Проще говоря, если вы запекаете что-то при температуре 400 градусов, оно приготовится быстрее снаружи, но останется сырым внутри. Если готовить при более низкой температуре, блюдо приготовится более равномерно. А если перед приготовлением довести блюдо (если это мясо или что-то холодное) до комнатной температуры, оно приготовится более равномерно и быстрее.

Действительно, существует отрицательная корреляция между временем приготовления и температурой: чем выше температура, тем меньше время приготовления. Но эта зависимость сильно нелинейна. Даже если учесть, что температура измеряется по относительной, а не интервальной шкале, где реальный ноль находится на отметке 0 Кельвинов, это всё равно вам не поможет.

Внутренняя температура

Рассмотрим сначала более простую часть процесса: взаимосвязь между внутренней температурой продукта и степенью его готовности. При приготовлении пищи с помощью тепла мы ожидаем, что произойдут определённые термодинамические изменения. Например, в случае с мясом мы ожидаем, что белки денатурируют. Это означает, что вы начинаете с довольно скрученной белковой молекулы, и после того, как она совершит достаточное количество броуновских движений, она немного распрямляется, теряя некоторые из более слабых связей между атомами.

Вероятность денатурации молекулы за постоянное время, скажем, за 1 секунду, должна примерно соответствовать распределению Гаусса и зависеть от температуры продукта (чем выше температура, тем сильнее молекула трясётся и движется, а также сталкивается с другими молекулами, что приводит к разрыву слабых тройных и четвертичных связей):

Согласно центральной предельной теореме, из миллионов молекул в вашем блюде указанное выше распределение также показывает, какой процент из них перейдёт в приготовленное состояние через секунду. Это объясняет, почему при нагревании сахарного сиропа он почти мгновенно превращается в карамель при определённой температуре — вы достигли температуры, при которой более 99 % ваших молекул перейдут в карамелизованное состояние через секунду. Но если оставить сахар на очень долгое время при более низких температурах, он тоже карамелизируется. Это происходит потому, что за несколько секунд карамелизуется одна молекула из десяти тысяч, и в результате весь кусок сахара карамелизируется. С другой стороны, комнатная температура настолько низкая, что, возможно, только одна молекула из миллиарда превратится в сахар при комнатной температуре, и вам придётся ждать веками, пока весь сахар не карамелизируется. Это происходит потому, что вы находитесь почти в горизонтальной точке в крайнем левом углу кривой.

Таким образом, время и internal food temperature связаны очень нелинейной зависимостью. Теоретически вы могли бы делать какие-то прогнозы, если бы знали параметры mu и sigma кривой Гаусса; однако они будут меняться в зависимости от продукта и процесса, который вы хотите запустить. Денатурация белков, описанная выше, — один из таких процессов, а карамелизация — другой, но они подчиняются одному и тому же общему закону. Большинство из них подчиняются. (Исключением может быть плавление кристаллических веществ, таких как какао-масло, у которых есть чётко определённая температура плавления).

На самом деле расчёт может выглядеть так: при температуре 56 градусов по Цельсию стейк готовится за 1 секунду (технически это означает, что по крайней мере 99 % миозина в нём денатурируют). При температуре 55 градусов по Цельсию это может занять полминуты, при температуре 54 градуса по Цельсию — 3 минуты, при температуре 50 градусов по Цельсию — 15 минут и так далее. Здесь я использую случайные числа. Вы можете найти точные значения для мяса, если поищете кривые су-вид. Сомневаюсь, что есть легкодоступные источники для других процессов, таких как карамелизация или гелеобразование крахмала. Дело в том, что зависимость существует, но её нельзя предсказать интуитивно, потому что она сильно отличается от линейной, а большинство людей могут интуитивно предсказывать только линейные связи.

Теплопередача

Но всё становится ещё сложнее. Вы не можете нагреть каждую молекулу по отдельности. Давайте на время забудем о микроволновках, они вам не особо помогут, да и у них нет режима регулировки температуры. У вас есть источник тепла, например плита, духовка или открытый огонь, и вы хотите передать тепло продуктам. Тепло передаётся на поверхность пищи посредством конвекции, теплопроводности и излучения, а внутрь проникает в основном за счёт теплопроводности твёрдых продуктов и сочетания конвекции и теплопроводности для жидкостей. Таким образом, когда вы нагреваете поверхность пищи до 100 градусов по Цельсию, внутри она остаётся намного холоднее.

А сколько времени нужно, чтобы разогреть продукты внутри? Ну, это зависит в основном от формы продуктов и их химического состава. Это объясняет, почему рецепты, в которых указано время приготовления в зависимости от веса (например, «запекайте мясо по 10 минут на каждые 250 г»), так плохи. В зависимости от формы вашего мяса это может занять гораздо больше или гораздо меньше времени. Другие факторы, например работа с высококачественным выдержанным мясом с плотными клеточными стенками и низким содержанием воды в отличие от мяса из панировочных сухарей с более высоким содержанием воды, также влияют на необходимое время.

Фактическая формула для расчёта времени, необходимого для запекания мяса при заданной температуре, описывается следующими дифференциальными уравнениями:

Я не знаю, что означают большинство этих переменных, и рад, что мне это и не нужно. И, конечно, у других процессов приготовления, таких как карамелизация или реакция Майяра (процесс, в результате которого образуется корочка), будет другая система уравнений, не менее сложная.

Нежелательные изменения

Иногда в процессе приготовления происходят процессы, которых вы не хотите. Один из примеров — подгорание пищи. Другой типичный пример — мясо. Оно состоит, грубо говоря, из двух типов белка: актина и миозина. Они денатурируют при разных температурах — у каждого из них своя кривая, и кривая актина смещена вправо. Когда денатурирует миозин, мясо становится medium, мягким и сочным. Когда денатурирует и актин, мясо становится well done, жёстким и сухим. Большинство людей пытаются денатурировать миозин, не затрагивая актин.

Есть и другие нежелательные изменения, например пригорание пищи или нагревание масла до такой степени, что оно начинает разлагаться. В целом вам нужно разогревать пищу, но часто бывает так, что вы не хотите доводить её до определённого состояния.

На практике

С практической точки зрения вам просто нужно смириться с тем, что при более низкой температуре приготовление блюда займёт больше времени. Если вы повысите температуру, время приготовления сократится, но вы рискуете достичь нежелательной температуры. Кроме того, у вас будет меньше времени на раскрытие вкуса, что важно в некоторых случаях (например, при приготовлении тушёных блюд), но не во всех (например, при приготовлении блинов).

Любая попытка добиться большей точности, чем указано выше, нецелесообразна. Реальные взаимосвязи слишком сложны. Теоретически можно подобрать полиномиальную аппроксимацию, значения которой гораздо проще вычислить (кажется, Дуглас Болдуин однажды сделал это для конкретного вида мяса), но поскольку вы не знаете, какие именно параметры нужно использовать для каждого продукта, это нецелесообразно, даже если у вас на кухне есть калькулятор.

Суть в следующем: не готовьте по времени.

Невозможно точно рассчитать, когда блюдо будет готово при заданной температуре. Если автор рецепта указывает приблизительное время, оно будет довольно неточным, поскольку зависит от формы блюда, материала и толщины сковороды, отклонений в температуре духовки и т. д. Поэтому вы даже не можете сказать что-то вроде: «Я знаю, что при 300 градусах по Фаренгейту блюдо готовится 30 минут, но я хочу знать, сколько времени потребуется при 350 градусах по Фаренгейту». Это занимает всего 30 минут при особых условиях, которые вы, возможно, неосознанно создаёте каждый раз, когда готовите жаркое, используя одну и ту же духовку, одну и ту же сковороду и мясо от одного и того же мясника.

Хорошая новость заключается в том, что для хорошей прожарки вам не нужны все вышеперечисленные ингредиенты. Ваше мясо приготовится в духовке, даже если вы не сможете рассчитать время приготовления. Вам просто нужно понять, когда его нужно достать, и хотя время для этого решения не подходит, есть много других, гораздо более надёжных способов. Термометр — самый простой метод, а опыт научит вас определять идеальную прожарку и без него — по запаху и видимым признакам, таким как цвет, текстура, количество пара и т. д.

Вот в чем наш вопрос:

Если рассуждать математически, то 200 градусов тепла в течение 10 минут должны быть эквивалентны 400
градусам тепла в течение 5 минут, но это не так, верно?

Чтобы показать, что это разные понятия, достаточно одного контрпримера.

Рассмотрим процесс варки яйца.
Если варить яйцо при температуре 105 градусов по Фаренгейту (40 градусов по Цельсию) в течение длительного времени,
то ни желток, ни белок не свернутся.

Если вы сварите его, скажем, при температуре 160 градусов по Фаренгейту (70 градусов по Цельсию), то в итоге получите яйцо вкрутую.

Яичный белок и яичный желток состоят из белков. При нагревании белков до определённой температуры они денатурируют. В случае с яйцом химическая реакция (денатурация) просто не произойдёт при более низких температурах.

Майкл из Herbivoracious отметил, что при повышении температуры в два раза тепловая энергия не увеличивается в два раза. Это часть проблемы, но её можно решить, и всё равно не получится приготовить еду должным образом.

kiamlaluno отметил, что вы подгорите снаружи, прежде чем приготовится внутренняя часть, что, на мой взгляд, ближе к сути. Причина в том, что теплу требуется некоторое время, чтобы проникнуть внутрь продукта. Если бы у вас была какая-нибудь теоретическая духовка, которая могла бы нагревать все продукты с одинаковой скоростью, то приготовление при более высокой температуре в течение более короткого промежутка времени дало бы вам желаемый результат. К сожалению, такого устройства не существует. Теплопередача описывается законом охлаждения Ньютона (dQ/dt = -h·AΔT)

Одна фундаментальная ошибка в этом вопросе: 400 градусов — это не в два раза жарче, чем 200 градусов. Температура — это мера кинетической энергии частиц. Единственная шкала, в которой можно использовать соотношение, которое вы себе представляете, — это шкала Кельвина, где измерения ведутся от абсолютного нуля.

400 F = 477.59 K

200 F = 366.48 K

Таким образом, кинетическая энергия воздуха в духовке при температуре 400 °F всего в 477/366 = 1,3 раза выше, чем при температуре 200 °F. В простых случаях, например при подсчёте времени, необходимого для испарения кастрюли воды, значение 1,3x, вероятно, довольно близко к истине, но, как уже отмечалось выше, при приготовлении настоящей еды в игру вступает множество других переменных.

Итак ...

Время приготовления по рецепту, в котором указано, что блюдо нужно выпекать при температуре 400 градусов в течение 30 минут, изменено на 450 и 350 градусов соответственно:

400 градусов по Фаренгейту = 477,594 градуса по Кельвину

477,594 x 30 минут = 14 327,82 тепловых единиц

450 F = 505,372 К

14 327,82 л. с. / 505,372 кВт = 28,35 или 28 минут 21 секунда

При приготовлении того или иного блюда происходит множество «вещей». Эти физические и химические (даже биологические) процессы требуют определённого оптимального диапазона температур (и влажности) и занимают определённое время.

Например, когда вы печёте хлеб, дрожжи в тесте остаются живыми до тех пор, пока температура не поднимется достаточно высоко, чтобы убить их. Они продолжают выделять газ, пока тесто поднимается. Тесто должно подняться до того, как пузырьки станут самыми большими, чтобы хлеб получился пышным. Если выделение газа достигнет пика до того, как температура поднимется достаточно высоко, пузырьки могут лопнуть; если температура поднимется слишком быстро, тесто поднимется слишком рано.

Если у меня жёсткий кусок мяса, я могу готовить его в течение 12 часов при низкой температуре и высокой влажности, чтобы сделать его мягче (и, возможно, в жидкости для тушения, чтобы придать ему аромат). Затем я могу готовить его в течение двух минут при очень высокой температуре, чтобы подрумянить поверхность, не повышая общую температуру, чтобы внутри мясо оставалось с кровью. Как правило, при приготовлении мяса на гриле нужно, чтобы внутренняя часть достигла определённой температуры, но при этом внешняя часть не пересохла слишком сильно. Так что это баланс между двумя крайностями. Если вам нужна внутренняя температура 150 градусов, чтобы убить бактерии или паразитов, вы можете представить, что готовите в течение 12 часов, пока весь кусок не достигнет этой температуры, но тогда вы потеряете много влаги. Вы могли бы увеличить мощность до 500 вт и надеяться, что внутренности разогреются быстрее, но к тому времени, когда внутренности будут готовы, мясо снаружи станет слишком горячим и, возможно, даже начнет чернеть. Где-то посередине вы готовите интерьер должным образом, а снаружи он немного подрумянивается и становится хрустящим.

Если вы готовите семена, например рис или фасоль, им требуется определённое время, чтобы впитать воду и стать достаточно мягкими для употребления в пищу. При высокой температуре это происходит быстрее. При варке в воде существует максимальный температурный предел — точка кипения.

Таким образом, инструкции по приготовлению оттачиваются методом проб и ошибок (и на основе здравого смысла), чтобы различные химические и физические процессы происходили в условиях, которые обеспечивают наилучший вкус и текстуру.

При повышении температуры (и сокращении времени приготовления) внешняя часть мяса подгорает, а внутренняя остаётся недостаточно прожаренной.
При более длительном приготовлении лучше смешиваются вкусы, а некоторые виды мяса остаются нежными.

В некоторых случаях, возможно, стоит использовать более высокую температуру, но недостаточно просто готовить меньше. Нужно исправить что-то ещё или сделать что-то, что не было бы необходимым, если бы вы готовили при более низкой температуре.