Бывает так: «достал из холодильника помидоры, лук, салат, яйца, колбасу, сметану…
Помидоры резал частей на шесть и складывал горкой в хрустальную вазу. Нарезал перцу красного мясистого, луку репчатого, нашинковал салату, нашинковал капусту, нашинковал моркови, нарезал огурчиков мелко, сложил все в вазу поверх помидор.
Густо посолил. Залил все это постным маслом. Окропил уксусом. Чуть добавил майонезу и начал перемешивать деревянной ложкой. Снизу поддевал и вверх. Поливал соком образовавшимся и — еще снизу и вверх»*. Мысли при этом никак не о физике.
* Автор рассказа «Воскресное утро» Михаил Жванецкий, чье произведение процитировано в нашей истории, по образованию был инженером. В 1950‑е он написал и исполнил миниатюру «Экзамен по физике», навеянную студенческим опытом.
И вот все уже съедено, тарелка начисто промокнута мякишем свежего багета, кипяток тонкой струйкой льется в кружку с чайным пакетиком, чтобы получился крепкий и бодрящий напиток, который так хорош с хрустящим печеньем или тягучей помадкой, но мысли снова не о физике.
А ведь все это связано с физикой напрямую практически от начала до конца. Мы решили исправить это недоразумение и слегка поразмышлять на тему физики еды и не самых очевидных ее понятий. Как утверждали авторы книги «Бранч — это ад: как спасти мир, устроив званый ужин» Рико Гальяно и Брендон Ньюнэм, наука может стать отличной темой для разговора за столом — будет о чем побеседовать за бранчем и не только.
§ 1. Диспергирование, картофель и острота ножа
Шашлычная в Самарканде. Сергей Прокудин-Горский. Между 1904—1905 гг.
Отправляя в рот шашлык с дразнящим ароматом костра и щедрой порцией острого соуса, хрусткую корочку хлеба и сочный ломтик свежего огурца, мы с энтузиазмом все пережевываем. Возможно, при этом оцениваем, насколько легко это дается и как раскрывается вкус, и планируем съесть еще кусочек.
А вот физики в этот момент могут задуматься о диспергировании, ведь именно так можно назвать пережевывание с точки зрения науки. Диспергирование изучают исследователи самых разных специализаций от биологии до химии. Среди их недавних открытий — доказательства того, что такой метод тонкого измельчения очень сильно влияет на конечные свойства измельченной массы.
Многие птицы, например глухари, заглатывают камни, чтобы с их помощью перемалывать грубую пищу. Это пример диспергирования из биологии.
Диспергирование (от лат. dispergo — «рассеиваю») — тонкое измельчение твердого тела или жидкости, в результате которого образуются дисперсные системы: порошки, суспензии, эмульсии, аэрозоли.
Это легко проследить при приготовлении блюд с чесноком, когда в одном случае предпочтительно его мелко крошить лезвием, а в другом — продавливать через пресс. Либо в кетчупе, где вкус соуса может понравиться потребителям или вызвать отвращение, стоит только во всей сложной цепочке производства немного иначе измельчить томаты.
На картине голландца Геррита Доу «Девушка измельчает лук» (1646) кухарка смотрит прямо на зрителя, занимаясь шинковкой лука, который в XVII веке считался афродизиаком.
Но, пожалуй, один из самых показательных примеров — приготовление пюре.
Картофельное пюре вошло в кухню европейцев в конце XVIII века. Тогда отваренные корнеплоды измельчали при помощи простых деревянных пестиков с расширенным концом, а позже стали применять пресс-пюре, или картофельные рисеры.
Вкус и текстура пюре, приготовленного из одного и того же картофеля, будут радикально отличаться, если в одном случае измельчить корнеплоды вручную картофелемялкой (толкушкой), а в другом — блендером. И сравнение окажется совсем не в пользу блендерного варианта, хотя, казалось бы, так пюре должно получиться необычайно воздушным и совсем без комочков. Оказывается, очень быстрое измельчение блендером приводит к тому, что картофель выпускает слишком много крахмала, который в условиях повышенной влажности и высокой температуры быстро превращается в клейстер — тягучий, вязкий, липкий и совсем не аппетитный.
Считается, что впервые рецепт толченого картофеля был опубликован в 1747 году в книге «Искусство кулинарии, изложенное просто и легко» за авторством Ханны Гласс. Вот этот рецепт.
Сварите картофель, очистите его, положите в соусник. Хорошо разомните: на два фунта картофеля (чуть меньше кг) добавьте пинту молока (чуть больше полулитра), немного соли. Хорошо перемешайте, убедитесь, что картофель не пристает ко дну, затем добавьте четверть фунта масла (примерно 115 г), перемешайте и подавайте.
Как видите, классика вечна.
«Искусство кулинарии» стало популярным и выдержало более 40 переизданий. Выше приведен первый разворот 6-го издания книги (1777).
Пресс-пюре, или картофельные рисеры, используются и на современных кухнях.
Вкус продукта может сильно зависеть и от остроты лезвия, которым он нарезается. Особенно ярко это заметно в случае с овощами. Инженер-механик из Университета Питтсбурга Филип ЛеДюк провел исследование, которое доказало, что при использовании острого и тупого ножей на подопытной моркови создаются разные текстуры. Соответственно, из микроструктуры корнеплода высвобождаются различные соединения, определяющие вкус. Так что опытный дегустатор может запросто определить по блюду, насколько остры ножи у повара.
Полная формальность
Пусть повара прошлого и не владели знаниями современной физики, но они точно знали, что вид нарезки влияет на вкус блюда. В профессиональном мире гастрономов со временем сложилась целая классификация этих видов, овладеть которыми должен каждый уважающий себя кухонный работник.
Кубики и прямоугольники
Сизле Ciselé
Очень мелкие кубики со стороной 1 мм — для нежных соусов
Брюнуаз Brunoise
Мелкие кубики/прямоугольники со стороной 1–2 мм — для соусов по типу тартара, рагу
Жардиньер Jardinière
Кубики/прямоугольники со стороной 3–4 мм — для жарки во фритюре, с мясом
Македонский кубик Macédonienne
Кубики со стороной 6 мм — для салатов, супов, запеканок, начинки
Соломка и брусочки
Жюльен Julienne
Соломка длиной 30–50 мм с квадратным сечением со стороной от 1–1,5 мм (мелкая) до 3–6 мм (крупная) — для супов, обжаривания стир-фрай, запекания с рыбой, мясом, грибами
Аллюметте Allumette
Более крупная соломка, чем жюльен, — для гарниров, салатов, соусов
Батонэт Batonnet
Брусочки 5 × 40 мм — для приготовления фри, сырых закусок
Шиффонад Chiffonade
Полоски зелени шириной 2–4 мм, нарезанные из туго свернутой стопки листьев, — для супов, блинов, омлетов
Ломтики, кружочки и бочонки
Рондэль Rondelle
Кружочки в диаметре 3–12 мм — для гарниров, супов
Эманс Emince
Очень тонкие полуломтики или ломтики — для супов, салатов
Пейзан Paysanne
Ломтики или квадратики (шашки) толщиной 2–3 мм, нарезанные из брусочков, — для рагу, похлебок, супов, гарниров и омлетов
Сифле Sifflets
Косые (нарезанные диагонально) ломтики толщиной 2–5 мм — для салатов, соусов, начинок
Мирпуа Mirepoix
Четверти ломтиков со сторонами 10–30 мм — для бульонов, супов, соусов
Турнэ Tourné
Небольшие бочонки 20 × 40 мм — для закусок, украшений
§ 2. Быть в потоке
«Девушка у плиты мелет кофе». Йозеф де Гроот. Ок. 1899
То же диспергирование, или собственно пережевывание, позволяет поразмышлять еще и о таких физических явлениях, как поток и перенос. Именно они задействованы непосредственно в процессе поедания все тех же шашлыков (и всего прочего): питательные вещества из продукта транспортируются в пищеварительный тракт, а далее — в кровоток и клетки сытого и довольного организма.
Другой пример явлений потока и переноса — заваривание кофе. Его изучение с точки зрения физики позволило объяснить, например, почему кофе сверхтонкого помола не стоит использовать в кофемашинах. Во время обжарки кофейных зерен их микроструктура становится более пористой: мембраны в клетках разрушаются, высвобождая молекулы, ответственные за аромат и вкус будущего напитка. Если после этого их помолоть буквально в муку, то получится весьма пористая масса, которая хороша для заваривания в турке или прямо в чашке, а вот при использовании в эспрессо-машине покажет себя не с лучшей стороны. Частицы кофе в портафильтре (устройстве для эспрессо-машин, куда помещается порошок) при соприкосновении с водой мгновенно набухают. При этом они перекрывают расстояние между друг другом, препятствуют течению воды и собственно экстракции: в лучшем случае она пройдет неравномерно, и часть кофейного порошка придется выбросить, так и не использовав.
Михай Чиксентмихайи
Выражение «быть в потоке» ввел в оборот психолог Михай Чиксентмихайи в 1990‑е. Одно из его объяснений этого явления звучит следующим образом: «Быть полностью вовлеченным в деятельность ради нее самой. Эго отпадает. Время летит. Каждое действие, движение, мысль следует из предыдущей, словно играешь джаз. Все твое существо вовлечено, и ты применяешь свои умения на пределе».
Размер имеет значение
Способ приготовления кофе зависит от размера его частиц.
Осмос: туда и обратно
С кофе связано еще одно физическое явление — осмос. Простыми словами осмос (от греч. ώσμωση — «толчок, давление») можно описать как одностороннюю диффузию молекул растворителя (воды), проходящих через полупроницаемую мембрану, при этом движение идет в сторону большей концентрации вещества. Типичный пример из биологии: вода из почвы попадает в корни растений, где находится сок. Из гастрономии: жидкость из нарезанных в салат овощей начинает вытекать из них, когда мы солим блюдо.
Портрет Жан-Антуана Нолле. Морис Кантен де Латур. 1753
Явление осмоса открыл французский аббат и физик Жан-Антуан Нолле в XVIII веке. Говорят, что это случилось, когда он однажды решил охладить к обеду вино в бурдюке и для этого поместил его в воду. Вода проникла в сосуд, сильно уменьшив концентрацию спирта и тем самым оставив священника без напитка. Заинтересовавшись явлением на трезвую голову, Нолле провел ряд опытов — и миру явился осмос.
Обратный осмос — проникновение молекул растворителя (воды) через полупроницаемую мембрану из стороны с большей концентрацией вещества в сторону с меньшей. С помощью обратного осмоса происходит очистка воды для приготовления кофе и не только. Учитывая, что кофейный напиток на 98% состоит из H²O, переоценить важность обратного осмоса крайне сложно.
Лайфхак для синеньких
Название «синенькие», по версии писателя и историка кухни Павла Сюткина, закрепилось за баклажанами на юге Российской империи, а затем в СССР потому, что пришло в российскую кухню через еврейских торговцев. Те поставляли диковинный овощ из Китая, который на иврите назывался — «син». Отсюда и «синенькие».
Небольшие манипуляции с осмосом помогут сделать жареные овощи более вкусными и текстурными. Стоит посолить ломтики баклажана перед приготовлением, дать им полежать и выпустить сок в течение 30–45 минут. Так уйдет характерная горечь овоща, а при жарке текстура получится не мясистой и упругой, а нежной и шелковистой. Обыкновенное научное чудо.
§ 3. Ньютон, яблоки и объяснение всего на свете
Прижизненный портрет Ньютона кисти Годфри Кнеллера. 1689
Посмотри наверх
История яблока, упавшего на голову Исааку Ньютону, весьма популярна и у физиков, и у далеких от науки лириков. На самом деле яблоко с дерева падало не на самого ученого, а рядом — эту историю всем желающим со слов самого Исаака поведал первый биограф сэра Ньютона его друг Уильям Стьюкли. «После обеда, — писал Стьюкли, — установилась теплая погода, мы вышли в сад и пили чай в тени яблонь. Он (Ньютон. — Прим. ред.) сказал мне, что мысль о гравитации пришла ему в голову, когда он точно так же сидел под деревом. Он находился в созерцательном настроении, когда неожиданно с ветки упало яблоко. «Почему яблоки всегда падают перпендикулярно земле?» — подумал он».
Уильям Стьюкли. 1740
Уильям Стьюкли вошел в историю не только как биограф Ньютона, который положил начало анекдоту о яблоке. Он был известным юристом, медиком, антикваром и археологом. Стьюкли одним из первых описал Стоунхендж и предположил, что его строители — друиды — расположили камни в соответствии с актуальным на пору создания положением северного магнитного полюса.
Плод, сорвавшийся с дерева в семейном поместье Вулсторп, натолкнул молодого ученого (а Исааку на момент описываемых событий было всего 24 года) на мысль, которая позже оформилась в закон всемирного тяготения.
Закон всемирного тяготения сформулирован следующим образом: все тела притягиваются друг к другу, сила всемирного тяготения прямо пропорциональна произведению масс тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Простыми словами, если вас тянет к бутерброду, то и бутерброд тянет к вам, и у вас есть все шансы встретиться за столом.
Почти через 350 лет яблоки на родине Ньютона вновь привлекли внимание физиков. Томас Майклс, биофизик из Университетского колледжа Лондона, заинтересовался тем, как именно яблоки приобретают свою форму под воздействием сил гравитации и прочих физических факторов. В ход пошла сотня местных фруктов и несколько часов измерения на самых разных приборах. Оказалось, что на пике своего роста кожица яблока растет в 5 раз быстрее, чем сердцевина, что приводит к образованию впадинок у основания плода. И эта впадинка — такое же проявление сингулярности, как извилистая черная дыра, блуждающая по Вселенной.
Растущая сингулярность в основании черенка яблока.
Aditi Chakrabarti et. al / Nature Physics. 2021
Вокруг объемного черенка могут образовываться сингулярности второго порядка — складки на кожице. Типичный пример — яблоки сорта «ред делишес».
Хотя весь опыт Томаса Майклса был вызван исключительно профессиональным любопытством, в прикладном плане он имеет большой потенциал. В частности, изучение факторов роста яблок поможет избежать появления на плодах трещин, которые приводят к порче продукта. Но это вопрос будущего, а пока форма обычного яблока позволила нам исследовать некоторые физические аспекты биологической сингулярности.
Колбасные страсти
Исаака Ньютона считают отцом современной физики. Помимо закона всемирного тяготения, он сформулировал теорию движения небесных сил, объяснил природу приливов и отливов, открыл три закона механики (инерции, силы и противодействия), обнаружил дисперсию света, обосновал теорию отражения и преломления, предложил теорию цвета и сделал еще массу открытий.
Подробности о том, как Исаак Ньютон объяснил преломление света и какое влияние это оказало на деятельность современных ресторанов, — в нашем обзоре о цветопредставлении.
Доктор Циркуль
«Доктор Циркуль следует по стопам Ньютона рядом со знаменитым деревом». Цветная гравюра по дереву. Wellcome Images, CC BY 4.0. Пер. с немецкого — редакция
Раз из мрака кабинета
Доктор Циркуль вышел в лето.
Взад-вперед гулял в траве,
Мысли вились в голове.
И заметил он меж делом:
Яблоко висит, созрело.
Понял герр: сейчас себя
Покажет гравитация.
Будто услыхав каприз,
Яблоко свалилось вниз.
«От ствола недалеко», —
Смерил циркулем легко.
Так жажду знаний утолил,
Хотя и плод не отпустил:
Неясно ж, как да почему…
И вдруг ответ пришел к нему.
Закон Небес: «Не может, страсть,
С дерева яблоко упасть!»
Так же страстно, как научной деятельностью, Ньютон увлекался общественной жизнью. В 1689 году его избрали в английский парламент. Вопреки распространенному анекдоту о том, что сэр Ньютон выступил в палате общин только один раз с просьбой закрыть окно, из которого дуло, Исаак очень ответственно подходил к своей законотворческой деятельности. Известно, что в парламенте он активно боролся с политикой последователей свергнутого короля Якова, фальшивомонетчиками (одного даже самолично опознал среди присутствующих и передал в руки правосудия) и… с кровяной колбасой.
Эта колбаса, известная под названием «черный пудинг», была важным продуктом питания у бедного населения страны, хотя аристократы тоже не брезговали ей. Среди поклонников черного пудинга был и король Генрих VIII (хотя что он не любил из еды, сказать трудно). По версии Ньютона, приготовление блюда, которое требовало кровопускания, необходимо было запретить, чтобы «сдержать дикость и жестокость». Яростная борьба Исаака против колбасы породила впоследствии слухи, что сам ученый и парламентарий был вегетарианцем, но официальных подтверждений этому нет.
Фрагмент яблони, побывавший на орбите
Яблоня из поместья Вулсторп стала достопримечательностью еще в XVIII веке, якобы тогда ее показывали всем желающим посетить памятные ньютоновские места. В 1816 году ураган сломал дерево, но часть ствола выжила и дала новые ветки, черенки от которых были привиты к деревьям по всему миру. А в 2010 году фрагмент яблони из поместья знаменитого ученого даже побывал на космической орбите в качестве сувенира.
§ 4. Белые пятна
Уильям и Каролина Гершель спорят, не назвать ли Уран «Звездой Георга». Литография. Ок. 1896
В переводе с греческого языка «оптика» (οπτική) — наука о зрительных восприятиях. Как раздел физики она изучает природу света — его поведение и свойства, взаимодействие с веществами. И переоценить значение оптики в гастрономии крайне сложно. Начнем с того, что съедобность множества продуктов мы определяем, просто взглянув на них.
Опытный кулинар на глаз способен определить вес и объем ингредиентов, необходимых для приготовления весьма сложных блюд, а по изменению цвета прикинуть время, оставшееся до полной готовности еды. «Жарьте, пока лук не станет прозрачным» или «выньте из печи, когда тесто подрумянится» — вполне типичные советы из кулинарных книг. Но этим дело не ограничивается, и в прошлом веке ученые стали активно изучать, как оптические свойства связаны с гастрономией — прежде всего с восприятием еды.
Звук тоже влияет на восприятие еды, доказывает гастрофизик Чарльз Спенс и его лаборатория кросс-модальных исследований. О том, как люди с древности обставляли пиры музыкой и что обнаружил Спенс, — на нашем сайте.
Среди открытий тот факт, что расположение продукта на тарелке очень влияет на отношение к ней едока. Положите котлету на дальний край тарелки, сместите ее чуть вправо от условной середины, и она покажется в разы аппетитней такой же котлеты, лежащей на ближнем краю сервировочной посуды.
Разница в восприятии одного и того же блюда на белых (круглых ○, квадратных □) и черных (круглых •, квадратных ■) тарелках. Исследователи установили, что еда, которую подавали на ○ и ■, понравилась фокус-группе значительно больше блюд, поданных на □ и •.
Форма посуды и ее цвет тоже имеют значение. Еда на круглом блюде ощущается как более сладкая, а на тарелках с углами — как более острая. Белый цвет нейтральный, но может сделать вкус более «плоским», чем он есть на самом деле. Закуски, поданные в красных и синих чашках, кажутся более солеными, чем такие же в белой посуде. Хотя исследования на эту тему начались около 100 лет назад с работ психолога и маркетолога Льюиса Ческина, в целом направление только начинает развиваться, и в нем еще очень много белых пятен.
Этюд в инфракрасных тонах
Музыка сфер
Портрет Гершеля работы Лемюэля Эбботта. 1784
Уильям Гершель оставил в истории след столь же неизгладимый, как и открытые им инфракрасные лучи. Пусть имя его не на слуху, но его открытия известны очень многим. Он открыл планету Уран, его спутники и еще несколько десятков астрономических объектов, обнаружил движение Солнечной системы в пространстве, наметил очертания Млечного Пути, а еще написал 24 симфонии, которые высоко ценили Моцарт, Гайдн и Бетховен. Музыкальные сочинения Уильяма Гершеля дошли до наших дней так же, как и его открытия в физике.
Еще одна точка соприкосновения оптики и гастрономии — это инфракрасное излучение. Его случайно открыл в 1800 году астроном, оптик и композитор Уильям Гершель, когда пытался доказать, что красный спектр видимого света греет сильнее фиолетового. Он вооружился термометрами и установил в своей лаборатории призму, через которую проходил солнечный луч. На выходе из призмы белый луч раскладывался на цвета радуги. Уильям замерил температуру каждого, начиная с фиолетового, а когда закончил работу с красным цветом, слегка сдвинул градусник и через время обнаружил, что показатели на нем оказались выше прочих измерений. Гершель предположил, что термометр нагрели лучи, не видимые глазу, но явно присутствующие в спектре.
Сегодня мы знаем, что инфракрасные лучи занимают положение между видимым красным светом и микроволновым радиоизлучением (тем, на котором работают СВЧ-печи). Главным их источником считается Солнце, чей свет на 50% состоит из инфракрасного излучения.
В промышленности ИК-излучение применяют в самых разных областях — от ракетостроения до бытовых приборов. На его использовании строятся промышленные сушильные установки: они сокращают время производства в разы и обрабатывают продукты более бережно. К примеру, грибы сушатся в 2 раза быстрее, а в сушеной моркови остается на 17% каротинов больше, чем при работе с газовым оборудованием. Типичный пример домашнего источника ИК-лучей — обыкновенный тостер, который за считаные секунды подрумянивает хлеб для бутерброда, к которому так тянет гравитация (особенно по ночам).
§ 5. Градус вопроса
Галилео Галилей. Портрет работы Ю. Сустерманса. 1636
История о случайном открытии нового вида тепловой энергии — инфракрасного излучения — повод поразмышлять о температуре как таковой. Пожалуй, это самый очевидный физический фактор, о котором вспоминается, когда речь заходит о еде. Подвергать пищу тепловой обработке начали в глубокой древности, а вот измерять ее температуру в градусах при помощи прибора, а не на ощупь по шкале «горячо — холодно» стали с 1597 года.
Тогда итальянский физик, математик, астроном и философ Галилео Галилей изобрел первый прообраз градусника — термоскоп. Он состоял из метровой стеклянной трубки с шариком на конце, которая опускалась в емкость с водой. При нагреве вода поднималась к шарику, демонстрируя увеличение температуры.
Термоскоп Галилея. Гравюра. XIX в.
История укрощения огня и того, как он из обезьяны сделал человека.
А спустя 145 лет после этого события появились градусники авторства Андерса Цельсия со шкалой отсчета градусов от точки замерзания воды до ее кипения. Правда, в первоначальном варианте за 0 °C принималась именно точка кипения, а 100 °C были температурой образования льда. Шкалу «перевернул» натуралист Карл Линней, который в принципе любил наводить порядок в запутанных вопросах. Он, например, ввел систему классификации животных и растений по классам, отрядам, родам и видам, но это уже совсем другая история.
Осторожно: у кипения кризис!
С температурой и водой связан эффект Лейденфроста. Это явление, при котором жидкость настолько нагревается при контакте с раскаленной твердой поверхностью, что под ней образуется теплоизолирующая прослойка пара, которая… препятствует кипению. Эффект можно наблюдать, если сбрызнуть водой горячую сковороду: капли будут скользить по ней, испаряясь очень медленно.
Эпилог
Французский ученый Луи Майяр на своей кухне в представлении нейросети
Расхожее выражение «Просто не учи физику в школе, и вся твоя жизнь будет наполнена чудесами и волшебством» кажется вполне справедливым. Но жизнь со знанием физики может быть в несколько раз удивительней, причем даже в самых обычных моментах — например, во время обеда. Мы не призываем каждого лирика переквалифицироваться в физика, но проявить здоровую долю любопытства в физике еды не помешает: в наших супермаркетах найдется множество ингредиентов для исследования и потребления. Дерзайте — в конце концов, появится чуть больше увлекательных тем для обсуждения за столом.
Продолжение следует. В летнем номере — химия и еда, а также другие занимательные факты из теоретического научпопа и практической гастрономии.
