Een fundamentele fout in deze vraag: 400 graden is niet twee keer zo heet als 200 graden. De temperatuur is een maat voor de kinetische energie van de betrokken deeltjes. De enige schaal waarop je de soort verhouding kunt doen die je je voorstelt is Kelvins - je moet meten vanaf het absolute nulpunt.

400 F = 477.59 K
200 F = 366.48 K

dus de kinetische energie van de lucht in de oven is slechts ongeveer 477366 = 1,3 keer zo hoog bij 400 F als bij 200. Voor eenvoudige gevallen, zoals hoe lang het duurt om een pan met water te verdampen, is 1,3x waarschijnlijk vrij dicht bij rechts, maar zoals hierboven aangegeven, zijn er een heleboel andere variabelen die met echt voedsel spelen.

• *

Dus …

Baktijdvariaties voor een recept dat vraagt om 400 graden voor 30 minuten omgerekend naar een 450 gaartijd en een 350 gaartijd:

400 Farenheit = 477.594 Kelvin

477.594 x 30 minuten = 14327.82 HeatPoints

450 F = 505.372 K

14327.82 PK 505.372 K = 28.35 of 28 minuten 21 seconden

Er gebeuren veel “dingen” in het koken van een bepaald gerecht. Deze fysische en chemische (zelfs biologische) processen vereisen een bepaald optimaal temperatuurbereik (en vochtigheid) en nemen een bepaalde hoeveelheid tijd in beslag.

Als je bijvoorbeeld brood bakt, blijft de gist in het deeg in leven tot de temperatuur hoog genoeg is om het te doden. Het blijft gas produceren als de warmte het deeg begint te zetten. Het deeg moet zich net zo hard zetten als de belletjes op hun grootste formaat zijn voor pluizig brood. Als de gasproductie pieken vertoont voordat de temperatuur hoog genoeg is, kunnen de belletjes instorten; als de temperatuur te snel stijgt, zal het deeg zich te vroeg instellen.

Als ik een taai stuk vlees heb, zou ik het 12 uur kunnen koken bij een lage temperatuur en een hoge vochtigheidsgraad om het te malser te maken (en misschien in een smeltvloeistof om de smaak toe te voegen). Dan kan ik het twee minuten op een zeer hoge temperatuur koken om het oppervlak te bruinen zonder de totale temperatuur te verhogen, zodat de binnenkant zeldzaam blijft. Over het algemeen wil je bij het droogkoken van vlees vaak dat de binnenkant een bepaalde temperatuur bereikt, zonder dat de buitenkant te veel uitdroogt. Het is dus een evenwicht tussen twee uitersten. Als je een inwendige temperatuur van 150 wilt om bacteriën of parasieten te doden, kun je je voorstellen dat je 12 uur lang kookt tot het hele stuk die temperatuur heeft bereikt, maar dan verlies je veel vocht. Je zou het tot 500 kunnen draaien en hopen dat de binnenkant sneller opwarmt, maar tegen de tijd dat de binnenkant klaar is, wordt het vlees aan de buitenkant veel te heet en begint het misschien zelfs zwart te worden. Ergens tussendoor krijg je de binnenkant goed voor elkaar, met de buitenkant net een beetje bruin en knapperig.

Als je zaden als rijst of bonen kookt, duurt het een bepaalde tijd voordat de zaden water absorberen en zacht genoeg worden om te eten, en dit gebeurt sneller als de temperatuur hoog is. Tijdens het koken in water heb je een maximale temperatuurlimiet, op het kookpunt.

Dus, kookinstructies worden gekalibreerd door middel van trial and error (en opgeleide intuïtie) om de verschillende chemische en fysieke processen te laten gebeuren in de omstandigheden die de beste smaak en textuur produceren.

Het is waar dat er een negatieve correlatie bestaat tussen kooktijd en temperatuur: hoe hoger de temperatuur, hoe korter de kooktijd. Maar het is zeer niet-lineair. Zelfs als je rekening zou houden met het feit dat de temperatuur wordt gemeten op een ratio, niet op een intervalschaal waarbij de echte nul op 0 Kelvin staat, dan nog zal het je helemaal niet helpen.

Inwendige temperatuur

Denk eerst aan het gemakkelijkere deel van het proces: de relatie tussen de inwendige temperatuur van het voedsel en de gaarheid van het voedsel. Het koken van voedsel met warmte wacht op bepaalde thermodynamische veranderingen, bijvoorbeeld in het geval van vlees, wacht je tot de eiwitten gedenatureerd zijn. Dit betekent dat je begint met het nogal gekrulde eiwitmolecuul, en nadat het genoeg heeft geleden met de browse beweging, ontrafelt het een beetje en verliest het een aantal van de zwakkere bindingen tussen de atomen. De kans dat een molecuul gedenatureerd wordt na een constante hoeveelheid tijd, zeg 1 seconde, zou ruwweg een Gaussiaanse verdeling moeten volgen, afhankelijk van de temperatuur van het voedsel (hogere temperatuur -> het molecuul schudt en beweegt meer, en botst meer tegen andere moleculen, waardoor de zwakke ternaire en kwartaale bindingen vastlopen):

Per de centrale limietstelling , van de miljoenen moleculen in uw voedsel, vertelt de bovenstaande verdeling u ook welk percentage van hen na een seconde zal worden omgezet in de gekookte toestand. Dit verklaart waarom je, als je suikersiroop verhit, vrijwel onmiddellijk karamel krijgt bij een bepaalde temperatuur - je hebt de temperatuur bereikt waarbij meer dan 99% van je moleculen na een seconde zal worden omgezet in de gekarameliseerde toestand - maar als je suiker voor een zeer lange tijd bij lagere temperaturen laat staan, zal het ook karameliseren . Dit komt omdat je na genoeg seconden van één molecuul op tienduizend gekarameliseerd te zijn per seconde, het hele suikerklontje gekarameliseerd krijgt. Aan de andere kant is je kamertemperatuur zo laag, dat misschien maar één molecuul op een miljard zich zal omzetten in suiker die op kamertemperatuur is opgeslagen, en je zult eeuwen moeten wachten tot het allemaal gekarameliseerd is. Dit komt omdat u zich op een bijna vlak punt aan de uiterste linkerkant van de curve bevindt.

Dus, tijd en ["internal food temperature"] zijn op een zeer niet-lineaire manier met elkaar verbonden. U zou theoretisch enkele voorspellingen kunnen doen, als u de mu en sigma parameters van de Gaussische curve kende; ze zullen echter veranderen met het voedingsmiddel en het proces dat u wilt laten gebeuren. De denaturering van eiwitten zoals hierboven geïllustreerd is zo'n proces, karamelisatie is een ander, maar wordt beheerst door dezelfde algemene relatie. De meeste zijn dat wel. (Een uitzondering zou het smelten van cristallijne stoffen zoals cacaoboter zijn, die een scherp gedefinieerd smeltpunt hebben).

De eigenlijke berekening zou als volgt kunnen gaan: bij 56 Celsius duurt het 1 seconde voordat een biefstuk gekookt is (technisch gezien, voor tenminste 99% van de myosine die erop zit, om gedenatureerd te worden). Bij 55 graden Celsius kan het een halve minuut duren, bij 54 graden Celsius 3 minuten, bij 50 graden Celsius 15 minuten, enzovoort. Ik gebruik hier willekeurige getallen, je kunt de echte getallen voor vlees vinden als je rondkijkt naar sous-videocurven, ik betwijfel of er gemakkelijk toegankelijke bronnen zijn voor andere processen zoals karamelisatie of zetmeelgelatie. Het punt is dat er een afhankelijkheid is, maar je kunt het niet intuïtief voorspellen, omdat het veel afwijkt van een lineaire, en de meeste mensen kunnen alleen intuïtief lineaire verbindingen voorspellen.

Warmteoverdracht

Maar het wordt nog ingewikkelder. Je kunt niet elk molecuul afzonderlijk verwarmen. Laten we de microgolven even vergeten, ze helpen u niet veel, en ze hebben sowieso geen temperatuursinstellingen. Wat je hebt is een warmtebron, zoals een fornuis, oven of open vuur, en je wilt warmte overbrengen op het voedsel. De warmte wordt overgebracht via convectie, geleiding en straling naar het oppervlak van het voedsel, en verspreidt zich naar binnen, meestal door geleiding voor vast voedsel en een combinatie van convectie en geleiding voor vloeistoffen. Dus, wanneer je het voedseloppervlak hebt verwarmd tot 100 celsius, is de binnenkant veel kouder.

En hoe lang duurt het om de binnenkant van het voedsel te verwarmen? Wel, dit hangt voornamelijk af van de geometrie van uw voedsel en de chemische samenstelling ervan. Dat verklaart waarom recepten die je vertellen dat je voedsel voor een bepaalde tijd per gewicht moet koken (bijv. “het vlees 10 minuten per 250 g roosteren”) zo slecht zijn. Afhankelijk van de vorm van je vlees, zal het veel langer of korter duren dan dat. Andere factoren, bijvoorbeeld het omgaan met hoogwaardig gerijpt vlees met strakke celwanden en een laag watergehalte in tegenstelling tot PSE-vlees met een hoger watergehalte zal ook de benodigde tijd veranderen.

De werkelijke formule voor het berekenen van de tijd die nodig is voor het roosteren van vlees bij een bepaalde temperatuur wordt beschreven door deze differentiaalvergelijkingen:

Ik weet niet wat de meeste van deze variabelen betekenen, en ik ben blij dat ik dat niet hoef te doen. En natuurlijk, andere kookprocessen zoals karamelisatie of Maillard (het proces dat korsten creëert) zullen een ander systeem van vergelijkingen hebben, net zo ingewikkeld.

Ongewenste veranderingen

Er zijn soms processen in het koken die je niet wilt laten gebeuren. Een voorbeeld is het verbranden van voedsel. Een ander typisch voorbeeld is vlees. Het bestaat grofweg uit twee soorten eiwit, actine en myosine. Ze denatureren bij verschillende temperaturen - elk van hen heeft zijn eigen curve, en actine’s wordt naar rechts verschoven. Wanneer myosine denatureert, is het vlees ["medium"], zacht en sappig. Wanneer de actine ook denatureert, is het vlees ["well done"], oftewel taai en droog. Wat de meeste mensen proberen te bereiken is om de myosine te denatureren, maar zonder de actine te veranderen.

Er zijn ook andere ongewenste veranderingen, zoals het verbranden van uw voedsel, of het heet krijgen van uw olie tot het punt van ontbinding. Dus u wilt over het algemeen uw eten opwarmen, maar vaak is er een limiet die u niet wilt bereiken.

In de praktijk

In de praktijk moet u gewoon leven met de wetenschap dat het lager maken van de temperatuur uw eten langer zal laten duren totdat het gaar is. Als u het warmer maakt, zal het korter duren, maar u loopt het risico om wat ongewenste temperatuur te bereiken. U laat ook minder tijd voor de ontwikkeling van smaken, wat in sommige gevallen (bijv. stoofschotels) belangrijk is, maar in andere gevallen (bijv. pannenkoeken) niet.

Elke poging om wat meer precisie te bereiken dan het bovenstaande is niet praktisch. De eigenlijke relaties zijn veel te ingewikkeld. Het is theoretisch mogelijk om een polynomiale benadering te passen waarvan de waarden veel gemakkelijker te berekenen zijn (ik denk dat Douglas Baldwin het een keer had gedaan voor een specifiek stuk vlees), maar omdat je niet weet welke specifieke parameters je voor elk voedsel moet gebruiken, is het niet praktisch, zelfs niet als je een rekenmachine in je keuken hebt.

Het komt erop neer dat je niet op tijd kookt.

Het is niet mogelijk om betrouwbaar te berekenen wanneer het voedsel op een bepaalde temperatuur zal worden gedaan. Als een receptenmaker u een benadering geeft, zal dit vrij onnauwkeurig zijn, omdat dit afhankelijk is van de vorm van uw voedsel, het materiaal en de dikte van uw pan, de temperatuurafwijkingen van uw oven, enz. Je kunt dus niet eens iets zeggen als “Ik weet dat het 30 minuten duurt bij 300 Fahrenheit, ik wil weten hoe lang het duurt bij 350 Fahrenheit”. Het duurt slechts 30 min onder zeer speciale omstandigheden, die je misschien onbewust elke keer dat je braadt, repliceert door gebruik te maken van dezelfde oven, dezelfde pan en vlees van dezelfde slager.

Het goede nieuws is dat je het bovenstaande niet nodig hebt om goed te kunnen koken. Uw vlees wordt in de oven gedaan, zelfs als u het bovenstaande niet kunt berekenen. Je hoeft alleen maar te beoordelen wanneer je het eruit moet halen, en hoewel de tijd nogal nutteloos is voor die beslissing, zijn er veel andere, veel betere, tekenen voor. Een thermometer is de eenvoudigste methode, en de ervaring zal je leren om de perfecte gaarheid ook zonder te herkennen, door geur en zichtbare aanwijzingen zoals kleur, textuur, hoeveelheid damp, enz.

Michael bij Herbivoracious wees erop dat een verdubbeling van de temperatuur de hitte niet verdubbelt. Dat is een deel van het probleem, maar je kunt het corrigeren, en je zult nog steeds niet goed gekookt voedsel krijgen.

kiamlaluno wees erop dat je de buitenkant verbrandt voordat je de binnenkant kookt, wat ik denk dat het meer jouw punt is. De reden hiervoor is dat de hitte enige tijd nodig heeft om de binnenkant van het eten te bereiken. Als je een soort theoretische oven zou hebben die al je eten op precies dezelfde snelheid zou kunnen verwarmen, dan zou het koken op een hogere temperatuur voor een kortere periode de resultaten opleveren waar je naar op zoek bent. Helaas bestaat zo'n apparaat niet. De warmteoverdracht wordt beschreven in de wet van Newton over koeling (dQdt = -h-AΔT).

Het overgaan naar een hogere temperatuur (en minder lang koken) heeft als algemeen effect dat de buitenkant van het vlees verbrandt en de binnenkant niet perfect gaar wordt. Koken voor een langere tijd heeft dan het effect van het beter mengen van de smaken, en het mals houden van sommige soorten vlees.

In specifieke gevallen is het waarschijnlijk mogelijk om een hogere temperatuur te gebruiken, maar gewoon minder koken is niet het enige dat gedaan moet worden; er is iets anders dat gecorrigeerd moet worden, of iets dat gedaan moet worden en het was niet nodig als je op een lagere temperatuur zou hebben gekookt.

Dit ons de vraag:

Wiskundig gezien zou 200 graden warmte gedurende 10 minuten hetzelfde moeten zijn als 400 graden warmte gedurende 5, maar dat is niet het geval, toch?

Om aan te tonen dat de twee verschillend zijn, is het enige wat nodig is een enkel tegenvoorbeeld.

Beschouw het koken van een ei. Als je het ei in 105 Fahrenheit (40 Celsius) kookt over een langere periode, zal noch het eigeel, noch het eiwit zich zetten.

Als je het kookt op, zeg maar 160 Fahrenheit (70 Celsius) krijg je uiteindelijk een hardgekookt ei.

Het eiwit en het eigeel bestaat uit eiwitten. Wanneer eiwitten tot een bepaalde temperatuur worden verhit, zullen de eiwitten denatureren. In het geval van het ei zal de chemische reactie (denaturisatie) simpelweg niet geactiveerd worden bij lagere temperaturen.

simpeler gezegd: als u iets op 400 graden bakt, zal het aan de buitenkant sneller gaar worden, dus als u het buiten en binnen op een lagere temperatuur kookt, zal het gelijkmatiger gaar worden en als u het voorwerp dat u kookt (als het vlees of iets kouds was) op kamertemperatuur brengt voordat u het kookt, zal het ook gelijkmatiger en sneller gaar worden.