Il menù dello scienziato - Tesina per Liceo scientifico

si combinano a formare un composto simile ad un gel che trattiene l’acqua.

Per esempio la cottura al dente si raggiunge nel momento in cui le molecole di

amido, trasformate in gel, hanno assorbito una quantità d’acqua minima

necessaria per rendere lo spaghetto tenero.

Andrei Varlamov, un fisico russo, studiando la cottura della pasta ha scoperto

una formula fisica per trovare il tempo di cottura degli spaghetti:

2

t = ar + b

dove:

t = tempo di cottura

a = tipo di pasta (grano duro, grano tenero, all’uovo, ecc..)

r = raggio dello spaghetto

b = coefficiente che rappresenta il livello di cottura che desideriamo ( ben cotta

o al dente)

Prendiamo in considerazione la seguente tabella:

TIPO DI PASTA DIAMETRO DIAMETRO TEMPO DI COTTURA

ESTERNO (mm) INTERNO (mm) SPERIMENTALE

(min)

Capellini n.1 1.15 - 3

Spaghettini n.3 1.45 - 5

Speghettini n.5 1.75 - 8

Vermicelli n.7 1.90 - 11

Vermicelli n.8 2.10 - 13

Usando il “metodo dei minimi quadrati”, ovvero una tecnica di ottimizzazione

che permette di trovare una funzione, detta curva di regressione, che si avvicini

il più possibile ad un insieme di dati, sono riuscita a calcolarmi i coefficienti a e

b. I loro valori sono: a= 3.363 min/mm e b=-1.75 min.

2

Il coefficiente b è negativo poichè il consumatore preferisce un tipo di pasta al

dente. Adesso posso andare a verifica i tempi di cottura utilizzando i valori

trovati.

TIPO DI PASTA TEMPO DI COTTURA TEMPO DI COTTURA

SPERIMENTALE (min) TEORICO (min)

Capellini n.1 3 2.689761

Spaghettini n.3 5 5.312932 7

Speghettini n.5 8 8.541449

Vermicelli n.7 11 10.38271

Vermicelli n.8 13 13.07314

Con questi dati sono riuscita a fare il seguente grafico:

Dal grafico e dai dati ottenuti possiamo notare come il tempo di cottura

sperimentale coincida con il tempo di cottura teorico.

Perchè gli spaghetti non si rompono mai in due soli pezzi quando

vengono piegati oltre un certo raggio di curvatura ma si frantumano

invece in almeno tre frammenti?

Se prendiamo uno spaghetto per le due estremità e lentamente cominciamo a

piegarlo, come a formare un cerchio, ad un certo punto si spezzerà. In questo

fenomeno non c’è niente di strano. Ma se andiamo a vedere meglio, notiamo

che lo spaghetto si spezza in tre o quattro frammenti ( a volte può arrivare

anche a dieci): si rifiuta di spezzarsi in sole due parti!

Questo strano comportamento ha incuriosito molti scienziati, tra cui il famoso

fisico premio nobel Richard Feynman. Solo recentemente ad opera di due fisici

dell’università parigina di Pierre e Marie Curie, Auduly e Neukirch, si è potuto

avere una giustificazione quantitativa, che ha destato anche interesse per le

possibili applicazioni nel campo delle costruzioni e della ingegneria civile. Il loro

lavoro è stato pubblicato sulla prestigiosa rivista scientifica “Physical Review

Letters” nell’agosto del 2005.

Questi scienziati hanno applicato allo spaghetto le equazioni di Gustav Robert

Kirchhoff per modellizzare le modalità secondo le quali una sottile barra 8

elastica reagisce alla sollecitazione che tende a farla incurvare.

I due ricercatori hanno scoperto che, quando la curvatura dello spaghetto

raggiunge un valore critico, questo si rompe, proprio come ci si aspetterebbe,

in due pezzi. A questo punto si potrebbe immaginare che i due frammenti si

“raddrizzino”, ovvero ritornino allo stato iniziale. Invece sorprendentemente,

questa prima rottura genera un’onda elastica che si diffonde lungo i due

frammenti. Invece di smorzarsi rapidamente, l’onda aumenta la curvatura dei

due frammenti generando ulteriori fratture, che a loro volta possono generare

delle altre onde e produrre altri frammenti.

La cosa sorprendente è che nel loro studio sugli spaghetti i due scienziati

hanno trovato una soluzione che vada bene per qualunque tipo di materiale, e

che quindi può spiegare altrettanto bene il modo di fratturarsi di un oggetto

rigido della stessa forma stretta e molto lunga di uno spaghetto, come il pilone

di un ponte o una canna da pesca in fibra di vetro. Quello che ancora non è

possibile prevedere sono le dimensioni dei frammenti!

C’è una relazione fra la consistenza del sugo e la dimensione della

pasta?

La velocità con il quale il fluido viscoso, nel nostro caso il sugo, fluisce il un

tubo, come i bucatini, è determinata dalla relazione:

2

v/D .

dove

v è la viscosità del liquido,

D è il diametro del tubo.

Per ottenere questa formula abbiamo usato il modello del flusso viscoso in un 9

tubo verticale, in presenza di un campo di gravità. Si osservi che l’origine

dell’accelerazione è irrilevante: essa può essere dovuta alla gravità oppure

impressa agli spaghetti mescolandoli vigorosamente nella zuppiera. Pertanto il

tempo di mescolamento viene scritto: t = v/D .

2

In definitiva, la consistenza del condimento dipende dalla grandezza della

pasta: più viscosa è la salsa, più grossa deve essere la pasta, e viceversa! 10

SECONDO PIATTO: Costolette alla piastra

Da cosa è formata la carne?

La carne è formata da fibre muscolari, tessuto connettivo e grassi. Le fibre

muscolari sono fatte di due proteine, actina e miosina. In un essere vivo,

queste proteine sono capaci di cambiare la loro forma affinchè il muscolo possa

contrarsi. Queste proteine a una temperatura maggiore di 40°C circa

denaturano,ovvero perdono la capacità di cambiare reversibilmente la forma;

questo è il motivo per il quale la carne, durante la cottura, tende a contrarsi. La

consistenza della carne diventa più rigida proprio quando le proteine

denaturano e il muscolo si contrae. In termini culinari diremo che, se il muscolo

fosse così contratto, ci troveremmo davanti a una carne tigliosa. È chiaro,

dunque, che il riscaldamento tende a rendere sempre più dura la carne.

Maggiore è la profondità con cui penetra il calore all’interno della massa,

maggiore sarà il numero di proteine denaturate. Le proteine, denaturando,

contraggono il muscolo e rendono sempre più dura la carne. Perciò più a lungo

cuocete qualunque carne e più tigliose diventeranno le sue fibre muscolari.

Un’altro componente fondamentale della carne è il grasso. I grassi animali sono

solidi nella carne cruda ma si sciolgono con la cottura. Essi contribuiscono in

larga misura a dare profumo al piatto, infatti gli odori sono piccole molecole e,

nella carne cruda, i grassi sono le uniche molecole piccole presenti. Inoltre i

grassi agiscono come una sorta di lubrificante: un pò di grasso intorno a un

pezzo di carne duro lo rende più morbido alla mastificazione.

Il componente ultimo della carne è l’acqua. La maggior parte della carne è

acqua, ben il 60 %), il che la rende il singolo componente più abbondante della

carne. Se la carne viene congelata prima della cottura, l’acqua si converte in

cristalli di ghiaccio abbandonando le proteine circostanti, cosicchè, dopo lo

scongelamento, l’acqua libera se ne va molto facilmente. Questa liberazione

d’acqua, dovuta allo scongelamento, spiega come mai la carne congelata ha

sempre un aspetto più asciutto di quella fresca. 11

Perché la carne è rossa?

Molta gente pensa che il colore rosso derivi dal sangue che scorre nelle vene e

nelle arterie. Un semplice ragionamento, tuttavia, può dimostrare che le cose

non sono così immediate. Un animale, con la macellazione, viene anche

dissanguato. Le vene e le arterie si svuotano; cosicché, il colore della carne

deve provenire da qualche altra parte.

Il colore rosso del sangue proviene dalla presenza di una speciale proteina,

l’emoglobina, che serve a trasportare l’ossigeno in giro per l’organismo. Una

parte dell’emoglobina rimane assorbita dai tessuti contribuendo al colore della

carne, ma ciò non è sufficiente. Infatti nei tessuti è presente una proteina, la

mioglobina, che è molto simile all’emoglobina. Quest’ultima assume un colore

rosso quando è ossigenata, mentre vira al rosa quando perde il suo ossigeno. I

muscoli sfruttati maggiormente, avranno bisogno di molta mioglobina e per

questo risulteranno più scuri, mentre muscoli meno sollecitati richiedono una

minor quantità di mioglobina e la loro carne sarà più chiara.

Perchè la carne si può rosolare quando viene cotta alla griglia sopra

una fiamma, fritta in padella con un po’ d’olio o arrostita al forno,

ma non quando viene bollita nell’acqua o cotta al microonde?

La rosolatura della carne si verifica quando un’unità di carboidrato reagisce con

un aminoacido, la reazione richiede un’alta temperatura (maggiore del punto di

ebolizione dell’acqua), perciò la carne deve essere riscaldata da fiamme, pareti

calde del forno o anche olio caldo. Man mano che l’energia termica viene

trasferita per conduzione dalla superficie, l’interno della carne si scalda con

gradualità, ma non arriva a temperature superiori al punto di ebollizione

dell’acqua e quindi non si rosola mai. Se la carne viene bollita in acqua o cotta

nel forno a microonde, nemmeno la superficie si riscalda tanto, e quindi non

può rosolarsi. 12

Se una ricetta raccomanda un certo tempo di cottura per cuocere

un arrosto di un certo peso, per un arrosto che pesa il doppio va

cotto per un tempo doppio?

Per ricavare il tempo di cottura di un arrosto o di un tacchino di peso diverso da

quello riportato nella ricetta occorre affidarsi all’esperienza, perchè forni diversi

cuociono il cibo con velocità diverse e differenti pezzi di carne conducono il

calore con velocità diverse. Ecco una regola generale: se si conosce il tempo di

cottura corretto (T) per un arrosto di una certa massa, il tempo di cottura per

un arrosto di massa doppia è 2 T , per uno che pesa il triplo è 3 T. Il

2/3 2/3

rapporto tra la massa dell’arrosto e la massa riportato nella ricetta è elevato

alla potenza di 2/3.

Il motivo è che lo scambio di entropia avviene attraverso la superficie della

carne. La massa è proporzionale al volume, ovvero alla terza potenza delle

dimensioni lineari, mentre la superficie è proporzionale al quadrato delle

dimensioni lineari. Da qui il fattore 2/3:

T proporzionale Superficie; Superficie proporzionale a l ; ma l proporzionale

2

√Volume

3

Poiché volume proporzionale massa: T proporzionale M 2/3

Se T è il tempo di cottura della massa M allora per la massa M sarà:

0 0

M = M/M ·M ; T /T = M /M = (M/M ) , T = (M/M ) T

2/3 02/3 2/3 2/3

0 0 0 0 0 0 13

SECONDO PIATTO: Filetto di persico marinato

Perché la carne del pesce è bianca?

Esistono due tipi di fibre:le fibre “lente” e quelle “veloci”. Le prime bruciano

grasso per recuperare energia, i muscoli che li contengono hanno bisogno di

ossigeno per funzionare; le fibre “veloci”, invece, non necessitano di ossigeno.

Di conseguenza, i muscoli fatti di fibre veloci non hanno bisogno di mioglobina

e rimangono sempre bianchi. Una differenza importante tra le fibre veloci e

lente è che le seconde sono ben attrezzate per lavorare continuamente, mentre

le prime devono lavorare velocemente in condizioni transitorie. Tutti gli animali

terrestri devono portare in giro il loro peso, pertanto devono avere muscoli con

un’enorme quantità di fibre lente che, notoriamente, sono scure. Il pesce, al

contrario, si fa sostenere dall’acqua e perciò non ha la stessa necessità ti tante

fibre rosse. Alcuni pesci però, come lo squalo, sono più pesanti dell’acqua e

devono sempre stare in movimento per galleggiare, la loro carne perciò sarà

più scura.

Perché il pesce tende a disfarsi quando si cuoce?

A differenza degli animali terrestri, i pesci non devono sostenere il loro peso,

poichè l’acqua nella quale nuotano fornisce loro una spinta sufficiente per farli

galleggiare. Questo galleggiamento permette loro di avere muscoli dalle

strutture proteiche diverse dai mammiferi. I muscoli devono lavorare meno e

devono sopportare carichi inferiori, con sforzi minori. Di conseguenza, le

proteine dei muscoli dei pesci non sono disposte in lunghi fasci, bensì in fasci

corti. La principale differenza tra carne e pesce è che in questo non c’è

connettivo robusto tra muscoli e ossa, perciò non è necessario cuocere così a

lungo il pesce per renderlo tenero. Nel momento in cui il pesce si cuoce tende a