Tạp hóa - Xã hội

Hóa học thường thức: Nước (bài 1) – phân tử chữ V và nguyên tắc khi đun thịt 04. 08. 16 - 6:09 am

Hieniemic

Bước vào bếp hàng ngày, hầu hết chúng ta đều đang thực hiện những biến đổi hóa học ở cấp độ phân tử trên thức ăn, bất kể chúng ta có để ý hay không. Dẫu là những việc đơn giản như luộc một quả trứng, xào một bó rau, cho tới hầm một nồi thịt, nướng một ổ bánh mì, tất cả đều cần một nguồn nhiệt (lửa, vi sóng), một chất dẫn (nước, dầu, hoặc đơn thuần là không khí, trong trường hợp làm món nướng), và thức ăn. Hầu hết chúng ta đều làm bếp theo quán tính và thói quen, ít nghĩ ngợi nhiều. Nhưng một khi đã có được một nền tảng kiến thức cơ bản về lý tính và hóa tính của những nguyên liệu có trong bếp, hẳn đôi khi chúng ta sẽ ngừng lại trong giây lát để suy ngẫm, tự vấn, tìm cách giải thích những hành động chúng ta đang làm. Sáng tạo sẽ bắt nguồn từ việc hiểu được nguyên lý cơ bản. Hai bài tiếp theo trong loạt bài Hóa học Thường thức sẽ nói tới nước và dầu, với trọng tâm nhấn mạnh vào việc ứng dụng hóa học trong nhà bếp.

1. Phân tử đặc biệt hình chữ V

Phân tử nước, như ai cũng biết, cấu thành từ hai nguyên tử hyđrô và một nguyên tử oxy, H₂O. Phân tử nước có hình chữ V (giống như đầu chuột Mickey), và là một phân tử phân cực, với đầu âm nằm ở phía oxy và đầu dương nằm ở phía hyđrô. Một đặc tính quan trọng của nước là nó tạo được một liên kết liên-phân-tử (giữa hai phân tử) mạnh và rất đặc trưng, được gọi là liên kết hyđrô, nói nôm na là nếu hai phân tử nước ở gần nhau (gọi là Nước 1 và Nước 2) thì nguyên tử oxy mang điện âm của Nước 1 sẽ hút lấy nguyên tử hyđrô của Nước 2.

Liên kết hyđrô này là một liên kết quan trọng dùng để giải thích rất nhiều tính chất đặc biệt của nước. Hầu hết các chất khác, khi chuyển từ thể rắn sang thể lỏng, các phân tử rời xa nhau ra, làm cho thể lỏng thường sẽ nhẹ hơn thể rắn nếu xét cùng một thể tích. Nước thì lại khác, khi nước đóng băng, các phân tử nước bị “khóa” chặt vào mạng tinh thể, một phân tử nước sẽ nối với 4 phân tử nước xung quanh. Khi cho nhiệt vào, nước đá tan ra, các phân tử thay vì tách rời ra xa nhau, giờ lại tha hồ trượt lên nhau, và nhờ các liên kết hyđrô mạnh mà giờ còn xích lại gần nhau hơn.

Chính vì nước lỏng đặc hơn, nên nó nặng hơn nước đá, và khi bạn thả nước đá vào nước lỏng, nước đá sẽ nổi lên trên. Ngược lại, nếu nói về thể tích, thì khi hạ nhiệt độ, nước đóng băng, thể tích của nước đá sẽ lớn hơn nhiều so với cùng bằng đó khối lượng nước lỏng. Từ đó dẫn đến việc ở xứ lạnh, đường ống nước có thể bị vỡ khi thời tiết quá lạnh, băng đóng cứng trong đường ống. Hay liên quan hơn tới bếp núc là khi bạn đông lạnh thịt hoặc rau củ, nước trong các tế bào bị đóng băng, phình to ra làm vỡ tế bào. Đây là lí do vì sao bạn không cho rau lá mềm và mọng nước vào tủ đá (vì rau sẽ nát hết). Hoặc sau khi bạn rã đông rau củ (như đậu, cà rốt,…), thịt thà sẽ thấy chảy ra rất nhiều nước, và thực phẩm (nhất là rau củ) sẽ thấy nhăn nheo. Gordon Ramsay trong một show truyền hình, chỉ cần nhìn sơ qua một đống đồ ăn sũng nước, nhăn nheo là biết đó là đồ đông lạnh đã rã đông, không phải đồ tươi. Áp dụng kiến thức này, bạn cũng sẽ biết là không nên cho nguyên một nồi canh hoặc súp đầy, hoặc chai lọ thủy tinh chứa đầy nước vào tủ đông, vì áp lực nước tạo ra khi đóng băng có thể làm vỡ nồi và lọ của bạn.

Khi bạn tiếp tục cho nhiệt vào nước lỏng, càng nhiều nhiệt sẽ càng làm cho các phân tử nước rung mạnh hơn. Tuy nhiên, nước lỏng lại còn một đặc tính quan trọng nữa là có nhiệt dung riêng lớn hơn hầu hết các chất khác. Nhiệt dung riêng là đại lượng biểu thị khả năng “chứa” nhiệt của phân tử. Để làm cho nhiệt độ tăng lên 1°C, bạn phải “đổ” một lượng nhiệt vào nước gấp đôi lượng nhiệt cần “đổ” vào dầu. Đây là lí do vì sao đun nước sôi tốn nhiều thời gian, nhưng nước cũng là một chất rất tốt giúp làm nguội một vật đang nóng, mà không làm tăng nhiệt độ của nước lên đáng kể. Nguyên nhân một lần nữa lại là vì liên kết hyđrô mạnh giữa các phân tử nước, giống như một chất keo, dán chặt các phân tử lại với nhau, phải cho nhiều nhiệt, các phân tử mới rung nổi.

Hóa lý có hai đại lượng cần phải phân biệt rõ ràng là nhiệt và nhiệt độ. Kể từ khi hiểu rõ hơn về hai đại lượng này, chúng ta đã có một cái nhìn đổi khác hoàn toàn về thế giới, không chỉ dưới con mắt khoa học mà còn dưới các chiều kích triết học. Nói đơn giản thì nhiệt là dạng năng lượng được chứa trong các liên kết giữa các phân tử và phân tử. Còn nhiệt độ, trong đời sống, chúng ta quan niệm đơn giản rằng nhiệt độ là thứ chỉ độ nhiều hay ít của “nhiệt”, nhiệt độ càng cao thì càng nhiều nhiệt. Thật ra, nhiệt độ chỉ độ phân phối của các phân tử theo các mức năng lượng: nhiệt độ thấp khi hầu hết các phân tử ở các mức năng lượng thấp, nhiệt độ càng cao thì các phân tử phân phối trên một dải càng rộng các mức năng lượng khác nhau. Nhiệt độ liên quan nhiều hơn tới đại lượng gọi là “độ hỗn loạn” (chúng ta sẽ bàn tới vấn đề này trong tương lai).

Ở điều kiện khí quyển bình thường, khi nhiệt độ của nước đạt 100°C, nhiệt cho vào không làm tăng nhiệt độ nữa mà sẽ giúp nước chuyển từ dạng lỏng sang dạng hơi và bay đi. Sau khi nắm được kiến thức cơ bản về nước, chắc bạn sẽ không bất ngờ nếu biết hơi nước chứa một lượng nhiệt rất lớn. Chỉ cần huơ tay trên nồi nước sôi, bạn có thể bị bỏng hơi nước, vì hơi nước chạm tay bạn sẽ ngưng tụ lại thành nước lỏng, nhả ngược lại một lượng nhiệt lớn lên da.

Một điểm đặc biệt quan trọng cần lưu ý là nhiệt độ tối đa của nước sôi là 100°C, du di cộng trừ thêm vài độ khi áp suất khí quyển có thay đổi đôi chút. Khi nấu bằng nước (luộc, chần) hoặc hơi nước (hấp), nhiệt độ tối đa của thực phẩm sẽ là nhiệt độ của nước sôi (trừ khi bạn dùng nồi áp suất, sẽ giúp tăng nhiệt độ sôi của nước lên thành khoảng 120°C). Ở 100°C, nước thừa sức làm chín thực phẩm và giết chết vi khuẩn, nhưng chưa đủ để kích hoạt các phản ứng ở nhiệt độ cao, tạo ra độ giòn và các phân tử hương vị đặc trưng. Chúng ta sẽ đến với các phản ứng này ở bài sau, khi nói về chiên, xào, nướng, dùng dầu làm chất dẫn với nhiệt độ cao hơn 100°C nhiều.

Trên thực tế, chúng ta thật ra không cần tới 100 độ C để nấu thịt và cá. Về bản chất, chúng ta “cấp nhiệt” cho thịt nhằm đế (1) tiêu diệt vi khuẩn, và (2) biến tính các protein, đặc biệt là collagen để trở thành gelatin. Collagen là nhóm các protein chính của các mô liên kết trong động vật, nhất là lớp thú, dùng để nối các mô cơ, gồm 3 sợi peptit xoắn cuộn vào nhau. Thịt càng cứng thì càng nhiều collagen. Collagen bắt đầu bị biến tính và thủy phân ở nhiệt độ tầm 60–65°C, đầu tiên là 3 sợi peptit bị tách rời ra, sau đó các sợi này bị thủy phân thành các phần nhỏ, ta gọi là gelatin. Phản ứng thủy phân này, tuy thế lại diễn ra khá chậm. Bản chất hóa học của quá trình làm món thịt hầm (lửa liu riu, nhiệt độ thấp, thời gian lâu) là sự thủy phân chậm của gelatin để làm thịt thật mềm, mà không bị khô.

Khi đun thịt, ở 55–60°C, protein myosin sẽ biến tính, tới 70–80°C, tới lượt protein actin bắt đầu biến tính. Đun thịt ở lửa lớn, nhiệt độ cao, gần sôi, nhất là với thịt mềm, ít collagen, actin sẽ đóng vào nhau thành sợi cứng, đẩy nước ra khỏi thịt, khiến thịt bị khô và dai.

(Còn tiếp)

Bài đã đăng

• Về một nhân vật anime: Natalia Poklonskaya - Sáng Ánh (10/03/2022)
• Địa lý dễ thuộc: Bánh bao đến từ đâu, từ Ai Cập? - Sáng Ánh (23/12/2021)
• Địa lý dễ thuộc: Eo nào nhỏ bằng eo Bosphorus? - Sáng Ánh (17/12/2021)
• "Thụy Điển kiều": những Karl Oskar và Kristina không quên quá khứ - Đặng Thái (15/12/2020)
• Chuyện Covid ở một chung cư Thái - Sáng Ánh (10/04/2020)
• Tác phẩm phái sinh và án lệ chưa từng có trong tranh chấp về sở hữu trí tuệ tại Việt Nam - Hân Hân (14/11/2019)
• Học qua hí họa: chú Năm, anh Hai, thuế mậu dịch và chiến tranh thương mại - Sáng Ánh (19/05/2019)
• Lời nguyền của đá (quí) - Sáng Ánh (14/11/2018)
• Du học để làm gì? (bài 3): Cuối cùng là vấn đề tiền - Sáng Ánh (09/10/2018)
• Du học để làm gì? (bài 2): Học môn gì? Học ở đâu? - Sáng Ánh (04/10/2018)

» Xem tiếp...