照片是我国壮丽的华山风光!所谓“壁立千仞,无欲则刚”,中国的地形就是各种不连续(不可导)的典型例子!抗日战争期间,对于高地的争夺往往比平原更激烈!因为,占领了一个高地,就能把战略火力控制区域扩大至整块连续的平原!换句话说,战争的本质,就是对于有利战略地形(不连续处)的争夺,比如高地或者河流;而其他连续的区间,则几乎毫无争夺的价值!
上面右边是我大坑U的地图。许多朋友一进港大校园就迷路,即使用了上面这张地图,依旧傻傻分不清东南西北。因为,港大坐落于一个山坡上,有了高低这个维度,不再是一个简单的平面问题了。在地图上相邻的两点间,居然也可以是4层楼的落差!
基于上述两个发现,呆子认为,这个世界是非常不连续的!甚至,世界是被分块的,不同的区间可以有本质的差别;就好像水与冰,同样处于一个温度,竟然可以分别是液体与固体。
在烹调热力学中,呆子同样地也多次强调了各种临界温度:蛋白质的变性点(60摄氏度),水的沸点(100摄氏度)和 油的冒烟点(180摄氏度)。优秀的厨师,就能在这几个温度间灵活切换,自由组合,让人们可以品尝到美妙的温度魔法!
上面左边这张照片是我国壮丽的华山风光!所谓“壁立千仞,无欲则刚”,中国的地形就是各种不连续(不可导)的典型例子!抗日战争期间,对于高地的争夺往往比平原更激烈!因为,占领了一个高地,就能把战略火力控制区域扩大至整块连续的平原!换句话说,战争的本质,就是对于有利战略地形(不连续处)的争夺,比如高地或者河流;而其他连续的区间,则几乎毫无争夺的价值!
上面右边是我大坑U的地图。许多朋友一进港大校园就迷路,即使用了上面这张地图,依旧傻傻分不清东南西北。因为,港大坐落于一个山坡上,有了高低这个维度,不再是一个简单的平面问题了。在地图上相邻的两点间,居然也可以是4层楼的落差!
基于上述两个发现,呆子认为,这个世界是非常不连续的!甚至,世界是被分块的,不同的区间可以有本质的差别;就好像水与冰,同样处于一个温度,竟然可以分别是液体与固体。
在烹调热力学中,呆子同样地也多次强调了各种临界温度:蛋白质的变性点(60摄氏度),水的沸点(100摄氏度)和 油的冒烟点(180摄氏度)。优秀的厨师,就能在这几个温度间灵活切换,自由组合,让人们可以品尝到美妙的温度魔法!
启示录
“游走于临界温度,可以实现效率的最大值”——结论源于线性规划!
至今,呆子已经指出说明了食物中三种基本物质的温度临界:水,蛋白质,油。糖类是第四种基本物质,但是其临界温度不明显,不予细究。
呆子希望,下面这些结论,能对各位看官的烹调实践有帮助:
1. 生的蛋白质,如鸡蛋或牛肉。您可以将温度控制在50摄氏度左右,蛋白质不会变性,但是相对比较高的温度,已经可以杀灭病菌了。这个结论已经得到了广泛的工业应用,详见巴氏灭菌法。
2. 多汁的口感,如海鲜。您可以将温度控制在100摄氏度,使用蒸锅进行隔水或蒸汽加热最好。
3. 脱水的表面效果,甚至酥脆的表面,如炒菜或油煎。您可以将温度控制在165摄氏度,低于冒烟点,也有助于水分蒸发 。
每周五,呆子会推送一篇关于“美食工具”,或者“烹调热力学”的科普短文;
每周六、或周日,推送一篇“呆子厨房实战全纪录”的报道。
文章总结
工具类别
空气炸锅:有控温与定时两大功能;快速带走水分,且不需要太多油;可实现深度油炸的效果,非常魔幻。
http://lanal.weebly.com/dish-3265439135/1
微波炉:电磁波的穿透效果强,让整份食物同时快速加热;但是局部瞬时的高温(即分子共振)会破坏大分子,更可能增大致癌物质产生的机会。不推荐加热婴儿食品。
http://lanal.weebly.com/dish-3265439135/5
电陶炉:创新型电热炉,试用各种厨具,操作面板设计简洁,电脑控制温度使用方便。但是能源效率可能比较低。
http://lanal.weebly.com/dish-3265439135/9
电磁炉:自人类“钻木取火”以来的巅峰之作,堪称“战斗炉”!
http://lanal.weebly.com/dish-3265439135/13
热力学类别
冒烟点:该温度可以看做食物加工的最高温度;高于此温度,不稳定的分子会分解或反应,产生有毒有害物质。
http://lanal.weebly.com/dish-3265439135/3
锅:不同材质的锅,有利于造成不同的烹调环境。金属材质的锅尤其以优良的传热特性,压缩烹调时间。
http://lanal.weebly.com/dish-3265439135/7
汤:液体或气体中的对流,可以极大的加强热量的运输传导,让整体的温度更加均匀,而实现较高的热效率。
http://lanal.weebly.com/dish-3265439135/11
厨房实战类别
炸煎饺
http://lanal.weebly.com/dish-3265439135/2
烤鸡翅
http://lanal.weebly.com/dish-3265439135/4
咸猪脚
http://lanal.weebly.com/dish-3265439135/6
黄金东坡肉
http://lanal.weebly.com/dish-3265439135/8
鸡蛋糊糊烤明虾
http://lanal.weebly.com/dish-3265439135/10
牛肉小煎包
http://lanal.weebly.com/dish-3265439135/12
脆皮鲭鱼
http://lanal.weebly.com/dish-3265439135/14
“游走于临界温度,可以实现效率的最大值”——结论源于线性规划!
至今,呆子已经指出说明了食物中三种基本物质的温度临界:水,蛋白质,油。糖类是第四种基本物质,但是其临界温度不明显,不予细究。
呆子希望,下面这些结论,能对各位看官的烹调实践有帮助:
1. 生的蛋白质,如鸡蛋或牛肉。您可以将温度控制在50摄氏度左右,蛋白质不会变性,但是相对比较高的温度,已经可以杀灭病菌了。这个结论已经得到了广泛的工业应用,详见巴氏灭菌法。
2. 多汁的口感,如海鲜。您可以将温度控制在100摄氏度,使用蒸锅进行隔水或蒸汽加热最好。
3. 脱水的表面效果,甚至酥脆的表面,如炒菜或油煎。您可以将温度控制在165摄氏度,低于冒烟点,也有助于水分蒸发 。
每周五,呆子会推送一篇关于“美食工具”,或者“烹调热力学”的科普短文;
每周六、或周日,推送一篇“呆子厨房实战全纪录”的报道。
文章总结
工具类别
空气炸锅:有控温与定时两大功能;快速带走水分,且不需要太多油;可实现深度油炸的效果,非常魔幻。
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微波炉:电磁波的穿透效果强,让整份食物同时快速加热;但是局部瞬时的高温(即分子共振)会破坏大分子,更可能增大致癌物质产生的机会。不推荐加热婴儿食品。
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电陶炉:创新型电热炉,试用各种厨具,操作面板设计简洁,电脑控制温度使用方便。但是能源效率可能比较低。
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电磁炉:自人类“钻木取火”以来的巅峰之作,堪称“战斗炉”!
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热力学类别
冒烟点:该温度可以看做食物加工的最高温度;高于此温度,不稳定的分子会分解或反应,产生有毒有害物质。
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锅:不同材质的锅,有利于造成不同的烹调环境。金属材质的锅尤其以优良的传热特性,压缩烹调时间。
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汤:液体或气体中的对流,可以极大的加强热量的运输传导,让整体的温度更加均匀,而实现较高的热效率。
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厨房实战类别
炸煎饺
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烤鸡翅
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咸猪脚
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黄金东坡肉
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牛肉小煎包
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