Nauka To Lubię

Oficjalna strona Tomasza Rożka

Tag: denaturacja

Fizyka i jajka

Kiedyś dziecko zapytało mnie jak to możliwe, że kura nie zgniata jajka, które wysiaduje. W sumie to pytanie można by zadać inaczej. Jak to jest możliwe, że średniowieczne katedry są tak wytrzymałe? Wbrew pozorom odpowiedź na obydwa pytania jest taka sama. Chodzi o kształt.

Kiedyś dziecko zapytało mnie jak to możliwe, że kura nie zgniata jajka, które wysiaduje. W sumie to pytanie można by zadać inaczej. Jak to jest możliwe, że średniowieczne katedry są tak wytrzymałe? Wbrew pozorom odpowiedź na obydwa pytania jest taka sama. Chodzi o kształt.

To może trochę niekonwencjonalne postepowanie, ale żeby dobrze zrozumieć to zagadnienie, warto wybrać się do starej katedry… z jajkiem właśnie. Wielka Sobota i świecenie potraw temu sprzyja. W końcu w koszyczkach mamy też jajka. Mając to jajko w dłoni (albo w pamięci), warto w takim starym kościele spojrzeć w górę, na łuki które podtrzymują sklepienie. Okazuje się, że ich krzywizna jest bardzo podobna do krzywizny jajka. Wszystkie ptasie jajka, niezależnie od gatunku, mają podobny kształt. Mają węższy czubek i nieco szerszy. Oraz mają wydłużone boki. Gdy jajko leży na boku, nie jest specjalnie odporne na nacisk. Gdy jednak stoi na sztorc, jest w stanie wytrzymać naprawdę sporo.

Jajko w katedrze

Jak sporo? Nietrudno jest zrobić eksperyment w którym na trzech kurzych jajkach można utrzymać nawet 100 kilogramowy ciężar. Jest tylko jeden warunek, jajka muszą być ustawione idealnie na sztorc. Wtedy siła przyłożona od góry jest idealnie rozłożona na boki, a jajku (i jego zawartości) nic się nie dzieje. Podobnie jest w katedrach, akweduktach czy mostach łukowych. Siła przyłożona od góry, rozkłada się na boki. W jajku, dodatkowo ogromną rolę spełnia konstrukcja samej skorupki. Jej zewnętrzna warstwa jest twarda i mało elastyczna, a wewnętrzna błona – przeciwnie – miękka i bardzo elastyczna. Gdy te dwie warstwy zostaną z sobą zespolone (sklejone), są w stanie przetrwać naprawdę spore siły. Pod jednym warunkiem. Że warstwa twarda i nieelastyczna jest na zewnątrz. Innymi słowy, gdyby zamienić kolejność warstw i skorupkę jajka z zewnątrz otoczyć cienką błoną, cała konstrukcja nie byłaby tak wytrzymała. Jajko to wciąż nieosiągalny dla inżynierów ideał. Kształt, grubość i kolejność poszczególnych warstw, jest nie do skopiowania. A wszystko po to, by jajko mogło wytrzymywać duży nacisk z zewnątrz, ale by było stosunkowo łatwe do rozbicia od wewnątrz. Wykluwające się pisklę nie ma przecież wiele siły. Co ciekawe, u przeważającej części ptaków, pisklęta na czubku dzioba mają mały haczyk, który służy do zerwania wewnętrznej błony chwilę przed wykluciem. Rozbicie reszty skorupki jest wtedy łatwiejsze.

 Ale oczywiście jajko nie tylko z punktu widzenia sztuki inżynierskiej jest ciekawe. Wielu z nas, nie wyobraża sobie kuchni bez jajecznych potraw. Bez ciasta, jajecznicy czy makaronów. A przede wszystkim, bez jajka gotowanego w wodzie. I choć powszechnie uważa się, że ugotowanie jajka na twardo to łatwizna, w rzeczywistości nie jest to takie proste. Oczywiście, można jajko wrzucić do wody i gotować przez pół godziny. Pewność, że będzie na twardo jest całkowita (chyba że robimy na to na szczycie bardzo wysokiej góry, gdzie temperatura gotowania wody jest znacząco niższa niż 100 st C), ale to wcale nie znaczy, że jajko będzie smaczne.

Co białe a co żółte

Nie trzeba być naukowcem (a wystarczy być nawet nieogarniętym kucharzem), by wiedzieć, że jajko składa się z białka i  żółtka. To pierwsze to głównie woda i tylko w około 10 proc. rozpuszczone w niej proteiny. W surowym jajku, białko jest przezroczyste, bo cząsteczki protein pozwijane są w kłębki. Ze wzrostem temperatury te kłębki zaczynają się rozwijać, a osobne do tego momentu cząsteczki protein łączą się ze sobą. Tworzy się nieuporządkowana plątanina „proteinowych nitek”, a to z jednej strony powoduje, że białko nie jest już płynne tylko coraz bardziej galaretowate, a z drugiej strony staje się coraz mniej przezroczyste. Gdy białko jajka kurzego jest już całkowicie białe, mówimy że jest ugotowane. Bliższe prawdzie jest stwierdzenie, że jest ścięte, choć tak właściwie powinno się chyba mówić, że doszło do jego denaturacji. Co to takiego ? Każde białko zmienia swoją strukturę przestrzenną pod wpływem czynników fizykochemicznych. Jednym z nich jest temperatura właśnie. Część z tych zmian jest odwracalna (to tzw. zmiany struktury pierwszo- i  drugorzędowej), ale gdy sprawy zajdą za daleko, nie da się cofnąć czasu. Białko gotowane przez kilka minut w wodzie zmienia swoją strukturę nieodwracalnie. Podczas tego procesu (denaturacji właśnie) niszczone są wiązania wodorowe i tzw. mostki disulfidowe, które jak śruby trzymające rusztowanie w całości, nadają cząsteczce białka odpowiedni i charakterystyczny kształt. Gdy śruby (wiązania wodorowe) się odkręcą, rusztowanie zaczyna zachowywać się w sposób nieprzewidywalny. Co więcej, gdy runie, nie sposób wybudować go od nowa. Denaturacja białka kurzego następuje w temperaturze około 63 st. Celsjusza, dlatego trzymanie choćby nie wiem jak długo jajka w wodzie o temperaturze nawet trochę niższej od tej wartości nie spowoduje jego ścięcia. Co ciekawe żółtko jajka kurzego ścina się w temperaturze o około 5 st Celsjusza wyższej niż białko. Dzieje się tak dlatego, że w żółtku, w cząsteczki protein wplątane są cząsteczki tłuszczów. Trzeba więc trochę więcej energii (stąd wyższa temperatura), by proteiny od cząsteczek tłuszczu „uwolnić”. Dopiero potem mogą zajść opisane już wyżej zmiany w strukturze białka.

No dobrze, ale w takim razie jak to się dzieje, że jajko daje się przygotować „na miękko”, skoro gotujemy je w wodzie o temperaturze 100 st. C a tymczasem ścinanie białka i żółtka ma miejsce w temperaturze do 70 st C? Wytłumaczeniem jest rozkład temperatury i zjawisko przewodnictwa cieplnego. Nawet jeżeli z zewnątrz jajka temperatura wynosi 100 stopni, potrzeba czasu, by „doszła” ona do samego jego środka. Najpierw więc zetną się te części jajka, które są najbliżej skorupki, a dopiero na końcu te w samym środku. Jeżeli wybierze się odpowiedni moment i wyciągnie jajko z gotującej się wody, zewnętrzne białko będzie już ścięte, a znajdujące się w samym środku żółtko, jeszcze nie.  No i to jest pewna sztuka. Każda kucharka ma swoje sposoby, ale z obliczeń fizyków wynika, że dla świeżego, średniej wielkości jajka ten czas wynosi 3 minuty i 30 sekund. Po tym czasie białko już bardziej się nie zetnie, ale zacznie ścinać się żółtko.

Test na wiek

Gotowanie jajka na miękko, wydaje się być zajęciem dla kucharzy nieco już zaznajomionych ze sztuką kulinarną. Dla tych bez podstawowej wiedzy (i zegarka) pozostaje jajko na twardo. Choć z drugiej strony… Ugotowanie jajka na twardo, wbrew pozorom także wymaga pewnej wiedzy. Po pierwsze, jajka nie wrzucamy do lodowatej wody, ale też niedobrze jest je wrzucić do wrzątku. W tym drugim przypadku, najpewniej popęka jego skorupka i biało z żółtkiem wyleje się do wrzącej wody. Po drugie, nie wolno z czasem gotowania jajka przesadzać. Białka zbudowane są ze związków zwanych aminokwasami. Niektóre z nich (np. te które wchodzą w skład białka kurzego) zawierają małe ilości siarki. Gdy jajko będzie zbyt długo gotowane, wydziela się siarkowodór, gaz o charakterystycznym zapachu zgniłych… jaj. Poza tym wydzielanie tego gazu powoduje, że żółtko ugotowanego jajka otoczone jest sino-zieloną otoczką. Dlatego właśnie w najlepszych restauracjach jajko zaraz po ugotowaniu wrzuca się do lodu. Wtedy wierzchnie warstwy nie „przegrzeją” się, a wewnętrzne dojdą do odpowiedniej konsystencji. W domu z lodem trudno eksperymentować, ale ugotowane jajka można wrzucić do lodowatej wody.

Jajko do zimnej wody można jednak wsadzić w innym celu. Po to żeby sprawdzić ile czasu upłynęło od chwili jego zniesienia. We wnętrzu jajka, pod skorupką znajduje się pęcherzyk gazu. Ten gaz jest wynikiem powolnego rozpadu białek. Im starsze jest jajko, tym więcej tego gazu będzie pod skorupką. Po to żeby sprawdzić wiek jajka, można zrobić prosty test. Bąbelek gazu gromadzi się w jajku w szerszym jego czubku. Na czym ten test polega? Wystarczy jajko wsadzić do naczynia z wodą i obserwować. Świeże jajko w naczyniu z wodą leży płasko przy dnie, ale im jajko jest starsze, tym większy jest kąt pomiędzy osią jajka a dnem naczynia. Innymi słowy, im starsze jajko, tym bardziej unosi się gruby jego czubek. Gdy ten kąt wynosi mniej więcej 90 st, czyli wąski czubek jest przy dnie, a szerszy pionowo u góry, jajko ma około 30 dni. Przy kącie około 45 st. jajko ma od 12 do 15 dni. To też skoro. Najlepsze do gotowania (i jedzenia) są te jajka, które mają powyżej dwóch dni, ale nie więcej niż siedem.

Gotowanie jajek to trudna sztuka. Fizyka może oczywiście pomóc, ale nie zastąpi w kuchni… intuicji. Acha i jeszcze jedno. Nie wspomniałem o tym, że jajko powinno się trzymać w lodówce węższym czubkiem w dół. I o tym, że gdy są gotowane w niższym ciśnieniu… są podobno lepsze w smaku.

2 komentarze do Fizyka i jajka

Type on the field below and hit Enter/Return to search