В прошлый раз я написал статью про виды поверхностей для выпечки, а также сделал некий эксперимент и подтвердил на практике, что существует значительная разница в выпечке на специализированной поверхности и на противне. И когда я начинал писать ту статью, у меня был маленький практический вопрос, на который я хотел ответить. Но как это у меня обычно бывает, в процессе написания, я начал задаваться смежными вопросами и почти дошел до «сотворения вселенной». В итоге я 3 раза статью переписывал и понял, что вопросы, связанные с температурой – это нормальная такая глубокая тема, которая вот ни разу не однозначная в плане существующих «истин». Поэтому я решил, что ту статью я допишу как хотел, без лишних добавлений, а потом углублюсь в физику, в частности в термодинамику, и пройдусь по процессу выпечки и что там происходит на самом деле.
И вот статья здесь. Статья полная физики и неожиданностей :)
Спойлер
Начну со спойлера, который вам ничего не даст. Ха-ха.
Тесто достаточно плохой теплопроводник. Его теплопроводность составляет примерно 0,3 Вт/м·К.
При этом, чем тесто менее влажное, тем проводит тепло хуже и наоборот.
Вот и живите теперь с этим 😁
Базовая термодинамика
Слово термодинамика состоит как бы из двух слов. Термо – температура, и динамика – движение или перенос.
Писать конспект школьного урока физики я тут не буду. Вы же его не пропустили? Особенно в части того, что температура - это внешнее проявление энергетического состояния и т.п.
Динамика нас будет интересовать в трех видах:
- Кондукция – контактный перенос тепла
- Излучение (радиация☢️😁) – волновой перенос тепла
- Конвекция – кондукционный перенос тепла посредством движения воздушный потоков
Так вот, первое и базовое. Хлеб не нагревается просто при помещении его в горячую печь (духовку) от того, что воздух горячий. Нагрев это передача энергии посредством конкретных процессов. И при наличии разницы температур у тел внутри печи всегда происходит выравнивание этих температур (не научный термин, если что).
Например. Возьмем обычный противень. Он обладает хорошей теплопроводностью и плохой теплоемкостью. Когда вы кладете на него тесто, которое должно стать хлебом, температурой 24С, оно не просто нагревается, а еще и противень охлаждается. Учитывая, что изначально противень был градусов пусть 250С, и это большая разница температур, то это способствует быстрому переносу тепла. Так вот, не просто тесто может нагреться до 33С, при этом противень может стать температурой 80С. Это не строгий математический расчет, это для понимания.
Основной вклад в перенос тепла в домашней духовке три вида динамики (кондукция, излучение, конвекция) вносят в зависимости от настроек вашего процесса.
Излучение происходит всегда. Излучение – это когда твердый объект испускает из себя электромагнитные волны, в нашем случае в инфракрасном спектре, а другой предмет их поглощает. В духовке базовым излучателем является сам корпус, т.е. его стенки, дно и также ТЭН (нагревательный элемент), который является первостепенным излучателем. Кода вы включаете духовку, ТЭН нагревается из-за большого сопротивления, и передает тепло на корпус духовки. В основном посредством излучения. Таким образом, корпус печи, в меру своей теплоемкости, накапливает тепло и излучает его во внутреннее пространство печи.
Для понимания работы излучения надо иметь в виду один закон. Стефана-Больцмана.
Если по-человечески, то суть его для нас в том, что при изменении расстояния от излучателя до теста, интенсивность нагрева изменяется не линейно. Т.е., например, интенсивность теплового излучения в голландской печи (dutch oven, чугунный казан) от крышки будет значительно больше, чем интенсивность просто в духовке.
Для пиццы излучение категорически важно, чтобы сформировалась хорошая корка на борте. Если это применимо к типу пиццы.
Кстати, для передачи тепла излучением не требуется посредник в виде твердого тела или газообразной среды. Это хорошо видно на примере космоса.
Кондукция тоже происходит всегда. Но в большей или меньшей степени. Тесто на противне – это кондукция. Если взять противень, то в первую минуту передача теплового потока тесту с помощью кондукции может быть значительной. Но потивень быстро потратит накопленное тепло и интенсивность кондукции сильно упадет. Напротив, если вы положили тесто на сантиметровый стальной лист (если у вас такой есть, то расскажите в комментариях, как оно - его таскать), то передача тепла с помощью кондукции будет иметь наибольшую значимость в наборе хлебом тепла. Таким образом, кондукция может быть как основным источником нагрева, так и «одним из».
Кстати, противень, или стальной лист, выступают не только проводниками кондукции. Как любое твердое тело, они передают тепло с помощью излучения. Излучение от поверхности для выпечки может попадать на бока, а также на «дно» теста в тех местах, где оно не прилегает к поверхности полностью.
Конвекция в духовке происходит почти никогда, если вы не включили вентилятор. Для естественной конвекции нужна разница температур, чтобы теплый воздух поднимался, а холодный опускался. С одной стороны, конвекция может ускорить приготовление хлеба и способствовать более коричневой корке. С другой, она сильно высушивает продукт. Чем большая поверхность продукта имеет контакт с воздухом, тем более интенсивно будет высушивание. Речь, в большей степени, про пиццу. На конвекции ее пересушить - как нечего делать. Я бы не использовал конвекцию для пиццы, или очень грамотно это делал.
Конвекция как термин описывает движение тепла внутри среды. А тепло на объект (тесто), находящийся внутри среды, в которой происходит конвекция, передает также кондуктивным способом: "горячие" молекулы среды при перемещении сталкиваются с "холодными" молекулами объекта.
Кстати, если, допустим, вы делаете пиццу или хлеб в духовке, на стальном листе и без конвекции, то, как бы это ни было парадоксально, то что при открытии дверцы горячий воздух уходит для вашей выпечки, имеет примерно никакое значение. 5 минут открытой я бы не держал, но разницы в 10 сек. или 60 сек. особо нет.
Чтобы добавить немного циферок и понимания. Допустим, мы готовим стиль Нью-Йорк в духовке при 250С. У нас есть стальной лист 6мм. Диаметр пиццы 35см, а вес теста 250 гр. Конвекцию мы не включали. Так вот тепловой поток составит:
- Кондукция – 1 631 Вт (Дж/с)
- Излучение – 329 Вт (Дж/с)
Вот вам и разница.
Разные виды печей и как они эксплуатируют термодинамику
Немного отвлекусь на практические вопросы. Из обозначенных выше процессов нет хороших и плохих, всегда вопрос умения. Но физика переноса тепла учтена в конструкции разных печей.
Коммерческие пекарские шкафы (это куда еще хлеб на тележках завозят) обычно работают исключительно на конвекции. По понятным причинам. Когда в печь заезжает тележка с 30 поддонами теста, очевидно не прогретая, то на излучение и кондукцию особого расчета нет.
Пицца-печи обычно делают небольшими и низкими, чтобы поместилась как раз 1 пицца. При таком раскладе роль излучения при передаче тепла сильно больше, что позволяет получить неполитанскую леопардовую корку. Закон Стефана-Больцмана, он самый, в действии. Также толстый камень в основании, чтобы кондукция не затухла, и основа пиццы хорошо пропеклась. В газовых печах присутствует немаленькая конвекция, для работы горелок.
Голландская печь, или чугунный казан, или dutch oven, тоже максимально эксплуатируют излучение и кондукцию. Но, для большого подъема, а больше их особо не для чего использовать, они еще позволяют эффективно поддерживать влажность, потому что внутренний объем казана маленький, и даже небольшое количество воды создадут внутри большую влажность. То самое обрызгивание теста из пульверизатора.
О какой температуре мы вообще говорим?
Казалось бы, странный вопрос. Очевидно, об одной и той же. Но, на самом деле, не факт, что очевидно.
В процессе выпечки температур несколько:
- Температура воздуха внутри печи
- Температура корпуса / стенок внутри печи
- Температура поверхности для выпечки
- Температура корки теста
- Температура центра теста
И, если использовать предварительный прогрев, первые три, скорее всего, будут одинаковые, но вот с двумя последними надо разобраться. И тут как раз нужен спойлер из начала статьи :)
Кондукция, излучение и конвекция передают тепло на поверхность теста. И никак иначе. А дальше происходит кондукция внутри теста. А как нам подсказывает спойлер, происходит она так себе.
Для понимания теплопроводности теста. Если взять тесто диаметром 20 см, весом 1 кг, температуру духовки 250С, а также прогретый стальной лист 6мм. Принять плотность теста как 1000кг/м3. То, ориентировочно, при достижении коркой температуры 100С, температура центра теста будет примерно 34С.
Дальше я буду говорить о температурах и что там происходит при них, но имейте в виду, что я говорю об условной температуре. Условной потому, что она неоднородна внутри теста. В одних местах будут идти одни процессы, а в других – другие.
Процессы в тесте при выпечке
Заголовок про тесто, а не про отца жены :)
Итак:
- 25-35С оптимальная температура активности дрожжей. Поскольку перед выпечкой активность эта анаэробная, то они активнее выделяют СО2. Поэтому для ускорения расстойки в коммерческой выпечке есть шкафы для расстойки, где температуру могут держать как раз те самые 35С. Не чтобы СО2 было больше (больше, чем его может быть внутри его не будет), а для ускорения.
- 30-50С оптимальная температура активности ферментов (амилаза, протеаза). Перерасстойка, особенно при высокой температуре, может повлиять на структуру хлеба. Потому что как я писал в статье про дрожжевую ферментацию – протеазы разрушают глютеновый каркас.
- 50С+ высокий риск гибели дрожжей
- 50-60С начало разрушения ферментов
- 50-60С белки начинают сворачиваться, тесто начинает терять клейкость, белки постепенно отдают воду
- 60С начало желатинизации крахмала
- 60-70С дрожжи отправляются «на покой»
- 65-80С крахмал активно поглощает воду
- 70-80С полная инактивация ферментов
- 70-80С структура теста фиксируется, формируется мякиш
- 85С полная желатинизация крахмала
- 85С мякиш стабилизируется
- 90С-100С белки полностью коагулируют, выпечка приобретает окончательную текстуру
- 100С температура кипения воды. Как это ни удивительно, пока вода не выкипит полностью температура выше 100С не поднимется. Это я про корочку хлеба.
- 120С запускается реакция Майяра. Та, которая про карамелизацию, и которая дает золотистую корочку.
- 140С-180С оптимальная температура реакции Майяра
- 180С+ может начинаться горение сахаров, корочка будет становиться более коричневой
- 250С+ начинается обугливание, как раз та самая леопардовая корочка на неаполитане, или черненькая основа на Нью-Йорке
Эти все процессы происходят неравномерно из-за неравномерного распределения температуры внутри. И ваша ключевая задача так синхронизировать происходящее в будущей булке при выпекании, чтобы к моменту нужной корочки внутри все пропеклось. Когда после выпечки мякиш липкий и сырой – значит крахмал не завершил свою трансформацию.
Кстати, если температура на поверхности теста может легко подниматься выше 250С, то внутри него она никогда не поднимется выше 100С. Точнее, она может подняться выше, но тогда будет не хлеб, а сухарь :)
Немного про влажность
Влажность в процессе выпечки хлеба крайне важна для подъема в печи. Если ваш тип хлеба предполагает большой подъем в печи после расстойки, то вам обязательно нужно добавить в печь влаги в виде пара.
Делается это, чтобы не дать корке образоваться слишком рано. Как только корка становится сухой и не эластичной, то хлеб уже никак не поднимется.
По факту вам надо именно увлажнять корку. Делать это можно и как обрызгав ее из пульверизатора, и поставив в печи емкость с водой (только заранее, чтобы она успела дойти до парообразования). Обрызгивание эффективно если вам не нужен большой подъем, или если вы готовите в казане, где объем воздуха маленький.
Также, если заниматься увлажнением, не забывайте воду / влагу убрать в нужный момент (обычно через минут 10), чтобы корка могла сформироваться. Если воду не убрать, то верхний слой теста будет постоянно увлажненный и корки не будет. Собственно, будет паровая булочка :)
Предварительный нагрев и поверхности для выпечки
Теперь к двум практическим вопросам.
Всех всегда и постоянно учат предварительно прогревать все что можно перед выпечкой. Но необходимо ли это на самом деле?
Наука и практика говорят, что нет. И для того, чтобы это осознать, необходимо вспомнить про спойлер в начале статьи. Вся проблема в том, что на поверхность теста вы можете передать хоть нечеловеческое количество тепла. Но внутрь оно будет проходить все так же медленно.
Поэтому, на что реально влияет большое разовое количество тепла – это корочка.
Безрисково можно взять голандскую печь в разогретом варианте, и в холодном. Положить в обе условный тартин. И через определенное время они будут примерно одинаковы по объему и текстуре мякиша. Разница будет в том, что у «холодного» будет менее хрустящая корочка и более тонкая, готовится он будет несколько дольше, и его не надо будет увлажнять. Т.е. «холодный» вариант экономит вам электричество, воду (усилия), но забирает корочку, если она нужна.
Ключевой вопрос для «холодного старта» - мощность вашей печи. Если у нее мощный ТЭН и высокая излучательная способность, то чугун, за счет своих свойств и черного цвета, будет впитывать тепловой поток достаточно быстро, и передавать его на хлеб. За счет того, что внутри казана хлеб находится близко к стенкам, то Стефан и Больцман нам намекают, что интенсивность излучательного теплового потока внутри будет высокая. Скорее всего, через некоторое небольшое время после начала выпекания, скорость теплового потока ограничится впитывающими возможностями теста. А в части корки, в любом случае, получается, что за промежуток времени она в сумме получит меньше теплового потока, чем если бы тесто клали в предварительно нагретый казан. Поэтому она будет мягче. Но из-за «холодного старта» терять влагу в начале она будет меньше и будет позволять булке увеличиваться в размере.
В интернете под это можно найти не одно практическое сравнение. А поскольку я люблю пиццу, а не тартины, то заморачиваться я с этим не буду. Попробуйте сами и поделитесь фотками в комментах.
Хотя, может быть, чиабатту в прогретой и холодной духовке я сравню :)
Поверхности для выпечки подвержены тем же ограничениям. Тесто будет вбирать в себя столько, сколько оно может. Другой вопрос, что если сравнивать с противнем, то там в любом случае эффект будет 😁
Скажем, хлеб на стальном листе быстрее, чем на камне, не приготовится. Весь вопрос тут в корке. И он крайне важен для пиццы, но не особо для хлеба. Пицца тонкая и готовится быстро, и сыр готовится быстро. И за этот небольшой промежуток времени основу надо прогреть так, чтобы реакция Майяра прошла и сахара ушли в обугливание. И именно контактную часть пиццы, а не внутреннюю. С этим как раз камни и сталь отлично справляются.
Заключение
Несмотря на то, что «на кой фиг мне эти логарифмы в жизни нужны», наука все же помогает все расставить по полочкам и понять, что, как и почему надо делать. Даже если вы не считаете цифры, то наука дает представление о закономерностях «в целом».
Дело не в лайфхаках и «рецептах тещи», а в понимании процессов. Если вы понимаете, что происходит, то вы легко получите ожидаемый результат. А, как я всегда говорю: выпечка – это творчество и набор действий с ожиданием определенного результата.
И, надеюсь, как вы по итогу все же поняли, все крутится вокруг плохой теплопроводности теста. Это и благо – хлеб получается интересный, с сочетанием карамелизированной корки и мякиша с дырками, может долго храниться. Это и проблема – приходится придумывать различные инструменты и методы, чтобы сбалансировать процесс выпечки.
Вот и все. Тема температуры и процесса выпечки раскрыта. Теплого настроения и пока!
Не забудьте оценить мое углубление в науку и цифры подпиской и лайком. И про телеграм не забудьте! 😁
П.с.: вопрос в комментариях был про лед при выпекании, как средстве увлажнения. Так вот, моя гипотеза состоит в том, что его можно применить, разместив «на вершине» теста. Таким образом он будет не только предотвращать засыхание корки за счет таяния. Но и за счет температуры: чем меньше температура корки, тем меньше влаги она будет испарять. Соответственно, в это время булка может нагреваться через кондукцию на «дне» и расти в размере. Правда, не ясно как удержать лед от скатывания вниз, чтобы холод распределялся равномерно. И корка, естественно, пойдет «в жертву». Также вопрос веса льда и насколько он не даст вырасти тесту.