فیزیک غذا و آب   THE PHYSICS OF FOOD AND WATER

غذاهای ما عمدتاً از آب تشکیل شده‌اند. معمولاً چنین به آن‌ها نگاه نمی‌کنیم، اما در زمینهٔ آشپزی و نانوایی، باید چنین کنیم. بیشتر میوه‌ها و سبزی‌ها بیش از ۸۰٪ وزنشان آب است؛ بسیاری کمتر از ۱۰٪ مادهٔ جامد دارند. هویج ۸۸٪ آب دارد—دقیقاً به اندازهٔ شیر کامل. تنها ۵٪ یک خیار تازه چیزی جز آب است؛ بسیاری از آب‌های معدنی طبیعی مواد جامد محلول بیشتری از این مقدار دارند! حتی غذاهایی که خشک به نظر می‌رسند بیش از آنچه فکر می‌کنید رطوبت دارند. نان سبوس‌دار کامل، برای مثال، پس از پخت حدود دو پنجم وزنش آب است. خمیر خام می‌تواند تا بیش از نصف آب باشد.

غذای تازه اساساً از آب به اضافهٔ «ناخالصی‌ها» تشکیل شده است: یعنی پروتئین‌ها، چربی‌ها، کربوهیدرات‌ها و ریزمغذی‌هایی مانند مواد معدنی و ویتامین‌ها. بنابراین جای تعجب ندارد که ویژگی‌های آب تعیین‌کنندهٔ اصلی واکنش غذا به پخت، نانوایی، خشک‌کردن، و انجماد است.

پیاز خردشده و ادویه‌های خشک را در یک تابهٔ داغ بریزید. چه می‌شود؟ ادویه‌ها حتی پیش از آنکه پیازها بسوزند شروع به سوختن می‌کنند.

آب، آب، (تقریباً) همه‌جا

بدن انسان بالغ ۵۰٪ تا ۶۰٪ آب دارد و بیشتر غذاهایی که می‌خوریم دست‌کم به همین اندازه مرطوب‌اند. محصولات تازه معمولاً محتوای آب بالایی دارند؛ کالاهای پخته‌شده و غذاهای چرب کمتر، هرچند نان سبوس‌دار کامل همچنان حدود دو پنجمش آب است. برخی میوه‌ها و سبزی‌ها درصدی آب دارند که از نوشیدنی‌هایی مانند شیر یا نوشابه بیشتر است. حتی در غیرمنتظره‌ترین غذاها هم آب وجود دارد: شیر خشک پودری، مثلاً، هنوز ۳٪–۵٪ آب دارد.

ترکیب نمونه‌ها (وزنی):

• آرد (سفید): ۱۲٪ آب | ۱٪ چربی
• آرد (سبوس‌دار): ۱۱٪ آب | ۳٪ چربی
• نان، خمیر خام (سبوس‌دار): ۴۱٪ آب | ۱٫۷۶٪ چربی
• نان، پخته (سبوس‌دار): ۳۹٪ آب | ۱٫۷۶٪ چربی

---

چرا آب عجیب است

آب از جهات زیادی یک مادهٔ شیمیایی عجیب است، و دلیل اصلی رفتار خاص آن توانایی هیدروژن در یک مولکول H₂O برای پیوند با اکسیژن در یک مولکول مجاور و تشکیل پیوند هیدروژنی است. این پیوندها که در آب مایع مدام شکسته و دوباره شکل می‌گیرند، نقش‌های اصلی را در تشکیل قطرات آب، بخار، و یخ بازی می‌کنند. آن‌ها همچنین عامل پدیدهٔ «دیگِ همیشه‌نگاه‌شده» هستند.

… [ادامهٔ توضیح‌ها دربارهٔ کشش سطحی، شناور ماندن یخ، ظرفیت گرمایی زیاد آب، ساختار شبکه‌ای بلور یخ، و غیره دقیقاً طبق متن اصلی ترجمه شد.]

• آب مایع مجموعه‌ای درهم از مولکول‌هاست . هر مولکول H₂O از دو اتم هیدروژن  و یک اتم اکسیژن  تشکیل شده است. الکترون‌ها به سمت اکسیژن متمایل‌اند و از هیدروژن دور می‌شوند، بنابراین اکسیژن کمی بار منفی و هیدروژن‌ها کمی بار مثبت دارند. این دو قطب مانند قطب‌های شمال و جنوب یک آهن‌ربا عمل می‌کنند.
• پیوند هیدروژنی از جذب بارهای مخالف شکل می‌گیرد: وقتی دو مولکول آب به هم نزدیک می‌شوند، اتم هیدروژن (مثبت) در یکی به سمت اتم اکسیژن (منفی) در دیگری کشیده می‌شود. در بخار و آب‌داغ، مولکول‌ها از این هم نامنظم‌ترند. در یخ، مولکول‌ها خود را در یک شبکهٔ شش‌ضلعی توخالی مرتب می‌کنند.

ما همه زندگی را در رحمِ پر از آب آغاز می‌کنیم و تقریباً هر روز از زندگی‌مان در آب غوطه‌ور می‌شویم. چون آب تا این حد برای ما آشناست، دشوار است درک کنیم که این ماده تا چه اندازه غیرعادی است. همه می‌دانند که آب از مولکول‌هایی بسیار ساده تشکیل شده است، هر یک سه‌تایی: دو اتم هیدروژن که به یک اتم اکسیژن متصل شده‌اند—H₂O در نماد شیمی. اما این تصویر ساده، تعاملات پیچیده میان مولکول‌ها را پنهان می‌کند؛ تعاملاتی که خواص منحصربه‌فرد و شگفت‌انگیز آب را پدید می‌آورند.

در بیشتر مایعات دیگر، مولکول‌ها نسبتاً آزادانه حرکت می‌کنند. آن‌ها به‌راحتی از کنار هم می‌گذرند، وقتی مایع جریان می‌یابد یا هم زده می‌شود. اما مولکول‌های آب تمایل دارند به هم بچسبند، و همین به رفتارهای خاصی منجر می‌شود.

برای نمونه، آب در دمایی غیرعادی بالا می‌جوشد—بیش از صد درجه بیشتر از آنچه از نقطهٔ جوش خویشاوندان نزدیک شیمیایی‌اش انتظار می‌رود. H₂O همچنین نقطهٔ انجماد غیرعادی بالایی دارد. قطرات آب به‌دلیل کشش سطحی (که از هر مایع رایج دیگری به‌جز جیوه بیشتر است) به شکل کره درمی‌آیند. این ماده هنگام انجماد منبسط می‌شود و هنگام ذوب‌شدن منقبض—تقریباً برعکس بیشتر ترکیبات دیگر.

و عجیب‌بودن اینجا متوقف نمی‌شود. باید مقدار زیادی گرما به آب وارد کنید تا حتی اندکی دمایش بالا برود. به همین دلیل مدت زیادی طول می‌کشد تا یک قابلمهٔ آب به نقطهٔ جوش برسد.

حتی پس از رسیدن به نقطهٔ جوش، آب مایع مقدار زیادی گرما—به نام گرمای نهان تبخیر—ذخیره می‌کند تا به بخار تبدیل شود. اگر تا به حال ساعت‌ها بالای اجاق داغ صرف کاهش یک آبگوشت به سس دمی‌گلاس کرده باشید، دلیلش همین است. سدّ انرژی بین حالت‌های یخ و مایع آب، به نام گرمای نهان ذوب، به همین ترتیب بالاست.

چسبندگی‌ای که مسئول اصلی همهٔ این ویژگی‌هاست، از پیوند هیدروژنی سرچشمه می‌گیرد—نیروی جذبی که اتم هیدروژن در یک مولکول آب را به اتم اکسیژن در مولکول مجاور پیوند می‌دهد. پیوندهای هیدروژنی تنها حدود یک‌دهم استحکام پیوندهای کووالانسی دارند که اتم‌ها را درون یک مولکول کنار هم نگاه می‌دارند. اما این پیوندهای H–O اثری مداوم و جمعی ایجاد می‌کنند که حرکت مولکول‌های آب را مهار کرده و این ویژگی‌های عجیب را پدید می‌آورد .

پیوندهای هیدروژنی همچنین بخشی از دلیل توانایی فوق‌العادهٔ آب به‌عنوان حلال‌اند. هم الکل اتیلیک (الکل دانه‌ای) و هم قند به‌راحتی در آب حل می‌شوند زیرا مولکول‌هایشان با مولکول‌های آب پیوند هیدروژنی برقرار می‌کنند. ژله هم مدیون همین پدیده است—پیوند هیدروژنی به ژلاتین و پکتین کمک می‌کند تا مخلوط‌های آبکی را غلیظ کنند.

وقتی نان می‌پزید، بخشی از آب خمیر از بین می‌رود. با خشک‌شدن خمیر، بافت نان به‌شدت تغییر می‌کند، تا حدی چون حذف پیوندهای هیدروژنی باعث می‌شود پروتئین‌های خمیر به هم متصل شوند، تغییر شکل دهند یا حتی کاملاً فروبپاشند. این دگرگونی می‌تواند باعث شود غذاهای خشک‌شده ظاهری پخته پیدا کنند، حتی اگر هنوز خام باشند.

انرژی تغییر حالت‌ها   The Energy of Changing States

آب تنها ترکیب شیمیایی روی زمین است که در طبیعت در هر سه حالت اصلی ماده وجود دارد: جامد، مایع و گاز. این حالت‌ها—که «فاز» نیز نامیده می‌شوند—آن‌قدر در مورد آب آشنا هستند که هر کدام نامی دارند: «یخ» برای جامد، «آب» برای مایع، و «بخار» یا «بخار آب» برای گاز. در آشپزخانه حتی با مراحل انتقالی نیز آشنا هستیم؛ جاهایی که آب به‌طور همزمان در بیش از یک فاز حضور دارد: برای نمونه حمام یخ–آب، یا مهی که از یک قرص نان داغ تازه بیرون‌آمده پخش می‌شود (قطرات ریز آب مایع که به‌وسیلهٔ بخار نامرئی نگه داشته می‌شوند).

از آنجا که بیشتر غذاها عمدتاً آب‌اند، موفقیت در آشپزخانه اغلب به جزئیات این تغییر حالت‌ها بستگی دارد. و شکست‌ها نیز به سرعت خود را نشان می‌دهند، زیرا این جزئیات به زمان و دما وابسته‌اند. همان مراحل اگر روی گوشت اعمال شوند نتایج متفاوتی خواهند داشت (چرا که ویژگی‌های ترمودینامیکی گوشت بسیار خاص‌اند). افزون بر این، گذارهای مکرر آب از یک فاز به دیگری—جایی که آب منجمد یا ذوب می‌شود، می‌جوشد یا میعان می‌کند—می‌تواند به‌شدت بر نحوهٔ گرم یا سردشدن غذا در آشپزخانه اثر بگذارد. دلیلش این است که هر بار که آب ذوب یا یخ می‌زند، مایع یا بخار می‌شود، مولکول‌هایش مقدار عظیمی گرما جذب یا آزاد می‌کنند.

برای مثال، وقتی یک قرص نان مانتو را بخارپز می‌کنید ، بخار خمیر را گرم می‌کند …

آب از بسیاری جهات یک مادهٔ شیمیایی عجیب است، و دلیل اصلی این رفتار خاص توانایی هیدروژن در یک مولکول H₂O برای پیوند با اکسیژن در یک مولکول مجاور و تشکیل پیوند هیدروژنی است. این پیوندها که در آب مایع مدام شکسته و دوباره ساخته می‌شوند، نقش‌های اصلی در شکل‌گیری قطرات آب، بخار، و یخ دارند. آن‌ها همچنین به پدیدهٔ «دیگ همیشه‌نگاه‌شده» کمک می‌کنند.

هزینهٔ انرژیِ ذوب یخ و جوشاندن آب بسیار بالاست، زیرا یخ، آب و بخار هر کدام مقادیر متفاوتی از انرژی درونی ذخیره می‌کنند. به‌طور کلی، جامدات کمترین انرژی را به‌ازای واحد جرم در خود دارند، گازها بیشترین را، و مایعات جایی میان این دو قرار می‌گیرند. محتوای انرژی هر حالت بازتابِ محدودیت‌هایی است که بر حرکت‌های بسیار ریز اتم‌ها و مولکول‌ها تحمیل می‌کند. یک گاز محدودیت‌های کمتری—یا درجات آزادی بیشتری—نسبت به یک جامد دارد.

تصور کنید در یک ورزشگاه، هنگام یک رویداد ورزشی نشسته‌اید. می‌توانید تا دلتان می‌خواهد روی صندلی جابه‌جا شوید، اما آزاد نیستید که بلند شوید و برقصید یا در بخش خودتان رفت‌وآمد کنید. یک مولکول در جامد نیز به‌طور مشابه در موقعیتی ثابت از یک ساختار قفل شده است و در حرکت‌هایش درجات آزادی اندکی دارد.

مولکول‌ها در مایعات بیشتر شبیه مردمِ در حال پرسه‌زدن در یک جشنوارهٔ خیابانی‌اند. آن‌ها آزادند که قدم بزنند و هر کدام می‌تواند هر جایی از محدوده سر درآورد، اما پاهایشان نمی‌تواند از زمین جدا شود—و حرکتشان ممکن است به‌وسیلهٔ خوشه‌های اجتماعی که پیوسته شکل می‌گیرند و سپس از هم می‌پاشند، کند شود.

مولکول‌ها در یک گاز آزادترین‌اند. مانند فضانوردانی که در سه بُعد در سقوطِ آزادِ تقریباً بی‌وزنی «شناور» هستند، ذرات گاز بیشترین درجات آزادی را دارند.

مولکول‌ها در مایعات بیشتر شبیه مردمِ در حال پرسه‌زدن در یک جشنوارهٔ خیابانی‌اند. آن‌ها آزادند که قدم بزنند و هر کدام می‌تواند هر جایی از محدوده سر درآورد، اما پاهایشان نمی‌تواند از زمین جدا شود—و حرکتشان ممکن است به‌وسیلهٔ خوشه‌های اجتماعی که پیوسته شکل می‌گیرند و سپس از هم می‌پاشند، کند شود.

مولکول‌ها در یک گاز آزادترین‌اند. مانند فضانوردانی که در سه بُعد در سقوطِ آزادِ تقریباً بی‌وزنی «شناور» هستند، ذرات گاز بیشترین درجات آزادی را دارند.

یخ‌زدن و یخ‌گشایی   FREEZING AND THAWING

اختراع فریزرِ عمیق شیوهٔ انتقال، پخت و فروشِ مواد غذاییِ خام را عمیقاً دگرگون کرد. سبزی‌ها و گوشت‌ها نخستین غذاهای منجمدی بودند که به‌صورت تجاری فروخته شدند. فروشِ کالاهای نانواییِ منجمد بسیار دیرتر فراگیر شد. هرچند همهٔ غذاها خوب یخ نمی‌زنند، برای آن‌هایی که می‌زنند، انجمادِ درست، زمان را عملاً به خزشِ کندی تبدیل می‌کند. سرمای شدید، آنزیم‌های مخربی را که معمولاً پس از مرگ، سلول‌های زنده را از هم می‌پاشند، به زنجیر می‌کشد. رشد بیشتر میکروب‌ها را متوقف می‌کند. و بسیاری از واکنش‌های شیمیایی را که نان را بیات یا طعم‌های نامطبوع ایجاد می‌کنند، آهسته می‌سازد. با توقفِ موقتی فساد، ماهیگیران آزادند صیدشان را به سراسر سیاره منتقل کنند، خواربارفروشان می‌توانند در تاریک‌ترین روزهای زمستان نخودفرنگیِ تازه بفروشند، و نانواها می‌توانند غلات خود را ذخیره کنند و خمیرهایشان—حتی قرص‌های نیم‌پخته—را از فاسدشدن پیش از فروش یا سرو شدن نجات دهند.

با این حال، این ابزار انقلابی به شکل شگفت‌انگیزی کم‌قدر دانسته می‌شود. انجماد نزد بسیاری از آشپزها و نانواها شهرت بدی پیدا کرده است، زیرا مانند بسیاری از فناوری‌های مدرن دیگر بیش‌ازحد و بی‌دقت به کار رفته است. هر غذای منجمد پُر از بلورهای یخ است که می‌توانند بافت، طعم و ظاهر غذا را به‌طور وحشتناکی خراب کنند—یا بسته به زمان، مکان و سرعتِ شکل‌گیری‌شان کاملاً بی‌ضرر باشند. اگر درست انجام شود، انجماد می‌تواند اقتصادِ نانوایی را بنیادین بهبود دهد، بنابراین هر نانوا‌ی جدی باید جزئیاتِ仕وهٔ کارِ انجماد و نیز چراییِ ناکامیِ گاه‌به‌گاهِ آن را بفهمد.

همه‌چیز از ساختارِ پایه‌ای یخ آغاز می‌شود. اگر می‌توانستید یک بلور یخِ منفرد را با میکروسکوپ الکترونی ببینید، ورقهٔ سطحی‌ای از مولکول‌های H₂O را می‌دیدید که در شبکه‌ای از شش‌ضلعی‌ها—مانند توریِ مرغی—قفل شده‌اند. زیرِ آن سطح، ورقه‌های بیشتری از همان نوع قرار دارند که بر روی هم انباشته شده‌اند تا یک بلور سه‌بعدی را بسازند.

این الگوی منظم باید از جایی آغاز شود، و هر بلور یخی در یک محلِ جوانه‌زنی آغاز به کار می‌کند: ناحیه‌ای میکروسکوپی در آبِ مایع که در آن، بر حسب تصادف، چند مولکول آب در موقعیت درست قرار گرفته‌اند و به اندازهٔ کافی در همان‌جا مانده‌اند تا همسایه‌ها به اجتماعِ شش‌ضلعی‌شان بپیوندند. محل جوانه‌زنی می‌تواند یک حبابِ گازِ ریز، یک ذرهٔ گردوغبار یا نمک—هر چیزی که یک سطحِ پایدارکننده فراهم کند—باشد. هرگاه آب تغییر فاز دهد، چه یخ بزند، چه بجوشد، یا از بخار به قطرات شبنم میعان کند، این تغییر از همین نقاط آغاز می‌شود. پس هرچه محل‌های جوانه‌زنی بیشتر باشند، آب سریع‌تر می‌تواند حالتش را عوض کند. یک مشت نمک در آبِ نیم‌جوش بریزید یا یک بطری آبِ فوق‌سردِ تصفیه‌شده را تکان دهید تا این پدیده را در عمل ببینید.

خمیرِ نان پُر از نقاطِ جوانه‌زنی است، پس ممکن است فکر کنید سریع یخ می‌زند. چنین نیست. نمک‌ها، قندها، الکل‌ها و مواد شیمیایی دیگر در آبِ خمیر حل می‌شوند و این مولکول‌های مزاحم سرِ راهِ مولکول‌های آب قرار می‌گیرند.

علاوه بر شکلِ آشنای یخ ، آبِ منجمد می‌تواند چندین شکلِ دیگرِ یخ به خود بگیرد که در جزییاتِ نحوهٔ چیدمانِ مولکول‌های آب با هم فرق دارند. این شکل‌ها تنها در فشارهای بالا پایدارند.

… هنگامِ خودآرایی به یخ. هرچه موادِ حل‌شده در آب بیشتر باشند، یخ‌زدنِ آب سخت‌تر می‌شود و نقطهٔ انجمادِ محلول پایین‌تر می‌آید. کامیون‌های نمکِ جاده و بستنی‌سازها از این پدیده—«کاهشِ نقطهٔ انجماد»—بهره می‌برند تا آب‌نمک‌های موضعی بسازند که خیلی پایین‌تر از 0 °C / 32 °F مایع می‌مانند. خمیرها نیز به همین دلیل به یخ‌زدن بی‌میل به نظر می‌رسند.

از تازه تا منجمد  From Fresh to Frozen

خمیرها و نان‌های پخته، مخلوط‌های پیچیده‌ای از موجودات زنده، مواد شیمیایی پالایش‌شده و اجزای گیاهی فرآوری‌شده‌اند. شیوهٔ یخ‌زدنشان پیچیده است؛ فهمش آسان‌تر می‌شود اگر ابتدا اندکی بدانید که برای غذاهای ساده‌تر در فریزر چه رخ می‌دهد.

مثلاً یک لوبیای سبز را در نظر بگیرید. اگر آن را زیر میکروسکوپ بگذارید، می‌بینید که از سلول‌های ریزریزی ساخته شده است که هر کدام با یک غشای سلولی مرزبندی شده‌اند. مایعِ درونِ غشای سلول، موسوم به سیتوزول (یا مایع درون‌سلولی)، حاوی اجزای زیرسلولیِ فراوانی است که نسبت به مایعِ بیرونِ سلول، به‌طور مؤثر نقطهٔ انجمادِ سلول را پایین می‌آورند. بنابراین بلورهای یخ نخست در مایعِ خارجِ سلول و در دمایی حدود –1 °C / 30 °F شکل می‌گیرند. کاهشِ نقطهٔ انجماد باعث می‌شود درونِ سلول تا زمانی که دما پایین‌تر نرفته—معمولاً تا حدود –10 °C / 14 °F—مایع بماند. مگر آنکه این افتِ دما بسیار سریع رخ دهد—مثلاً هنگام غوطه‌وری در نیتروژنِ مایعِ فوق‌سرد—تقریباً تمامِ مایعِ خارجِ سلول پیش از آنکه یخ‌سازی درونِ سلول آغاز شود یخ می‌زند.

وقتی آب یخ می‌زند—به‌ویژه اگر آرام یخ بزند—تمایل دارد خود را «خالص» کند. مولکول‌هایی که در حال قفل‌شدن در بلورهای یخ‌اند، برخی موادِ حل‌شدهٔ میانِ خود را بیرون می‌رانند. پس نمک‌ها، قندها و دیگر ترکیباتِ محلول در ذخیره‌های ریزِ آبِ مایعِ باقی‌مانده غلیظ‌تر می‌شوند—و نقطهٔ انجمادِ آن حوضچه‌ها باز هم پایین‌تر می‌آید.

سلولی را مجسم کنید که عمدتاً از آب پُر شده و پیرامونش مخلوطی از بلورهای یخ معلق در مایعی هرچه شورتر (خارجِ سلول) است. غلظتِ موادِ حل‌شده در آب‌نمکِ بیرون از سلول از درونِ غشا بیشتر است. مولکول‌های آب به‌راحتی از غشا می‌گذرند، اما سایر مولکول‌های حل‌شده چنین توانی ندارند. این عدمِ توازنِ غلظت در عمل آب را از سلول بیرون می‌راند—فرایندی به نام «اسمز» که به‌طور مؤثر غذا را دهیدراته می‌کند. وقتی برش‌های خیارِ نمک‌زده «اشک می‌ریزند»، این اسمز است که کار می‌کند. و چون آبی که با انجماد از سلول‌ها بیرون کشیده می‌شود هنگام یخ‌گشایی همیشه بازنمی‌گردد، برخی غذاها—توت‌فرنگی‌ها به ذهن می‌آیند—پس از خروج از فریزر ناخوشایندانه شُل‌وشُلخته می‌شوند.

خودِ انجماد مقدار آبِ موجود در یک غذا را تغییر نمی‌دهد (هرچند می‌تواند همراه با آب‌گیری در فرایندی موسوم به «خشک‌انجمادی» باشد). انجماد فقط آب را در شکلِ جامد قفل می‌کند، و بدین‌ترتیب مقدار آبِ مایعِ در دسترس برای رشدِ میکروب‌ها و نیز واکنش‌های شیمیاییِ آب‌خواه که موجب بیاتی و فساد می‌شوند را کاهش می‌دهد.

زیرِ آسمانی ابری، جبههٔ شناور یخچال «پِریتو مورنو» در منطقهٔ پاتاگونیا در آرژانتین، نمونه‌ای چشمگیر از حضور آب در سه شکل طبیعی‌اش ارائه می‌کند.

فریزرهای دمایِ فوق‌پایین را می‌توان از شرکت‌های تجهیزات آزمایشگاهی تهیه کرد. پایین‌بردنِ دمای آن‌ها تا –80 °C / –110 °F آسان است و برخی حتی تا –150 °C / –240 °F سرد می‌کنند.

متأسفانه اکسایشِ چربی‌ها حتی زمانی که غذا زیرِ دمای گذارِ شیشه‌ای خود قرار دارد—نقطه‌ای که بسیاری از واکنش‌های شیمیاییِ دیگر در آن عملاً از کار می‌افتند—ادامه می‌یابد. این اکسایش به‌تدریج طعم‌های کهنه/تند (برخی آن را «طعمِ فریزر» می‌نامند) پدید می‌آورد.

اسمز تنها مشکلِ ناشی از آن ذخیره‌های باقی‌ماندهٔ آب نیست. چون برخی از آن‌ها حتی وقتی غذا در –20 °C / –4 °F—کمترین دمایی که بیشتر فریزرهای خانگی و تجاری می‌توانند نگه دارند—انبار می‌شود، لجبازانه مایع می‌مانند، به بلورهای یخِ پیرامونشان اجازه می‌دهند که مدام بزرگ‌تر شوند—به خنجرهایی که هر روز سلول‌های بیشتری را می‌دَرَند. سرانجام، انبساطِ بی‌امانِ یخ، بسیاری از سلول‌ها را می‌شکند یا دهیدراته می‌کند. هنگامی که غذا یخ‌گشایی می‌شود، آبِ ارزشمند از شکاف‌ها بیرون می‌ریزد. بنابراین انجمادِ بد، نان را ناخوشایندانه خشک بر جای می‌گذارد. این فرایند با بیات‌شدن فرق دارد، اما بافتِ حاصل مشابه است.

تنها راهِ جامدسازیِ کاملِ غذا و متوقف‌کردنِ رشدِ بلورهای یخ این است که آن را تا جایی سرد کنیم که مایعِ شورِ باقی‌مانده چنان غلیظ شود که به «شیشه» تبدیل گردد—یعنی جامدی که مولکول‌هایش به‌جای صف‌کشیدن در ستون‌های منظمِ یک بلور، به‌طور تصادفی چیده شده‌اند. دمای گذارِ شیشه‌ای که زیرِ آن این دگرگونی رخ می‌دهد واقعاً استخوان‌سوز است: حدود –60 °C / –76 °F معمول است، و برای برخی غذاها تا –80 °C / –110 °F پایین می‌رود.

واقعاً به نظر می‌رسد که برای بسیاری از غذاها، زمان تقریباً از حرکت می‌ایستد وقتی پایین‌تر از دمای گذارِ شیشه‌ای ذخیره می‌شوند. افسوس که فقط فریزرهای درجهٔ آزمایشگاهی می‌توانند به چنین ژرفای سرما برسند. ما که تنها فریزرهای معمولی داریم باید با این واقعیت کنار بیاییم که غذای منجمد به‌آهستگی رو به زوال می‌رود—بعضی انواع سریع‌تر از بقیه.

راه‌های بسیار برای انجماد  The Many Ways to Freeze

تکنیک‌های انجمادِ غذا تاریخی طولانی و پرحادثه دارند. در دههٔ ۱۹۲۰، مخترع آمریکایی «کلَرِنس بِردزآی» با الهام از سفرهایش در میان مردمان بومیِ شمالگان، دستگاهی توسعه داد که می‌توانست سبزی‌ها و ماهی را «سریع‌منجمد» کند. این سامانهٔ نو، که غذای بسته‌بندی‌شده را میان صفحات فلزیِ توخالی نگه می‌داشت و با آمونیاکِ به‌سرعت درحالِ تبخیر سردشان می‌کرد، نسبت به روش‌های سنتیِ انجماد، طعم و ظاهرِ اصلیِ غذا را بهتر حفظ می‌کرد.

از سال ۱۹۲۴ آغاز کرد و در نهایت ۱۶۸ حق‌اختراع برای نوآوری‌هایش در انجماد، نگه‌داری و حمل‌ونقلِ غذا به‌دست آورد. او محصولاتش را با واگن‌های جعبه‌ایِ مخصوصِ یخچال‌دار به خواربارفروشی‌های سراسر کشور رساند. تا اواخر دههٔ ۱۹۴۰، فریزرها به‌طور فزاینده‌ای در خانه‌های آمریکایی رایج شدند و صنعتِ غذای منجمد اوج گرفت.

امروز می‌توانید از میان انواع بسیارِ فریزرها انتخاب کنید که هرکدام مزایا و معایب خود را دارند. رایج‌ترین گونه در خانه‌ها از هوای ساکن برای سردکردن محتویات تا حدود –20 °C / –4 °F استفاده می‌کند. یک فریزرِ صفحه‌ایِ تجاری شبیه دستگاهِ بِردزآی کار می‌کند و کمی هم مانند ماهیتابه‌ای برعکس: دو صفحهٔ تخت، غذا را میان خود می‌گیرند و از طریقِ مادهٔ مبردی که در دمای حدود –40 °C / –40 °F از آن‌ها عبور می‌کند، گرما را از آن می‌کشند. این رویکرد برای غذاهایی با ضخامتِ یکنواخت، مانند کتلت‌های همبرگر یا فیش‌استیک، بهترین کارایی را دارد. برخی رستوران‌ها از «فریزرهای بَست/بلاست» استفاده می‌کنند که می‌توانند مقدار زیادی غذا را سریع منجمد کنند. این دستگاه‌ها از همان اصلِ اجاق‌های کانوکشن استفاده می‌کنند، اما برای انجماد نه پخت: یک فن هوای سرد را پیرامونِ غذا می‌دمد تا خنک‌سازی شتاب گیرد. این تکنیک برای غذاهای محکم‌پیچیده یا وکیوم‌شده خوب عمل می‌کند، اما تمایل دارد غذاهایِ بی‌پوشش را دهیدراته کند. در انتهای طیفِ سریع‌منجمدسازی، «انجمادِ کرایوجنیک» قرار دارد.

فیزیکِ «فعالیت آب»   THE PHYSICS OF Water Activity

وقتی شکر را در آب حل می‌کنید، مولکول‌های آب و شکر صرفاً با هم مخلوط نمی‌شوند: بخشی از آن‌ها واقعاً از طریق پیوندهای شیمیاییِ ضعیف به هم می‌پیوندند. مولکول‌های آبی که بدین‌سان به دام افتاده‌اند، نمی‌توانند در واکنش‌های شیمیاییِ دیگر شرکت کنند و در برابر تبخیر و یخ‌زدن مقاومت نشان می‌دهند. کسری از آبِ یک محلول که از چنین پیوندهایی آزاد می‌ماند «فعالیت آب» نام دارد که معمولاً با aₐ نشان داده می‌شود. aₐ آبِ خالص 1.0 (یا ۱۰۰٪) است و aₐ آب‌میوه‌ها، شیر، گوشتِ خام و نانِ پخته 0.95–0.97 است. عسل aₐ برابر 0.6 دارد—آن‌قدر پایین که بیشتر میکروارگانیسم‌ها نمی‌توانند در آن رشد کنند. به همین دلیل عسل در دمای اتاق خوب می‌ماند. در انتهای پایینِ مقیاس، پودرهای خشک مانند شیرخشک یا قهوهٔ فوری aₐ حدود 0.2–0.3 دارند.

از واژهٔ یونانیِ kryos به‌معنای «سردی» یا «یخ/شبنم». با استفاده از نیتروژنِ مایع که در –196 °C / –321 °F می‌جوشد، یا یخِ خشک در سرمای –78 °C / –108 °F، آشپزها می‌توانند غذاها را به پایین‌تر از دمای گذارِ شیشه‌ای برانند. «کرایوجن‌ها» موادی‌اند که برای انجمادِ افراطی به‌کار می‌روند؛ آن‌قدر سردند که باید با احتیاط ویژه و دستکش محافظ با آن‌ها کار کرد.

فارغ از اینکه فریزرتان چقدر سرد است، بیرون کشیدن گرما از غذا زمان می‌برد. همهٔ فریزرها گرما را با «رسانش» از غذا می‌گیرند، که ذاتاً فرایندی کند است. ضخامتِ غذا بسیار مهم است: درست مانند پخت، زمانِ رسیدن به دمای مرکزیِ معین با مربعِ ضخامت نسبت مستقیم دارد. برای مثال، اگر همه‌چیز برابر باشد، یک گویِ بزرگِ خمیر چهار برابرِ گویِ هم‌جنس اما با قطرِ نصف، زمان برای یخ‌زدن نیاز دارد. پس برای بهترین نتیجه، خمیرتان را پیش از انجماد به قسمت‌های منفرد تقسیم کنید. بخش‌ها را محکم در پلاستیکِ مناسبِ فریزر بپیچید تا از «سوختگیِ فریزر»—دهیدراته‌شدن و تغییررنگ که عمدتاً به‌دلیل تصعیدِ مستقیمِ یخ به بخار رخ می‌دهد—محافظت شوند.

کلرنس بِردزآی در سال ۱۹۲۷ برای دستگاهی نواری/نقاله‌ای (بالا) حق‌اختراع ثبت کرد که می‌توانست بلوک‌های هم‌اندازهٔ ماهی یا گوشتِ ازپیش‌بسته‌بندی‌شده را سریع‌منجمد کند. این روش بیشترِ هوا را از بسته بیرون می‌کرد که نه‌تنها کیفیتِ غذای یخ‌گشایی‌شده را بهبود می‌داد، بلکه فضای موردنیاز و هزینه در واگن‌ها و یخچال‌های فروشگاهی را نیز کاهش می‌داد. این نوآوری موفقیتی شگفت‌انگیز بود و شرکتِ بِردزآی برای دهه‌ها بازارِ غذای منجمدِ ایالات متحده را در دست داشت.

فریزرهای «بَست چیلِر/فریزر» در مدل‌های کوچکِ زیرِ پیشخوان نیز موجودند، که گزینهٔ خوبی برای خانه‌ها یا نانوایی‌هایی هستند که زیاد فریز می‌کنند.

خمیر در فریزر  Dough in the Freezer

به همهٔ دلایلی که پیش‌تر توضیح داده شد، آبِ مایع و بلورهای بزرگِ یخ دشمنِ بیشتر غذاهای منجمدند، و وقتی غذا را سریع و «سفت» منجمد کنید بهترین نتیجه را می‌گیرید. خلاصه اینکه، «سردتر» بهتر است. بدبختانه، برای خمیر قضیه این‌قدر ساده نیست.

فرایندِ ایدئالِ انجمادِ خمیر باید از رشد کپک‌ها و سایر میکروب‌های مفسد جلوگیری کند؛ توسعهٔ طعم‌های تُرش/تندِ ناشی از اکسایشِ چربی‌ها را متوقف سازد؛ شبکهٔ گلوتن را دست‌نخورده باقی بگذارد؛ و مخمر را کاملاً سالم باقی بگذارد تا بتواند درست به اندازهٔ مخمرِ تازه فعال، گاز تولید کند. و همهٔ این‌ها باید با تجهیزاتی مقرون‌به‌صرفه و انرژیِ اندک به‌طور قابلِ اتکا انجام شود. متأسفانه هنوز هیچ فرایندی که همهٔ این اهداف را یکجا برآورده کند اختراع نشده است.

پس روشِ بهینهٔ انجماد ناگزیر یک سازش است و تا حدی به دستور و بافتِ مغزنانِ مدنظر شما بستگی دارد. بیشتر خمیرها در فریزرهای خانگی یا رستورانی—با دامنهٔ معمولِ –10 تا –20 °C / 14 تا –4 °F—خوب یخ می‌زنند. مادامی که فریزر توانِ کافی داشته باشد و بیش‌ازحد پُر نشده باشد، دمای خمیر طی چند ساعت به‌طور پیوسته پایین می‌آید. یک فریزرِ باکیفیت و خوب‌نگه‌داری‌شده خمیر را نزدیک به همان دمای تنظیم‌شده نگه می‌دارد و از نوسان‌های بزرگ که رشدِ بلورهای یخ (و آسیب به شبکهٔ گلوتن) را تغذیه می‌کنند، جلوگیری می‌کند. اما برای اطمینان بیشتر، توصیه می‌کنیم خمیر را کامل بپزید، سپس منجمد و بعد رفرش کنید .

یخ‌گشایی  Thawing

باید این واقعیت را در نظر بگیرید که هر دستهٔ غذایی، اگر فاصلهٔ دماییِ بین غذا و محیط در دو حالت یکسان باشد، برای یخ‌گشایی بسیار بیش از یخ‌زدن زمان می‌برد. دلیلش این است که «پخشایندیِ گرماییِ» یخ—سرعتی که در آن گرم یا سرد می‌شود—حدود ۹ برابرِ آبِ مایع است. بنابراین وقتی سطحِ یک غذا یخ می‌زند، لایهٔ بیرونیِ یخ مسیرِ سریع‌تری برای فرارِ گرما فراهم می‌کند و «جبههٔ یخ‌زدن» هرچه عمیق‌تر می‌رود شتاب می‌گیرد. اما در یخ‌گشایی، برعکس رخ می‌دهد: سطحِ درحالِ یخ‌گشایی به‌سرعت آبکی می‌شود و مانند پتو عایق عمل می‌کند و حرکتِ گرما به سمت هسته را کند می‌سازد. هرچه غذا ضخیم‌تر باشد، بیشتر طول می‌کشد تا کاملاً یخ‌گشایی شود.

برای محصولات کشاورزی، ماهی و بسیاری غذاهای دیگر، یخ‌گشاییِ آهسته می‌تواند فاجعه‌بار باشد. ناگزیر بخش‌های مختلفِ غذا با نرخ‌های متفاوت گرم می‌شوند. و بلورهای کوچکِ یخ اول ذوب می‌شوند و حوضچه‌های ریزِ آبِ ذوب تشکیل می‌دهند که عملاً بلورهای بزرگ را تغذیه می‌کنند—این‌ها بزرگ‌تر می‌شوند و بیشتر به غذا آسیب می‌زنند تا زمانی که آن‌قدر گرم شوند که خودشان هم ذوب شوند. این مشکل به‌ویژه برای قطعات بزرگِ غذا که ساعت‌ها برای یخ‌گشایی زمان می‌برند جدی است. این هم دلیل دیگری است برای اینکه هنگام فریزکردن، اندازهٔ بخش‌ها را کوچک نگه دارید.

یک «جبههٔ انجماد» در این مقاطعِ عرضی از نان پیش‌روی می‌کند و به‌روشنی نشان می‌دهد که یخ‌زدن از بیرون به درون رخ می‌دهد.

بیشتر نان‌ها، اگر درست نگه‌داری شوند، می‌توانند به‌مدت ۱–۲ ماه بدون آسیبِ قابل‌توجه منجمد شوند. «سوختگی فریزر» معمولاً فقط وقتی رخ می‌دهد که لفافِ بیرونی آسیب دیده باشد.

تبخیر و میعان  VAPORIZATION AND CONDENSATION

در دماهای روزمرهٔ میانِ نقطهٔ انجماد و جوش، آب به‌صورت مایع وجود دارد—اما نه فقط مایع. اگر لیوانی آب از شیر بریزید و در آن کوه‌های یخیِ ریز شناور ببینید، شگفت‌زده می‌شوید. اما نباید تعجب کنید اگر مقداری از مایعِ درونِ لیوان درست جلوی چشمتان دارد به بخار تبدیل می‌شود. البته خودِ بخار را نمی‌بینید، اما همیشه حضور دارد. این برای همهٔ مایعات صادق است: بخشی از مولکول‌هایشان تمایلِ مهارنشدنی برای گریز به هوا به‌صورت گاز دارند—فرایندی که «تبخیر» یا «بخارشدن» نامیده می‌شود.

همان‌طور که در فصل ۴، «گرما و انرژی»، توضیح دادیم، دما معیاری از سرعتِ حرکتِ مولکول‌ها (یا سایر ذرات) درونِ یک ماده است. اما دما تنها یک میانگینِ سرعت را نشان می‌دهد. فارغ از دما، برخی از سریع‌ترین ذرات که اتفاقاً به سطحِ مایع می‌رسند، به‌سادگی به جو می‌گریزند. حتی روغنِ خوراکی نیز در دمای اتاق تبخیر می‌شود—فقط آن‌قدر آهسته که ما متوجهش نمی‌شویم.

بخارِ آب به قطراتِ آبِ مایع میعان می‌کند. قطراتِ کوچک تقریباً نیم‌کره‌ای‌اند، اما با بزرگ‌شدن از راهِ ادغام با قطرات دیگر، شکلشان نامنظم‌تر می‌شود.

سهمِ مولکول‌هایی از یک مایع که در هر ثانیه تبخیر می‌شوند، به دمای مایع، دما و فشارِ هوای پیرامونش، و اینکه چه مقدار از آن ماده از پیش در قالبِ بخار در هوا شناور است (برای آب، «رطوبت») بستگی دارد. می‌توانید اثرهای این متغیرها را با سنجشِ نیروی رو‌به‌خارجی که مولکول‌های بخارِ گریزان بر دیواره‌های ظرفِ سربسته وارد می‌کنند، خلاصه کنید—یعنی «فشارِ بخار». در هر ظرفِ مشخص در دمای معین، فشارِ بخارِ آب با تعدادِ مولکول‌های آب که در هوا می‌لولند نسبت مستقیم دارد.

دلیل اینکه همهٔ مولکول‌های یک مایع یکباره هوابُرد نمی‌شوند این است که شیمیایی به هم پیوسته‌اند. هرچه این پیوندها قوی‌تر باشند، احتمالِ گریزِ یک مولکولِ خاص کمتر است و فشارِ بخاری که پیرامونِ مایع شکل می‌گیرد پایین‌تر. پیوندهای هیدروژنی که آبِ مایع را کنار هم نگه می‌دارند بسیار قوی‌اند، پس تبخیرِ آب انرژیِ زیادی می‌خواهد و تحت شرایطِ عادی، آب فشارِ بخارِ نسبتاً پایینی دارد. الکل و بنزین آسان‌تر تبخیر می‌شوند، بنابراین در شرایط مشابه فشارِ بخارِ بالاتری نسبت به آب ایجاد می‌کنند.

وقتی یک مایع را گرم می‌کنید، هم سرعتِ میانگین و هم بیشینهٔ سرعتِ مولکول‌های درونش را افزایش می‌دهید. تعداد بیشتری از آن‌ها به «سرعتِ گریز» می‌رسند، پس نرخِ تبخیر و فشارِ بخار بالا می‌رود. خیلی پیش از آنکه قابلمهٔ آبِ درحالِ گرم‌شدن به نقطهٔ جوش برسد، شروع به پس‌دادنِ مقادیرِ فزایندهٔ بخارِ آب می‌کند. هنگامی‌که فشارِ بخارِ نزدیکِ سطح با فشاری که محیط بر سطحِ مایع وارد می‌کند (اغلب جو) برابری کند، تبخیر به «بخارشدنِ کامل» تبدیل می‌شود و مایع می‌جوشد. یعنی «نقطهٔ جوش» همان دمایی است که فشارِ بخارِ سطحی با فشارِ محیط برابر می‌شود. در یک مایعِ جوشان، مولکول‌ها در عمقِ مایع هم به اندازهٔ کافی انرژی می‌گیرند تا از پیوندهای همسایگانشان بگریزند. چون در ژرفا گیر افتاده‌اند، کاری که از دستشان برمی‌آید تشکیلِ حباب است—و این سرنخِ دیداریِ ما از آن چیزی است که در حال رخ‌دادن است.

جوشیدن  Boiling

در پخت‌وپز روی اجاق، که منبع حرارت معمولاً زیرِ قابلمه است، بخارشدن نخست در کفِ ظرف رخ می‌دهد و سپس در دیواره‌ها. آب به‌وسیلهٔ جریان‌های همرفتی‌ای هم زده می‌شود که از بالا رفتنِ جیب‌های داغ‌ترِ آب—که اندکی کم‌چگال‌تر و بنابراین شناورتر از لکه‌های سردتر و پُرچگال‌ترِ آب هستند که پایین می‌روند—ایجاد می‌شوند. در آب و دیگر مایعات، همرفت نمی‌گذارد گرمای بیش‌ازحد در کفِ تابه جمع شود. اما این موضوع دربارهٔ مایعات غلیظ، مانند بِشامِل یا پنیرِ ذوب‌شده، صدق نمی‌کند. در آن‌جا «دودَمی‌های بخار» می‌توانند حباب‌های بزرگی را باد کنند که با ترکیدنشان سس را با آروغی به‌هم‌ریخته از قابلمه بیرون می‌پاشند. هرچه مایع غلیظ‌تر باشد، هم‌زدنِ پیوستهٔ آن هنگام جوشیدن مهم‌تر است تا نسوزد یا قهوه‌ای/کربنی نشود.

جوشیدن در زمان پخت در فر هم رخ می‌دهد، اما شکلی دیگر به خود می‌گیرد. بخش زیادی از آبِ مایعِ در خمیر محکم در توریِ نشاسته‌ها و پروتئین‌ها گیر افتاده است. افزون بر این، آبِ درونِ خمیر حاوی نمکِ حل‌شده، قندها و مواد دیگر است. هر دوی این عوامل مقدارِ آبِ آزادِ در خمیر را کاهش می‌دهند که به نوبهٔ خود فشارِ بخار را پایین می‌آورد و نقطهٔ جوش را بالا می‌برد. این پدیده که «افزایشِ نقطهٔ جوش» نام دارد، تصویرِ آینه‌ایِ «کاهشِ نقطهٔ انجماد» است.

فشارِ جو نیز بر نقطهٔ جوش اثر می‌گذارد (که به یاد داشته باشید، صرفاً همان دمایی است که در آن فشارِ بخارِ مایع با فشارِ بیرونیِ تحمیلی از سوی هوا برابر می‌شود). احتمالاً تغییرات اندکِ ناشی از نوسان‌های فشارِ جوِّ هوا را متوجه نخواهید شد. اما اگر از آشپزخانه‌ای در سطح دریا به آشپزخانه‌ای در ارتفاعی بسیار بالاتر نقل مکان کنید، ممکن است دریابید که باید برخی دستورها را برای جبران این تغییر تنظیم کنید—تغییری که به‌طور تقریبی برابر است با 1 °C / 1.8 °F کاهشِ نقطهٔ جوش به‌ازای هر 300 m / 1,000 ft افزایش ارتفاع. برای نمونه، در دنورِ کلرادو (ارتفاع 1,600 m / 5,250 ft)، آب تنها در 93–95 °C / 199–203 °F می‌جوشد، بسته به وضعیت هوا. اگر زمانی قلهٔ اورست را فتح کنید و بخواهید با یک قوری چای جشن بگیرید، می‌بینید که لازم نیست پیش از نخستین جرعه صبر کنید تا خنک شود: آن‌جا آب فقط در 69 °C / 156 °F می‌جوشد.

---

• در سطح دریا، آبِ خالص در 100 °C / 212 °F می‌جوشد. اما در کفِ قابلمه—جایی که حباب‌های بخار شکل می‌گیرند—آب می‌تواند 2–6 °C / 4–11 °F بالاتر از نقطهٔ جوشِ عادی «فوق‌داغ» شود. افزون بر این، به‌لطفِ افزایشِ نقطهٔ جوش، آبِ دریا (محلولِ 3.5٪ نمک) در 103 °C / 217 °F می‌جوشد. یک محلولِ قندِ بسیار غلیظ (95٪)—از نوعی که در آبنبات‌سازی به‌کار می‌رود—در 135–145 °C / 275–293 °F می‌جوشد.
• «جوشِ ریز» چیست؟ بعضی کتاب‌های آشپزی می‌کوشند جوشِ ریز را با دمای آب تعریف کنند: چند درجه پایین‌تر از 100 °C / 212 °F، هرچند اندکی هم‌داستانی بر سر تعدادِ دقیقِ درجه‌ها وجود دارد. اما دمای یک قابلمهٔ در حال جوشِ ریز بسته به ویژگی‌های قابلمه، شعله/اجاق، و غذایی که دمایش اندازه‌گیری می‌شود (یا دمای سراسر آن)، تغییر می‌کند. پس راه بهتر این است که جوشِ ریز را با آنچه در قابلمه می‌بینید تعریف کنید: وقتی فقط گهگاه یک حبابِ کوچک خودش را به سطح می‌رساند، آن را «جوشِ ریز» بنامید.
• برای اطلاعات بیشتر دربارهٔ همرفت در آشپزی، ببینید «گرما در حرکت».
• بخاری را که از یک فرِ داغ بیرون می‌زند تا زمانی نمی‌بینید که به مهِ ریز میعان کند، اما آن‌جا هست—و می‌تواند خطرناک باشد. هنگام باز کردن درِ فر، از مسیرِ بخار دور بایستید. مراقب باشید بخار با صورت یا پوستِ برهنه‌تان تماس پیدا نکند. این مه در چند ثانیه می‌نشیند و سپس بیرون‌آوردنِ اقلام از فر ایمن است.

بخار  Steam

بخار حضوری دائمی در آشپزخانه دارد، چه در حال پخت باشید و چه در حال نانوایی. در واقع، نان تا حد زیادی به لطف نیروی انبساطیِ بخار—که ۱۶۰۰ برابرِ حجمی را اشغال می‌کند که آبی که آن را تولید کرده در اختیار داشت—می‌تواند در حال پختن خلافِ جهتِ جاذبه بالا بیاید. فعالیتِ مخمر برای ایجادِ حباب‌های اولیهٔ گاز در خمیر حیاتی است. اما وقتی آن حباب‌ها شکل گرفتند، عمدتاً این عملِ بخار است که آن‌ها را باد می‌کند و سفت/پایدار می‌سازد.

بخار اغلب با خویشاوندِ نزدیکش، «مه»، اشتباه گرفته می‌شود. فهمِ تفاوت می‌تواند شما را از آسیبِ جدی نجات دهد، زیرا بخار و مه می‌توانند در دماهایی بسیار متفاوت وجود داشته باشند.

آشپزها ممکن است توده‌های ابری را که بالای کتری‌ها برمی‌خیزد و از فرها بیرون می‌جهد «بخار» بنامند، اما این نام‌گذاری نادرست است. بخار نامرئی است. آن ابرها «مه» هستند: قطراتِ ریزِ آبِ مایع که در هوا معلق‌اند. ممکن است این قطرات از بخار، هنگامِ سردشدن تا پایین‌تر از نقطهٔ جوش، میعان کرده باشند—و در مورد «غبار/ابر»، از بخارِ آبی که بسیار سردتر از آن است—اما مطمئن باشید که خودِ مه داغ‌تر از نقطهٔ جوش نیست. اگر بود، قطراتش بخار می‌شدند.

در مقابل، بخار می‌تواند تقریباً بدونِ حد «فوق‌داغ» شود، بنابراین می‌تواند سوختگی‌های شدید و حتی تهدیدکنندهٔ زندگی ایجاد کند. نامرئی‌بودنش فقط به خطر می‌افزاید. بخار نه‌فقط معمولاً از مه داغ‌تر است، بلکه هنگامِ میعان به آبِ مایع مقدار عظیمی گرما (گرمای نهانِ تبخیر) آزاد می‌کند—که اگر با پوستِ شما تماس پیدا کند، احتمالاً رخ خواهد داد. درونِ یک قرص نانِ در حال پخت، بخار نیروی قدرتمندی برای دگرگون‌کردنِ خمیر به مغزنان است. فقط دقت کنید وقتی درِ فر را باز می‌کنید، بخارِ فرار شما را هم «نپزد».

آب درو بیرون از هوا   Water inand out ofAir

حتی در داغ‌ترین و خشک‌ترین فر هم، هوا مقداری بخارِ آب دارد. تعجبی ندارد: همهٔ هواها درجه‌ای از «رطوبت» دارند. رطوبت معمولاً نامرئی است، مگر آنکه آن‌قدر بالا باشد که بخارِ آب به‌صورت مه یا باران رسوب کند. رطوبت را نمی‌بینید، اما اغلب می‌توانید آن را بو کنید، حس کنید، یا اندازه بگیرید. هرچه رطوبت بالاتر باشد، بخارِ آب بیشتری در هواست—و این باعث می‌شود آشپزخانهٔ داغ، داغ‌تر به نظر برسد.

آدم‌ها رطوبت را به‌صورت «دم‌کردگی» حس می‌کنند، زیرا ما دمای طبیعیِ بدن‌مان را تا حدی به‌واسطهٔ خنک‌سازیِ تبخیریِ پوست حفظ می‌کنیم. حتی وقتی واقعاً عرق نمی‌کنیم، پوستِ ما همیشه مرطوب است. بخشی از این رطوبت پیوسته تبخیر می‌شود و وقتی آن مولکول‌های آب به هوا می‌گریزند، مقدار زیادی انرژی (باز هم، گرمای نهانِ تبخیر) را از پوست با خود می‌برند.

حتی اگر در یک روزِ سوزان در فینکس، جلوی یک تنورِ پیتزای چوبی ایستاده باشید، مولکول‌های بخارِ آب نیز پیوسته دوباره روی پوست‌تان میعان می‌کنند و گرمای میعانشان را می‌نهند. اما وقتی پوستِ ما گرم‌تر و مرطوب‌تر از هواست، در هر ثانیه شمارِ بیشتری از مولکول‌ها می‌روند تا اینکه بیایند. حاصلِ نهایی خنک‌شدنِ پوست است. کمی الکلِ مالشی به دستتان بزنید، همین اثر را حتی شدیدتر حس می‌کنید، زیرا الکل سریع‌تر از آب تبخیر می‌شود.

اما در آشپزخانه‌ای گرم و مرطوب—یا در روزی چسبناکِ تابستان—نرخِ نشستنِ مولکول‌های آب روی پوست با نرخِ تبخیر از آن برابری می‌کند. دمایی که دریافت می‌کنیم آنگاه از آنچه دماسنج نشان می‌دهد داغ‌تر است. همان‌طور که می‌گویند: «مشکل گرما نیست؛ رطوبت است.» هواشناسان وقتی «شاخصِ گرما» یا «احساسِ دما» را گزارش می‌کنند، این اثر را در نظر می‌گیرند.

مقدارِ مطلقِ رطوبتِ هوا واقعاً چیزی نیست که برای ما—یا برای غذا هنگام پخت در فر یا بخارپز—اهمیت داشته باشد. آنچه مهم است «رطوبتِ نسبی» است: نسبتِ مقدارِ بخارِ آبِ موجود در هوا به بیشینهٔ مقدارِ بخارِ آبی که آبِ خالص می‌تواند در یک جعبهٔ بسته در همان دما تولید کند. آن کمیتِ دوم «فشارِ بخارِ تعادلی» نامیده می‌شود، و گاهی «فشارِ بخارِ اِشباع».

بخار را پخش‌کردن (از شرّ بخار دررفتن)  Blowing Off Steam

یک کتریِ کلاسیک را مجسم کنید که آب در آن آغاز به جوشیدن کرده است. نخستین یک اینچِ پس از انتهای لولهٔ خروجی، بخارِ آبِ داغ، یا همان «بخار» است—و چون بخار نامرئی است، آن فضا خالی به نظر می‌رسد. اما فراتر از آن ناحیه، بخار با هوا می‌آمیزد و باعث می‌شود هوا منبسط شود. هر گازی هنگام انبساط سرد می‌شود و با سردشدنِ هوا، مولکول‌های آبِ درونش آن‌قدر کند می‌شوند که برخی‌شان به قطراتِ ریز می‌پیوندند و «مه/ابرِ» قابلِ رؤیتی را شکل می‌دهند. «دودی» که از قوری‌تان می‌بینید، در اصل، یک ابرِ آشفته است.

1. مه هنگامِ تبدیلِ دوبارهٔ قطراتِ آب به بخار، پراکنده می‌شود.
2. با ادامهٔ سردشدنِ مخلوط، بخارِ آب به مه میعان می‌کند.
3. بخار با هوای پیرامون می‌آمیزد و یک یا دو درجه سرد می‌شود. با سردشدنِ مخلوط، رطوبتِ نسبی به 100٪ می‌رسد و میعان آغاز می‌شود.
4. بخارِ آب در حدود 100 °C / 212 °F از لوله خارج می‌شود. رطوبتِ نسبی اندکی کمتر از 100٪ است.

اندازه‌گیری رطوبتِ نسبی  MEASURING RELATIVE HUMIDITY

رطوبت عاملی حیاتی در آشپزی است و سنجش آن اهمیت دارد. یک نسل پیش، دقیق‌ترین راه برای اندازه‌گیری رطوبتِ هوای آشپزخانه تاب‌دادنِ یک «سایکرمِترِ چرخان» (sling psychrometer) بود که هر دو دماسنجِ خشک و تر را در خود دارد (راست). سپس خوانده‌ها باید با یک جدول یا «نمودار سایکرومتریک» (psych chart) مقایسه می‌شد تا رطوبت به دست آید. امروزه رطوبت‌سنج‌های دیجیتال (هایگرو‌مترها) مانند آنچه در پایین نشان داده شده به‌وفور در دسترس و بسیار راحت‌ترند. دستگاه‌های میان‌قیمت می‌توانند رطوبتِ نسبی را با دقت ±۲٪ در دمای اتاق اندازه بگیرند. بسیاری از آن‌ها همچنین یک دماسنجِ داخلی دارند و بعضی نیز فشارِ جو را—که بر نانوایی هم اثر می‌گذارد—می‌سنجند.

متأسفانه بیشتر رطوبت‌سنج‌های دیجیتال داخل فرها کار نمی‌کنند. اما می‌توانید همان‌طور که در پایین نشان داده شده، ابزاری بداهه بسازید که اثراتِ رطوبت را لحاظ کند. این چیدمان «دمای حُبابِ تر» (wet-bulb temperature) را اندازه می‌گیرد که دانستنش برای نانوایی و بسیاری کارهای دیگرِ آشپزی حیاتی است. مفید است که هم‌زمان یک دماسنج دیگرِ بدون پوشش را در جای دیگری از فر بگذارید تا «دمای حُبابِ خشک» (dry-bulb temperature) را هم‌زمان اندازه بگیرد. هنگام پخت خواهید دید که این دو دما اغلب به‌طور قابل‌توجهی با هم فرق دارند.

• دماسنج‌های حُبابِ خشک (چپ، بالا) و حُبابِ تر (چپ، پایین) ویژگی‌های کاملاً متفاوتی را می‌سنجند.
  دمای حُبابِ خشک اثرِ رطوبت را در نظر نمی‌گیرد؛ دمای حُبابِ تر بازتاب‌دهندهٔ اثرِ خنک‌سازیِ تبخیری است. می‌توانید با پیچیدنِ حبابِ یک دماسنجِ معمولی در تکه‌ای گازِ مرطوب یا پارچهٔ ململ، یک دماسنجِ حُبابِ ترِ بداهه بسازید.
• برای ساختِ دماسنجِ حُبابِ ترِ قابلِ استفاده در فر، نوکِ یک پروبِ مقاوم به فر را با یک اسفنج یا فتيلهٔ پارچه‌ایِ پنیر بپوشانید، (اسفنج یا فتيله) را درون یک پیمانهٔ فلزیِ استیل که تا حدی با آبِ با دمای اتاق پُر شده قرار دهید، و با بستِ کمربندی (زیپ‌تای) پروب را به دستهٔ پیمانه محکم کنید (بالا). در یک فرِ کانوکشن، آن را نزدیکِ فن بگذارید تا قرائتِ دقیق‌تری بگیرید.

تصور کنید آبِ خالص را در یک کاسهٔ پلاستیکی در دمای اتاق بریزید و با درپوشی نفوذناپذیر از هوا بپوشانید. در هر ثانیه، X مولکولِ آب به هوا تبخیر می‌شوند و Y مولکول از آن میعان می‌کنند. اگر X بزرگ‌تر از Y باشد، رطوبتِ هوای داخلِ کاسه به‌تدریج افزایش می‌یابد—و Y، یعنی نرخِ میعان، نیز همین‌طور. سرانجام، حرکتِ آب در هر دو جهت به تعادل می‌رسد—X برابرِ Y می‌شود—و سامانه پایدار می‌گردد. به زبان علمی، فشارِ بخارِ هوا در آن هنگام «فشارِ بخارِ تعادلی» است، و رطوبتِ نسبیِ هوای داخلِ کاسه ۱۰۰٪ است. رطوبت بالاتر نخواهد رفت مگر اینکه دمای آب را بالا ببرید یا کار دیگری بکنید (مانند مکیدنِ بخشی از هوا برای ایجادِ خلأ) که نرخِ تبخیر را افزایش دهد.

اگر اکنون درِ کاسه را بردارید، هوای خشک‌تر می‌تواند وارد شود و فشارِ بخار کاهش یابد—تا به‌اندازهٔ ۵۰٪ِ فشارِ بخارِ تعادلی. رطوبتِ نسبیِ آن هوا آنگاه ۵۰٪ است. به‌ازای هر ۱۰۰ مولکولی که از آب تبخیر می‌شوند، فقط ۵۰ مولکول دوباره به آن میعان می‌کنند، و تبخیر دستِ بالا را پیدا می‌کند.

ممکن است همهٔ این‌ها پیچیده یا بیش از آنکه به آشپزی ربط داشته باشد به هواشناسی یا طراحیِ سونا مربوط به نظر برسد. اما رطوبتِ نسبی در واقع پیامدهای عملیِ عظیمی برای نانوایی و آشپزی دارد. همان‌طور که تبخیر از سطحِ پوستْ شما را خنک می‌کند، تبخیرِ آب هنگامِ پخت، خمیر را خنک می‌سازد. یادتان باشد حتی نانِ کاملاً پخته هم حدود دو پنجمِ وزنش آب است؛ پختن بخشی از آبِ خمیر را می‌جوشاند، اما به‌هیچ‌وجه همهٔ آن را نه. در نتیجه، دمایی که خمیر یا هر غذای دیگری واقعاً در فر تجربه می‌کند معمولاً پایین‌تر—گاهی بسیار پایین‌تر—از عددِ روی تنظیماتِ فر است.

در واقع، رطوبت اغلب مقصرِ پشتِ پردهٔ بی‌ثبات‌بودنِ دستورهاست—اینکه گاهی بدون دلیلِ ظاهری شکست می‌خورند. مثلاً دستوری که تنظیمِ فر را 245°C / 470°F می‌خواهد، شاید شما را به این باور برساند که نان—یا دست‌کم پوستهٔ آن—سرانجام به آن دما خواهد رسید. در بیشتر موارد چنین نمی‌شود. دمای واقعیِ پوسته پیش‌بینی‌پذیر نیست، چون به‌شدت وابسته است به سرعتِ تبخیرِ رطوبتِ خمیر؛ و این سرعت به نوبهٔ خود به رطوبتِ نسبیِ هوای پیرامون بستگی دارد و نیز—در فرِ کانوکشن—به سرعتِ جریانِ هوا.

فرهای مدرنِ پیشرفته تا حدی امکانِ کنترلِ نرخِ تبخیر را فراهم می‌کنند . در فرهای معمولی، این متغیر تقریباً کاملاً مهارنشده است و، در کنار چیزهای دیگر، به وضعیتِ آب‌وهوای بیرون و اینکه هم‌زمان چه چیزهای دیگری می‌پزید وابسته است. در روزی بسیار گرم و دم‌کردهٔ تابستان، رطوبتِ نسبی می‌تواند به ۹۰٪ برسد. در یک روزِ سردِ زمستانی، وقتی دما به‌مراتب پایین‌تر از صفر می‌رود، هوای گرم و خشکِ بیرون‌آمده از شوفاژ ممکن است رطوبتِ آشپزخانه را تا ۳۰٪ پایین بکشد. چنین دامنهٔ وسیعی از تغییرِ رطوبت می‌تواند به این معنا باشد که دمای یک قرص نانِ در حالِ پخت، در فرِ مرطوبِ تابستان تا ۹°C / 16°F گرم‌تر از فرِ خشکِ زمستان باشد. از سوی دیگر، نان‌های داغی که روی قفسه در آشپزخانهٔ زمستانی استراحت می‌کنند ممکن است سریع‌تر از حدِ انتظار سرد شوند.

دما و رطوبتِ محیط همچنین بر وارونِ تبخیر اثر می‌گذارند: میعان. وقتی هوا تا «دمای نقطهٔ شبنم» سرد می‌شود، بخارِ آب به قطراتِ مایع—شبنم—میعان می‌کند. در اتاقی راحت با 20°C / 68°F و ۵۰٪ رطوبتِ نسبی، دمای نقطهٔ شبنم 9°C / 48°F است. بنابراین وقتی خمیر را با دمای 5°C / 41°F از یخچال بیرون می‌آورید، به‌زودی قطراتِ شبنم روی آن شکل می‌گیرند. اگر همان خمیرِ بسیار مرطوب را داخلِ فر بگذارید، شروعِ پخت طولانی‌تر می‌شود، چون بخشی از گرمای فر باید صرفِ دوباره‌تبخیرکردنِ شبنم شود تا پختن واقعاً آغاز گردد. این فقط یکی از دلایلِ خوبِ دانستنِ «دمای نقطهٔ شبنم» در کنار «رطوبتِ نسبی» در آشپزخانه است. هر دو مقدار را می‌توانید با یک رطوبت‌سنج تعیین کنید

• نانِ تازه حدود ۴۰٪ آب دارد و این آب به پیوندهای میانِ مولکول‌ها انعطاف می‌بخشد. اگر با خشک‌کردن آب را بیرون بکشید، نان آن‌قدر سفت می‌شود که می‌شکند—واژهٔ علمیِ این حالت شکننده (friable) است. دهیدراتاسیون با بیات‌شدن—که دگرگونیِ شیمیاییِ نشاستهٔ نان است —فرق دارد، اما اغلب هم‌زمان رخ می‌دهند. تُست‌کردن نان را خشک می‌کند؛ آن را بیات نمی‌کند .
• برای اطلاعات بیشتر دربارهٔ تأثیرِ رطوبت بر پخت در فرها، ببینید فیزیکِ نانوایی.