Все, что вы хотели знать (и даже больше!) о кипячении воды | Пищевая лаборатория

Мы все слышали это выражение: «Он такой плохой повар, что даже не может вскипятить воду». Но как часто вы на самом деле задумываетесь о скрытых сложностях, стоящих за бросанием кастрюли, наполненной водой, на конфорку?

В начале этой недели, написав более 7 000 слов на тему кипячения воды, я обнаружил, что средняя длина моих постов в «Лаборатории еды» прямо пропорциональна моей талии с точностью до третьего знака после запятой. К сожалению для вас, мои читатели, и для моей жены, которая вынуждена смотреть на меня каждый день, оба эти показателя увеличиваются с довольно тревожной скоростью. Вместо того чтобы подвергать вас ужасам многочасового чтения на самую простую тему кухни, вот моя попытка саморедактирования до более разумной, но все еще тщательной попытки. Давайте начнем.

Вверх, вверх и прочь

Сначала о главном: Что такое кипение? Техническое определение — это то, что происходит, когда давление паров жидкости больше или равно атмосферному давлению.

Все, что вы хотели знать (и даже больше!) о кипячении воды | Пищевая лаборатория

В принципе, несмотря на то, что молекулы жидкой воды обычно любят друг друга и держатся вместе, дайте им достаточно энергии (в виде тепла), и они станут настолько гиперактивными, что попытаются подпрыгнуть и улететь в атмосферу. В то же время молекулы воздуха (в основном азота и кислорода) опускаются на поверхность воды, пытаясь удержать маленьких ребят в узде. При разумных температурах воздух довольно хорошо сдерживает воду, позволяя лишь нескольким молекулам устремляться вверх и прочь. Но при достаточном нагреве давление водяного пара, стремящегося вырваться наружу, превысит давление воздуха, прижимающего его. Шлюзы открываются, и молекулы воды быстро переходят из жидкого состояния в газообразное.

Ах, сладкий запах свободы, говорят они.

Это превращение жидкой воды в водяной пар (пар) — то, что вы видите, глядя на кастрюлю с кипящей водой.

Как мы все знаем, для чистой воды при стандартном давлении (давление воздуха, существующее на уровне моря) температура, при которой это происходит, составляет 212°F (100°C). Но какие вещи могут повлиять на эту температуру, и что все это значит для вашей кухни?

Давайте узнаем.

Дрожать, трепетать, бурлить и кипеть

В рецептах часто встречаются такие понятия, как «кипятить», «дрожать» и «варить», не давая при этом подробного технического определения. Вот краткая хронология того, что происходит, когда вы доводите кастрюлю с водой до кипения:

Все, что вы хотели знать (и даже больше!) о кипячении воды | Пищевая лаборатория

• От 140 до 170°F: начало фазы «дрожания». На этом этапе на дне и стенках кастрюли образуются крошечные пузырьки водяного пара в местах зарождения (подробнее об этом позже). Они не настолько велики, чтобы подпрыгнуть и подняться на поверхность воды, однако их образование вызовет небольшое колебание верхней поверхности, отсюда и «дрожь». Температурный диапазон от 140 до 170°F идеально подходит для мягкого тушения мяса, рыбы и яиц (около 160°F является стандартным, если вы не хотите ждать несколько часов, пока ваши белки приготовятся).
• От 170 до 195°F: Подогрев. Пузырьки с боков и дна кастрюли начали подниматься на поверхность. Обычно со дна кастрюли поднимается несколько струек маленьких пузырьков, похожих на шампанское. В основном, однако, жидкость остается относительно неподвижной. Именно такой температурный диапазон вы ищете для приготовления бульона или медленного тушения и рагу. Если температура будет ниже, то приготовление займет слишком много времени. Выше — есть риск пересушить мясо.
• От 195 до 212°F: полное кипение. Пузырьки регулярно лопаются на поверхности кастрюли, причем со всех сторон, а не только несколькими отдельными струйками, как при полном кипении. Эту температуру следует использовать при использовании корзины-пароварки над водой, растапливании шоколада или приготовлении таких блюд, как голландез, в двойном котле.
• 212°F: полное кипение. Вы знаете, как это делается. Бланширование овощей, варка макарон (традиционным способом, а не нашим новым и улучшенным методом), бросание на врагов и т.д.

Высота над уровнем моря и температура кипения

Пару лет назад я гостил у своих будущих родственников в Боготе, Колумбия. Намереваясь продемонстрировать, насколько хорошо будет питаться их дочь под моей опекой, я решила проснуться пораньше, чтобы приготовить завтрак для всей семьи. Манго были свежевыжаты, кофейные зерна с любовью отобраны и обжарены вручную, свежее молоко аккуратно выдоено из спелого вымени, а пандебоно поджарены в духовке.

Когда все было в порядке, а мои хозяева сидели за кухонным столом, я осторожно опустил полдюжины свежеснесенных яиц в кастрюлю с водой, нагретой до легкого дрожания, и стал ждать, пока они превратятся в неземной нежности яйца-пашот — превращение, которое я успешно совершал сотни, если не тысячи раз.

Конечно, в этот раз ничего не произошло, и в итоге мы съели омлет.

Проблема в том, что из-за гравитации, чем выше вы поднимаетесь, тем меньше молекул воздуха находится в данном пространстве — воздух становится менее плотным. Низкая плотность означает низкое атмосферное давление. Более низкое атмосферное давление означает, что молекулам воды требуется меньше энергии, чтобы вырваться в воздух. Все это означает, что все, что происходит с нашей драгоценной водой на уровне моря, происходит при гораздо более низких температурах на больших высотах.

Например, в Боготе, которая находится на высоте 8 000 футов над уровнем моря, вода, которая кажется мне температурой около 165°F, на самом деле на 14 или 15 градусов холоднее. На самом деле, стоит подняться достаточно высоко, и становится практически невозможно приготовить яйца всмятку — вода полностью закипает задолго до того, как достигается необходимая температура для приготовления яиц всмятку).

На этом графике показана температура кипения воды по мере того, как вы поднимаетесь на большую высоту.

Все, что вы хотели знать (и даже больше!) о кипячении воды | Пищевая лаборатория

Этот эффект высоты над уровнем моря может посеять всевозможный хаос в рецептах. Фасоль варится неправильно. Макароны не размягчаются. Тушеное мясо тушится дольше. Блины могут подниматься и сдуваться, и это только некоторые из них. Если температура будет достаточно высокой, вы даже не сможете приготовить овощи, которые должны быть нагреты как минимум до 183°F, чтобы распасться.

Для решения некоторых из этих проблем, в первую очередь тушеных блюд, сухих бобов и корнеплодов, скороварка может стать спасением. Она работает за счет создания паронепроницаемого уплотнения вокруг продуктов. Когда вода внутри нагревается и превращается в пар, давление внутри кастрюли увеличивается (поскольку пар занимает больше места, чем вода). Повышенное давление не дает воде закипеть, позволяя довести ее до гораздо более высокой температуры, чем на открытом воздухе. Большинство скороварок позволяют готовить при температуре от 240 до 250°F (122°C), независимо от того, на какой высоте вы находитесь. Именно поэтому скороварки так популярны в Андах — ни один уважающий себя колумбийский дом не обходится без них.

Что касается других эффектов высоты (яйца-пашот, блины и т.п.), то здесь, к сожалению, нет жестких и быстрых решений, которые можно было бы применять повсеместно. Иногда лучшее, что вы можете сделать, это похлопать по спине своих склонных к высотам друзей и сказать: «Не повезло». Возможно, в следующий раз вы не будете думать о себе так высоко».

Холодные краны, ранее замерзшая вода и другие мифы

Давайте немного отвлечемся, чтобы развеять несколько распространенных мифов о кипячении воды.

• Холодная вода закипает быстрее, чем горячая. Ложь. Этот миф не имеет смысла, потому что он совершенно не соответствует действительности, и его очень легко доказать. Удивительно, что он продолжает существовать. Однако есть веская причина использовать для приготовления пищи холодную воду, а не горячую: в горячей воде содержится больше растворенных минералов из труб, которые могут придать блюдам неприятный привкус, особенно если вы сильно убавите воду.
• Вода, которая была заморожена или ранее кипятилась, закипит быстрее. Ложь. Этот факт имеет немного больше научного обоснования. При кипячении или замораживании воды из нее удаляются растворенные газы (в основном кислород), что может незначительно повлиять на температуру кипения. На самом деле, настолько незначительно, что ни мой таймер, ни термометр не смогли обнаружить никакой разницы.
• Соль повышает температуру кипения воды. Правда… отчасти. Растворенные твердые вещества, такие как соль и сахар, действительно повышают температуру кипения воды, заставляя ее кипеть медленнее, но эффект минимален (количество, обычно используемое в кулинарии, влияет на изменение температуры менее чем на 1 градус). Чтобы добиться существенной разницы, необходимо добавлять его в очень больших количествах. Так что, по большей части, вы можете игнорировать эту примету.
• Нагретая кастрюля никогда не закипит. Правда. Кроме того, моя собака не милая.
• Алкоголь полностью выкипает при приготовлении пищи. Ложь. Это кажется логичным. Вода кипит при температуре 212°F, а спирт — при 173°F, так что, конечно, спирт полностью испарится еще до того, как вы сделаете вмятину в воде, верно? Неа. Даже после трех часов кипения в вашем рагу останется около 5% первоначального количества алкоголя. Если готовить его с накрытой крышкой, это число возрастет в десять раз. Для большинства людей это недостаточное количество алкоголя, но трезвенникам стоит иметь в виду.

О соли и нуклеации

«Но подождите!» слышу я ваш возглас. «Я сам это видел: Бросьте горсть соли в кастрюлю с почти кипящей водой, и она внезапно и быстро закипит. Наверняка соль оказывает какое-то существенное влияние на температуру кипения?»

Все, что вы хотели знать (и даже больше!) о кипячении воды | Пищевая лаборатория

Добавление горсти соли в кипящую или бурлящую воду, безусловно, приводит к ее быстрому закипанию. Это происходит из-за маленьких штучек, называемых местами зарождения, которые, по сути, являются местом рождения пузырьков. Чтобы образовались пузырьки пара, в объеме воды должны быть какие-то неровности — микроскопические царапины на внутренней поверхности кастрюли, крошечные частички пыли или поры деревянной ложки. Горсть соли быстро создает тысячи мест зарождения, что облегчает образование и выход пузырьков.

Замечали, как в бокале шампанского пузырьки поднимаются отдельными струйками из отдельных точек? Можно с уверенностью сказать, что в этой точке находится микроскопическая царапина или частица пыли.

В гораздо более широком масштабе целые галактики образовались, когда материя начала собираться в гравитационных колодцах, образованных изначально крошечными местами зарождения в ранней Вселенной. Это озадачивает ученых (если до большого взрыва ничего не было, то что же тогда представляли собой эти первобытные места зарождения?) Но это не здесь и не там (а может быть, везде?).

Модель Вселенной в кастрюле с кипящей водой. Кто бы мог подумать, правда?

Микроволны

Как мы знаем, вода состоит из отдельных молекул (каждая из которых состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода; H2O). Чем быстрее движутся эти молекулы, тем выше температура воды. Эти молекулы обладают магнитным зарядом, что означает, что на них воздействует электромагнитное излучение (которое, кстати, не так уж плохо, как кажется — свет, который вы видите глазами, и тепло, которое вы ощущаете на коже, являются формами электромагнитного излучения). Микроволны используют этот факт, пуская волны, которые заставляют молекулы воды быстро двигаться вперед и назад. Это движение, в свою очередь, нагревает пищу.

Поскольку микроволны позволяют терять так мало энергии во внешнюю среду (как, например, газовая горелка нагревает комнату), они чрезвычайно эффективны при нагревании воды. Они отлично подходят для быстрого кипячения воды без нагрева квартиры. Электрический чайник также чрезвычайно эффективен в этом отношении.

Но есть один момент, о котором следует знать. Это называется перегрев, и он действительно настолько крут, насколько звучит. Нагрейте воду в емкости без дефектов с минимальными помехами (например, в микроволновой печи), и из-за отсутствия точек зарождения ее можно нагреть намного выше точки кипения, при этом она никогда не закипит.

Как только возникает турбулентность — например, небольшое колебание проигрывателя — пузырьки лопаются, разбрасывая горячую воду по всей внутренней поверхности микроволновой печи. Этого не происходит на плите, поскольку нагрев дна кастрюли создает множество конвекционных токов (движение между относительно горячими и холодными участками жидкости или газа).

Это очень похоже на мою жену, которая спокойно подавляет крошечные раздражения, пока малейшая помеха не приведет ее в ярость. В обоих случаях результаты не очень приятные. Лучше всего избежать этих жестоких последствий, прокомментировав, как хорошо сегодня выглядят волосы вашей воды, или воткнув в жену деревянную ложку перед тем, как поджарить ее в микроволновке.

Укрыться

Вот интересный случай. Допустим, я готовлю рагу в духовке. Я ставлю туда свою тяжелую голландскую печь, устанавливаю умеренную температуру 275 градусов и ухожу. В конце концов, вода должна закипеть при температуре 212 градусов, верно?

На самом деле, нет. Из-за охлаждающего эффекта испарения (требуется значительное количество энергии, чтобы молекулы воды поднялись с поверхности жидкости — энергия, которую они забирают у самой жидкости, охлаждая ее), открытая кастрюля с тушеным мясом в 275-градусной духовке максимум нагреется до 185 градусов. Хорошая новость для вас, потому что это как раз в зоне оптимальной температуры тушения.

Однако, накрыв кастрюлю крышкой, вы сократите количество испарения. Меньшее испарение означает более высокую максимальную температуру. В ходе моего быстрого домашнего теста накрывание крышкой повысило температуру в кастрюле почти на 25 градусов!

Все, что вы хотели знать (и даже больше!) о кипячении воды | Пищевая лаборатория

По этой причине я обычно тушу или готовлю с приоткрытой крышкой. Это позволяет достаточно испаряться, чтобы поддерживать температуру, но не настолько, чтобы верхняя поверхность тушеного блюда обезвоживалась или зарумянивалась.

Трюки на вечеринке

Викторина: У меня есть две одинаковые сковороды. Одна поддерживается при температуре 300°F на конфорке, а другая — при 400°F. Затем я добавляю в каждую сковороду по пол-унции воды и засекаю время, необходимое для испарения воды. Насколько быстрее испаряется вода в кастрюле с температурой 400°F, чем в кастрюле с температурой 300°F?

• A. Примерно в десять раз быстрее.
• B. На 4/3 скорости.
• C. Почти с такой же скоростью.
• D. Не выше и фактически не противоположное тому, что вы ожидаете, потому что Вселенной нравится быть запутанной.

Вы поняли. Вода на сковороде с температурой 400°F будет испаряться дольше. На самом деле, когда я проводил этот тест дома, воде на горячей сковороде потребовалось почти в десять раз больше времени, чтобы испариться. Это противоречит практически всему, что мы узнали до сих пор, не так ли? То есть, горячая сковорода = больше энергии, а больше энергии = быстрее испарение, верно?

Впервые этот принцип был замечен Иоганном Готлобом Лейденфростом, немецким врачом XVIII века. Эпическая крутизна его наблюдения сравнима только с эпической крутизной его прически. Оказывается, если придать капле воды на сковороде достаточно энергии, образующийся при этом пар будет давить с такой силой, что фактически поднимет каплю воды с поверхности сковороды. Не находясь больше в непосредственном контакте со сковородой и изолированная этим слоем пара, передача энергии между сковородой и водой становится весьма неэффективной, поэтому вода испаряется очень долго.
20100813-water-boiling-leidenfrost.jpg

Этот эффект может быть весьма полезен на кухне.

Все, что вы хотели знать (и даже больше!) о кипячении воды | Пищевая лаборатория

Капните капельку воды на сковороду во время ее нагревания. Если она остается на поверхности и быстро испаряется, значит, температура на сковороде не превышает 350°F или около того — неоптимальная температура для большинства видов соления и тушения. С другой стороны, если сковорода достаточно горячая, чтобы начал действовать эффект Лейденфроста, вода образует четкие капли, которые скачут по поверхности металла и испаряются довольно долго. Поздравляем: Ваша кастрюля достаточно горячая, чтобы в ней готовить.

Если поместить холодное молоко в кастрюлю и медленно нагревать его, в итоге вы получите слой подрумяненных белков, прилипших ко дну кастрюли. Но если предварительно нагреть кастрюлю перед добавлением молока, эффект Лейденфроста предотвратит прямой контакт молока с кастрюлей на начальном этапе нагрева, что эффективно предотвратит пригорание молока.

Еще круче: вы можете вылить небольшое количество жидкого азота на язык, и это не вызовет никаких неприятных ощущений. Газообразный азот, испаряющийся из этой сверххолодной жидкости, образует защитный слой, изолирующий ваш язык. Я не рекомендую пробовать это дома.

Итак. Подведем итог: все на самом деле настолько просто или сложно, насколько вы этого хотите. Вы можете беспокоиться обо всем этом, а можете просто вытаскивать забавные факты в случайных разговорах, когда хотите показаться умным, и продолжать просто ставить кастрюлю на плиту, когда вы действительно готовите. В большинстве случаев все будет получаться само собой.

Я думаю, что мне удалось охватить все основы, но, пожалуйста, не стесняйтесь задавать любые другие вопросы по этой увлекательной теме в комментариях!