Τι είναι η θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού;

Αναρωτιέστε γιατί το εύθραυστο σας παραμένει μαλακό, αντί να γίνεται τραγανό; Ή θέλετε να μάθετε πώς λειτουργεί το νήμα καραμέλας; Τότε μπορεί να συναντήσετε μια σημαντική, αλλά αρκετά περίπλοκη έννοια:τη «θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού».

Μπορεί να είναι μια δύσκολη ιδέα να τυλίξεις το μυαλό σου. Η θερμοκρασία μετάπτωσης υάλου περιγράφει πότε ένα υλικό μεταβαίνει από ένα σκληρό, υαλώδες υλικό, σε ένα παχύρρευστο, αλλά εύκαμπτο προϊόν. Με άλλα λόγια, μπορεί να εξηγήσει γιατί ένα εύθραυστο φυστίκι που προηγουμένως τραγανό έγινε μασώδες, βοηθώντας σας να γίνετε καλύτερος παρασκευαστής καραμέλας.

Το γυαλί είναι ένα υγρό που φαίνεται στερεό

Οι περισσότεροι από εμάς γνωρίζουμε τις τρεις βασικές καταστάσεις της ύλης:αέριο, υγρό και στερεό. Ίσως γνωρίζετε ότι:ο παγωμένος πάγος είναι στερεό , το νερό σε θερμοκρασία δωματίου είναι ένα υγρό , και το εξατμισμένο νερό είναι αέριο .

Αυτό που ξεχωρίζει αυτές τις τρεις φάσεις η μία από την άλλη είναι το πόσο ελεύθερα μπορούν να κινούνται τα άτομα και/ή τα μόρια μέσα στο υλικό:

• Σε στερεό , είναι σφιχτά οργανωμένα σε ένακρυστάλλινο δομή. Έχουν κολλήσει λίγο στη θέση τους.
• Σε ένα υγρό , μπορούν να μετακινούνται αλλά μείνετε μαζί.
• Σε αέριο , τα μόρια περιορίζονται από φυσικά όρια, αλλά κινούνται ελεύθερα εντός αυτού του χώρου.

Τι είναι λοιπόν ένα ποτήρι; Λοιπόν, δεν εμπίπτει σε καμία από αυτές τις τρεις ξεχωριστές κατηγορίες. Τα γυάλινα υλικά μοιάζουν με στερεό. Διατηρούν το σχήμα τους, ραγίζουν και δεν ρέουν. Όμως, σε ατομική κλίμακα, μοιάζουν με υγρό! Δηλαδή, τα άτομα δεν είναι δομημένα σε κρυσταλλική μορφή. Αντίθετα, οργανώνονται πιο τυχαία, όπως θα ήταν ένα υγρό. Αυτό το ονομάζουμε άμορφη δομή.

Η σκληρή καραμέλα είναι ένα κοινό ποτήρι στα τρόφιμα

Ένα καλό παράδειγμα ποτηριού στο φαγητό είναι οι σκληρές καραμέλες. Αυτό το είδος καραμέλας είναι πολύ σκληρό και εύθραυστο, αλλά έχει μια άμορφη δομή μέσα. Δεν περιέχει κρυστάλλους. Η κηρήθρα είναι επίσης ένα παράδειγμα σκληρής καραμέλας.

Ένα άλλο παράδειγμα είναι το μαλλί της γριάς. Το μαλλί της γριάς λιώνει στο στόμα σας και δεν είναι σκληρό και εύθραυστο. Αλλά, αυτό συμβαίνει μόνο επειδή οι κλωστές που αποτελούν το μαλλί της γριάς είναι πολύ λεπτές. Ωστόσο, κάθε κλωστή είναι ένα ποτήρι.

Μετάβαση από παχύρρευστο σε σκληρό

Για να γίνει στερεό ένα υγρό, τα μόρια αυτού του υγρού πρέπει να μπορούν να οργανωθούν σφιχτά σε μια οργανωμένη κρυσταλλική δομή. Ωστόσο, εάν ένα υγρό είναι πολύ παχύρρευστο, μπορεί να είναι δύσκολο για τα μόρια να οργανωθούν με αυτόν τον τρόπο. Αντίθετα, τα μόρια είναι «κλειδωμένα» στη θέση τους, χωρίς στην πραγματικότητα να μπορούν να σχηματίσουν αυτή την οργανωμένη δομή. Όταν συμβεί αυτό, ένα υλικό μετατρέπεται σε ποτήρι. Αυτή η μετάβαση, από το παχύρρευστο υγρό σε γυαλί είναι η γυάλινη μετάβαση .

Το ιξώδες ενός υγρού περιγράφει πώς ρέει. Το νερό είναι ένα υγρό με αρκετά χαμηλό ιξώδες, ρέει αρκετά εύκολα. Το μέλι έχει υψηλότερο ιξώδες, είναι πιο παχύρρευστο και σαφώς ρέει διαφορετικά. Ένα σιρόπι ζάχαρης με υψηλή συγκέντρωση είναι ακόμα πιο παχύρρευστο.

Που εξαρτάται από τη θερμοκρασία

Το αν κάτι είναι αέριο, υγρό ή στερεό εξαρτάται, μεταξύ άλλων παραγόντων, από τη θερμοκρασία. (Αυτός είναι ένας από τους λόγους που είναι τόσο σημαντικό να μετράτε τη θερμοκρασία όταν φτιάχνετε ζαχαρωτά.) Η θερμοκρασία στην οποία ένα συστατικό αλλάζει φάση ονομάζεται θερμοκρασία μετάβασης φάσης. Για παράδειγμα, στο σημείο τήξης ένα υλικό αλλάζει από στερεό σε υγρό. Στο σημείο βρασμού του ένα υγρό μετατρέπεται σε αέριο.

Η μετάβαση από το γυαλί στο παχύρρευστο υγρό δεν είναι μια επίσημη μετάβαση φάσης. Η θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού λειτουργεί λίγο διαφορετικά. Ωστόσο, εξαρτάται επίσης από τη θερμοκρασία και διέπεται από παρόμοιες αρχές.

Όταν ένα προϊόν διατηρείται πάνω από τη θερμοκρασία μετάπτωσης γυαλιού του, είναι ένα παχύρρευστο ΥΓΡΟ. Όταν κρατιέται ΚΑΤΩ από τη θερμοκρασία μετάπτωσης γυαλιού, είναι ΓΥΑΛΙ.

Παρόλο που το όνομα μπορεί να σας κάνει να σκεφτείτε διαφορετικά, η θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού δεν είναι μια συγκεκριμένη θερμοκρασία. Σε γενικές γραμμές, η μετάβαση γυαλιού συμβαίνει σε ένα εύρος θερμοκρασιών. Για παράδειγμα, μπορεί να εμφανιστεί από 40-45°C (104-133°F).

Επίσης, το πώς και εάν εμφανίζεται εξαρτάται από το πόσο γρήγορα κρυώνετε το προϊόν. Πολλά τρόφιμα σχηματίζουν ένα ποτήρι μόνο αν το κρυώσετε γρήγορα. Εάν όχι, τα μόρια μπορεί να είναι σε θέση να οργανωθούν διαφορετικά, χωρίς να δίνουν στο ποτήρι την ευκαιρία να ακολουθήσει.

Τέλος, εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη σύνθεση του προϊόντος, την οποία θα συζητήσουμε παρακάτω.

Ένα παράδειγμα:peanut brittle

Το φιστίκι εύθραυστο γίνεται μαγειρεύοντας ένα σιρόπι ζάχαρης σε υψηλή θερμοκρασία και στη συνέχεια κρυώνοντάς το ξανά. Όσο είναι ζεστό, το μείγμα είναι υγρό. Μπορείτε να το αδειάσετε εύκολα από μια κατσαρόλα, σε ένα δίσκο. Αλλά, καθώς κρυώνει, γίνεται πιο παχύρρευστο. Σε κάποιο σημείο, γίνεται ακόμη και στερεό, έχετε περάσει από τη μετάβαση από γυαλί. Ενώ θα μπορούσατε να λυγίσετε το ζεστό φιστίκι εύθραυστο, το ψυχρό εύθραυστο θα σπάσει απλά.

Η περισσότερη ή λιγότερη υγρασία κάνει τη διαφορά

Αυτό που μπορεί να κάνει την έννοια της θερμοκρασίας μετάπτωσης γυαλιού πολύ δύσκολο να κατανοηθεί είναι το γεγονός ότι εξαρτάται πολύ έντονα από την ακριβή σύνθεση του προϊόντος. Ειδικά για τα τρόφιμα, η ποσότητα του νερού παίζει καθοριστικό ρόλο.

Για να εξηγήσουμε, θα βουτήξουμε βαθύτερα στον κόσμο της επιστήμης της καραμέλας.

Για να φτιάξετε ζαχαρωτά ξεκινάτε γενικά βάζοντας ένα διάλυμα ζάχαρης και νερού σε βρασμό. Βράζετε αυτό το ζαχαρούχο διάλυμα σε συγκεκριμένη θερμοκρασία. Αυτή η θερμοκρασία είναι ένα μέτρο της ποσότητας νερού που παραμένει ακόμα στο σιρόπι. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο μικρότερη είναι η ποσότητα νερού σε αυτό το διάλυμα. (Συζητούμε την επιστήμη πίσω από αυτό με περισσότερες λεπτομέρειες εδώ .)

Η ποσότητα του νερού που μένει στο σιρόπι έχει μεγάλη επίδραση στο ιξώδες του σιροπιού. Όσο λιγότερο νερό μένει, τόσο πιο παχύρρευστο, άρα πιο πηχτό, γίνεται το σιρόπι.

Θυμηθείτε ότι ειδικά τα πολύ παχύρρευστα υγρά έχουν την τάση να σχηματίζουν ποτήρι. Είναι πιο δύσκολο για τα μόρια σε ένα τέτοιο υγρό να κινηθούν και να σχηματίσουν όμορφα οργανωμένες κρυσταλλικές δομές. Ως εκ τούτου, όσο υψηλότερη ήταν η θερμοκρασία του μαγειρεμένου σιροπιού σας, τόσο πιο πιθανό είναι να σχηματιστεί ένα ποτήρι.

Όταν υπάρχει ακόμα πολλή υγρασία στην καραμέλα, η θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού της καραμέλας θα είναι πολύ κάτω από τη θερμοκρασία δωματίου. Ακόμα κι αν μια καραμέλα κρυώσει, δεν θα σχηματίσει ποτήρι, καθώς η θερμοκρασία μετάβασης σε γυαλί θα είναι πολύ χαμηλή.

Όσο χαμηλότερη είναι η περιεκτικότητα σε υγρασία της καραμέλας σας, τόσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού. Ως εκ τούτου, είναι πιο πιθανό η καραμέλα σας να περάσει από τη μετάβαση γυαλιού όταν κρυώσει. Για να φτιάξετε σκληρή καραμέλα, γενικά πρέπει να βράσετε το σιρόπι ζάχαρης σε θερμοκρασίες πάνω από τουλάχιστον 132°C (270°F) για να φτιάξετε ένα ποτήρι. Ωστόσο, η ακριβής θερμοκρασία εξαρτάται από τη σύνθεση της καραμέλας.

Σε γενικές γραμμές, η σχέση μεταξύ της περιεκτικότητας σε νερό και της θερμοκρασίας μετάπτωσης γυαλιού είναι η εξής:

Όσο ΧΑΜΗΛΟΤΕΡΗ είναι η περιεκτικότητα σε νερό, τόσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία μετάπτωσης γυαλιού.

Γιατί είναι δύσκολο να φτιάχνεις γλυκά σε μια ζεστή και υγρή μέρα

Οι συνταγές για καραμέλα συχνά αναφέρουν ότι δεν πρέπει να τις δοκιμάζετε σε μια ζεστή, υγρή μέρα. Ένας από τους λόγους για να το κάνετε αυτό έχει να κάνει με τη θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού.

Για να γίνει υαλώδης μια σκληρή καραμέλα, χρειάζεται:

• κρύωσε γρήγορα
• έχουν χαμηλή περιεκτικότητα σε υγρασία.

Εάν η θερμοκρασία μετάβασης σε γυαλί της καραμέλας σας είναι 27°C (80°F), οι ζεστές μέρες μπορεί να καταστήσουν αδύνατο το γλυκό να κρυώσει αρκετά ώστε να πέσει κάτω από τη θερμοκρασία μετάβασης σε γυαλί. Λάβετε υπόψη ότι μόνο όταν το προϊόν είναι κάτω η θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού θα γίνει υαλώδης!

Η υψηλή υγρασία δεν βοηθά επίσης. Σε μια ζεστή, υγρή μέρα, ο αέρας περιέχει πολλή υγρασία. Η σκληρή καραμέλα από την άλλη πλευρά περιέχει πολύ λίγη υγρασία. Τοποθετώντας την καραμέλα σε ένα υγρό περιβάλλον, μέρος της υγρασίας από τον αέρα θα τραβηχτεί από την καραμέλα. Ως αποτέλεσμα, η θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού πέφτει. Εάν η θερμοκρασία μετάβασης σε γυαλί πέσει κάτω από τη θερμοκρασία αποθήκευσης, η καραμέλα δεν γίνεται πλέον σκληρή και εύθραυστη. Αντίθετα, θα είναι ελαστικό και ελαφρώς εύκαμπτο.

Αυτός είναι επίσης ο λόγος που πρέπει πάντα να αποθηκεύετε αυτά τα είδη καραμέλας σε αεροστεγές δοχείο. Ακόμη και τις μη υγρές μέρες, ο αέρας πιθανότατα περιέχει περισσότερη υγρασία από την καραμέλα και η υγρασία θα μεταφερθεί σιγά-σιγά μέσα στην καραμέλα σας. Ως αποτέλεσμα, η προηγουμένως σκληρή και εύθραυστη καραμέλα σας γίνεται μαλακή με την πάροδο του χρόνου!

Αυτός είναι επίσης ο λόγος που το μαλλί της γριάς λιώνει στο στόμα σας σχεδόν ακαριαία. Το μαλλί της γριάς είναι φτιαγμένο από πολλά λεπτά γυάλινα νήματα. Μόλις αγγίξουν το σάλιο σας, η περιεκτικότητα σε υγρασία αυξάνεται γρήγορα, μετατρέποντας το ποτήρι σε διάλυμα ζάχαρης!

Αναφορές

TU Eindhoven, Η γυάλινη φάση:ένα μυστήριο της φυσικής, σύνδεσμος

Tom Husband, The sweet science of candymaking, Oct-2014, link