Un errore fondamentale in questa domanda: 400 gradi è non due volte più caldo di 200 gradi. La temperatura è una misura dell'energia cinetica delle particelle coinvolte. L'unica scala su cui si può fare il tipo di rapporto che si sta immaginando è Kelvin - si deve misurare da zero assoluto.

400 F = 477.59 K
200 F = 366.48 K

quindi l'energia cinetica dell'aria nel forno è solo circa 477366 = 1,3 volte più alta a 400 F che a 200. Per i casi semplici, come ad esempio quanto tempo ci vuole per far evaporare una pentola d'acqua, 1,3x è probabilmente abbastanza vicino a destra, ma come si è detto sopra, ci sono tutta una serie di altre variabili che entrano in gioco con il cibo reale.

Quindi …

Variazioni del tempo di cottura per una ricetta che richiede 400 gradi per 30 minuti convertiti in un tempo di cottura di 450 e 350:

400 Farenheit = 477,594 Kelvin

477,594 x 30 minuti = 14327,82 HeatPoints

450 F = 505,372 K

14327,82 HP 505,372 K = 28,35 o 28 minuti 21 secondi

Molte “cose” accadono nella cottura di un determinato piatto. Questi processi fisici e chimici (anche biologici) richiedono un certo intervallo ottimale di temperatura (e umidità) e richiedono un certo tempo per essere completati.

Per esempio, quando si cuoce il pane, il lievito nell'impasto rimane vivo fino a quando la temperatura non sale abbastanza in alto da ucciderlo. Continua a produrre gas quando il calore inizia a regolare l'impasto. L'impasto dovrebbe indurirsi proprio come le bollicine sono alla loro dimensione massima per il pane soffice. Se la produzione di gas raggiunge un picco prima che la temperatura sia abbastanza alta, le bolle possono collassare; se la temperatura sale troppo velocemente, l'impasto si solidifica troppo presto.

Se ho un pezzo di carne duro, potrei cuocerlo per 12 ore a bassa temperatura e ad alta umidità per renderlo tenero (e magari in un liquido per brasatura per aggiungere sapore). Poi posso cuocerlo per due minuti a temperatura molto alta per far rosolare la superficie senza alzare la temperatura complessiva, in modo che l'interno rimanga raro. In generale, quando si cuoce a secco, spesso si vuole che l'interno raggiunga una certa temperatura, senza che l'esterno si asciughi troppo. Quindi è un equilibrio tra due estremi. Se si vuole una temperatura interna di 150 per uccidere batteri o parassiti, si può immaginare di cucinare per 12 ore fino a quando il pezzo intero non raggiunge quella temperatura, ma poi si perde molta umidità. Si potrebbe arrivare a 500 e sperare che l'interno si riscaldi più velocemente, ma quando l'interno è pronto, la carne all'esterno diventa troppo calda e forse inizia anche ad annerirsi. Da qualche parte in mezzo si ottiene l'interno fatto correttamente, con l'esterno appena un po ‘brunito e croccante.

Se si stanno cucinando i semi come il riso o fagioli, ci vuole una certa quantità di tempo per i semi di assorbire l'acqua e diventare abbastanza morbido per mangiare, e questo accade più velocemente se la temperatura è alta. Durante la cottura in acqua si ha un limite massimo di temperatura, al punto di ebollizione.

Quindi, le istruzioni di cottura sono calibrate per tentativi ed errori (e intuizione educata) per permettere che i diversi processi chimici e fisici avvengano nelle condizioni che producono il miglior sapore e la migliore consistenza.

È vero che esiste una correlazione negativa tra tempo di cottura e temperatura: più alta è la temperatura, più breve è il tempo di cottura. Ma è altamente non lineare. Anche se si dovesse tener conto del fatto che la temperatura viene misurata su un rapporto , non su una scala di intervallo dove lo zero reale è a 0 Kelvin, non vi sarà comunque di alcun aiuto.

Temperatura interna

Considerate prima la parte più semplice del processo: la relazione tra la temperatura interna del cibo e la donosità del cibo. Cucinare il cibo con il calore è in attesa di alcuni cambiamenti termodinamici, ad esempio nel caso della carne, si attende che le proteine si denaturino. Questo significa che si inizia con la molecola proteica piuttosto riccia, e dopo aver sofferto abbastanza movimento browniano, si dipana un po’, perdendo alcuni dei legami più deboli tra gli atomi.

La probabilità che una molecola venga denaturata dopo un tempo costante, diciamo 1 secondo, dovrebbe seguire approssimativamente una distribuzione gaussiana, a seconda della temperatura del cibo (temperatura più alta -> la molecola si scuote e si muove di più, e urta di più contro altre molecole, il che fa scattare i legami ternari e quarti di ternario deboli): Per il teorema del limite centrale , dei milioni di molecole presenti nel cibo, la distribuzione di cui sopra vi dice anche quale percentuale di esse sarà convertita allo stato cotto dopo un secondo. Questo spiega perché, se si riscalda lo sciroppo di zucchero, si ottiene caramello a una data temperatura quasi istantaneamente - si è raggiunta la temperatura in cui oltre il 99% delle molecole si convertirà allo stato caramellato dopo un secondo - ma se si lascia lo zucchero per un tempo molto lungo a temperature più basse, caramellerà anche . Questo perché dopo un numero sufficiente di secondi di una molecola su diecimila che viene caramellata al secondo, si ottiene l'intera zolletta di zucchero caramellata. D'altra parte, la vostra temperatura ambiente è così bassa che forse solo una molecola su un miliardo si convertirà in zucchero immagazzinato a temperatura ambiente e dovrete aspettare secoli perché tutto si caramellizzi. Questo perché vi trovate in un punto quasi piatto all'estrema sinistra della curva.

Quindi, il tempo e ["internal food temperature"] sono collegati in modo molto non lineare. In teoria si potrebbero fare delle previsioni, se si conoscessero i parametri mu e sigma della curva gaussiana; tuttavia, essi cambieranno con il prodotto alimentare e il processo che si vuole che avvenga. La denaturazione delle proteine illustrate sopra è uno di questi processi, la caramellizzazione è un altro, ma governato dalla stessa relazione generale. La maggior parte di esse lo sono. (Un'eccezione sarebbe la fusione di sostanze cristalline come il burro di cacao, che hanno un punto di fusione ben definito).

Il calcolo effettivo potrebbe andare in questo modo: a 56 Celsius, ci vuole 1 secondo per cuocere una bistecca (tecnicamente, per almeno il 99% della miosina su di essa per essere denaturata). A 55 gradi Celsius, potrebbe richiedere mezzo minuto, a 54 gradi Celsius, 3 minuti, a 50 gradi Celsius, 15 minuti, e così via. Sto usando numeri casuali qui, potete trovare i numeri veri per la carne se vi guardate intorno per le curve sous vide, dubito che ci siano fonti facilmente accessibili per altri processi come la caramellizzazione o la gelatinizzazione dell'amido. Il punto è che c'è una dipendenza, ma non si può prevedere intuitivamente, perché si discosta molto da una lineare, e la maggior parte delle persone può prevedere intuitivamente solo connessioni lineari.

Trasferimento di calore

Ma diventa ancora più complicato. Non si può riscaldare ogni molecola singolarmente. Dimentichiamoci delle microonde per un po’, non ti aiutano molto, e comunque non hanno impostazioni di temperatura. Quello che hai è una fonte di calore, come una stufa, un forno o un fuoco aperto, e vuoi trasferire calore al cibo. Il calore viene trasferito per convezione, conduzione e radiazione alla superficie del cibo, e si diffonde all'interno principalmente per conduzione per i cibi solidi e una combinazione di convezione e conduzione per i fluidi. Quindi, quando si è riscaldata la superficie del cibo a 100 gradi Celsius, l'interno è molto più freddo.

E quanto tempo ci vuole per riscaldare l'interno del cibo? Beh, questo dipende principalmente dalla geometria del vostro cibo e dalla sua composizione chimica. Questo spiega perché le ricette che ti dicono di cucinare il cibo per un determinato tempo per peso (ad esempio “arrostire la carne per 10 minuti per 250 g) sono così pessime. A seconda della forma della vostra carne, ci vorrà molto più o meno tempo. Altri fattori, come ad esempio il fatto di avere a che fare con carne stagionata di alta qualità con pareti cellulari strette e basso contenuto d'acqua in contrapposizione alla PSE meat con il suo più alto contenuto d'acqua cambierà anche il tempo necessario.

La formula effettiva per calcolare il tempo necessario per arrostire la carne ad una data temperatura è descritta da queste equazioni differenziali:

Non so cosa significhi la maggior parte di queste variabili, e sono felice di non doverlo fare. E naturalmente, altri processi di cottura come la caramellizzazione o il Maillard (il processo che crea le croste) avranno un sistema di equazioni diverso, altrettanto complicato.

Modifiche indesiderate

Ci sono a volte processi in cucina che non si vuole che avvengano. Un esempio è il cibo che si brucia. Un altro esempio tipico è la carne. Essa è composta, più o meno, da due tipi di proteine, l'actina e la miosina. Si denaturano a temperature diverse - ognuna di esse ha una propria curva, e quella dell'actina è spostata a destra. Quando la miosina si denatura, la carne è ["medium"], morbida e succosa. Quando l'actina denatura anche la carne è ["well done"], o dura e secca. Ciò che la maggior parte delle persone cercano di ottenere è quello di denaturare la miosina, ma senza cambiare l'actina.

Ci sono anche altri cambiamenti indesiderati, come bruciare il cibo, o ottenere il vostro olio caldo fino al punto di decomposizione. Quindi in genere si vuole far riscaldare il cibo, ma spesso c'è un limite che non si vuole raggiungere.

In pratica

In pratica, basta vivere con la consapevolezza che abbassando la temperatura il cibo richiederà più tempo prima di essere cotto. Se lo rendete più caldo, ci vorrà più tempo, ma rischiate di raggiungere una temperatura indesiderata. Lasciate anche meno tempo per lo sviluppo dei sapori, il che è importante in alcuni casi (ad es. stufati) ma non in altri (ad es. frittelle).

Qualsiasi tentativo di ottenere una maggiore precisione rispetto a quanto sopra non è pratico. Le relazioni effettive sono troppo complicate. In teoria è possibile inserire un'approssimazione polinomiale i cui valori sono molto più facili da calcolare (credo che Douglas Baldwin l'avesse fatto una volta per un taglio di carne specifico), ma poiché non si conoscono i parametri specifici da usare per ogni alimento, non è una proposta pratica anche se si tiene una calcolatrice in cucina.

La linea di fondo: non cucinare a tempo.

Non è possibile calcolare in modo affidabile quando il cibo sarà fatto ad una data temperatura. Se l'autore di una ricetta vi dà un'approssimazione, sarà piuttosto impreciso, perché dipenderà dalla forma del vostro cibo, dal materiale e dallo spessore della vostra padella, dalle deviazioni di temperatura del vostro forno, ecc. Quindi non si può nemmeno dire qualcosa del tipo "So che ci vogliono 30 minuti a 300 Fahrenheit, voglio sapere quanto tempo ci vuole a 350 Fahrenheit”. Ci vogliono solo 30 minuti in condizioni molto particolari, che forse inconsapevolmente replichi ogni volta che arrostisci, usando lo stesso forno, la stessa padella e la carne dello stesso macellaio.

La buona notizia è che non hai bisogno di quanto sopra per cucinare bene. La carne viene cotta nel forno anche se non è possibile calcolare quanto sopra. Devi solo giudicare quando toglierla, e anche se il tempo è piuttosto inutile per questa decisione, ci sono molti altri, molto meglio, segni per questo. Il termometro è il metodo più semplice, e l'esperienza vi insegnerà a riconoscere la perfetta donazione anche senza di esso, dall'odore e da indizi visibili come il colore, la consistenza, la quantità di vapore, ecc.

Michael a Herbivoracious ha sottolineato che raddoppiare la temperatura non raddoppia il calore. Questo è parte del problema, ma si può correggere, e ancora non si ottiene cibo cotto correttamente.

kiamlaluno ha sottolineato che si brucia l'esterno prima di cucinare l'interno, che penso sia più al vostro punto di vista. Il motivo è che il calore richiede un certo tempo per arrivare all'interno del cibo. Se doveste avere una sorta di forno teorico che potesse riscaldare tutti i vostri cibi esattamente alla stessa velocità, allora cucinare a una temperatura più alta per un periodo di tempo più breve vi darebbe i risultati che state cercando. Purtroppo, un tale dispositivo non esiste. Il trasferimento di calore è descritto dalla legge di Newton sul raffreddamento (dQdt = -h-AΔT)

Il passaggio ad una temperatura più alta (e la cottura per meno tempo) ha l'effetto generale di bruciare l'esterno della carne, e di ottenere l'interno non perfettamente cotto. Cucinare per un tempo più lungo ha poi l'effetto di mescolare meglio i sapori, e mantenere alcuni tipi di carne tenera.

In casi specifici, è probabilmente possibile utilizzare una temperatura più alta, ma semplicemente cucinare meno non è l'unica cosa che deve essere fatta; c'è qualcos'altro che deve essere corretto, o qualcosa che deve essere fatto e non era necessario se si sarebbe cucinato a temperatura più bassa.

Questa è la domanda:

Parlando matematicamente, 200 gradi di calore per 10 minuti dovrebbero essere uguali a 400 gradi di calore per 5, ma non è così, giusto?

Per dimostrare che le due cose sono diverse, basta un solo esempio di contatore.

Considerate l'ebollizione di un uovo. Se fate bollire l'uovo a 105 Fahrenheit (40 Celsius) per un periodo di tempo prolungato, né il tuorlo d'uovo né l'albume si stabilizzeranno.

Se lo cuocete a, diciamo, 160 Fahrenheit (70 Celsius) alla fine otterrete un uovo sodo.

L'albume e il tuorlo d'uovo sono costituiti da proteine. Quando le proteine vengono riscaldate a una certa temperatura, le proteine si denaturano. Nel caso dell'uovo la reazione chimica (denaturazione) semplicemente non si attiva a temperature più basse.

In parole povere, se cuocete qualcosa a 400 gradi, la cottura sarà più veloce all'esterno, quindi sarà più veloce all'esterno e più veloce all'interno, se cucinate a una temperatura più bassa, la cottura sarà più uniforme e se portate la vostra cottura (se si tratta di carne o di qualcosa di freddo) a temperatura ambiente prima di cucinarla, la cottura sarà più uniforme e più veloce.