При какой температуре воды растворяется сахар

Сахар едят многие, добавляя его в чай, кофе и различные блюда. Это сладкое вещество знакомо всем еще с детства. Привычное для нас его агрегатное состояние – твердое кристаллическое – одно из шести известных человечеству на сегодняшний день: твердое, жидкое, газообразное, плазма, фермионный конденсат и конденсат Бозе-Эйнштейна. Однако если взять кусочек сахара или чайную ложку сахарного песка и положить в чашку с горячим чаем, помешивая при этом ложной, то через некоторое время сахар «исчезнет». Его совсем не будет видно, а внешний вид и объем чая совершенно не изменится. Давайте попробуем разобраться, куда «исчез» сахар и можно ли каким-либо способом его вернуть в прежнее твердое состояние.

В кристаллическом состоянии могут находиться различные вещества. При этом кристаллы бывают очень причудливой формы. Например, кристаллы висмута имеют вид загадочных лабиринтов, кристаллы каменной соли являются полупрозрачными кубиками, кристаллы оксида цинка напоминают звездочки:

Сахар, который мы положили в чашку с горячим чаем, тоже был в твердом состоянии и, конечно же, никуда не исчез. Об этом свидетельствует сладкий вкус чая. При попадании в воду молекулы сахара начали взаимодействовать с молекулами воды. А молекулы воды – это ярко выраженные полярные молекулы, поэтому они образуют с молекулами сахара, находящимися в кристалле, межмолекулярные связи и отрывают их от кристалла, унося в толщу воды. При этом, чем выше температура воды, тем активнее происходит взаимодействие. Таким образом, сахар растворился в воде – произошел физический процесс, при котором в воде оказались молекулы сахара, связанные с несколькими молекулами воды. Количество молекул, которые могут раствориться в воде, ограничено, поэтому, в конце концов, наступит момент, когда сахар больше не растворяется. Такой раствор сахара называется насыщенным. Он нам потребуется, чтобы вырастить кристаллы.

Еще один практический совет. Если вы хотите, чтобы ваш чай или кофе был как можно дольше горячим, то следует сразу после наливания положить в чашку сахар. При растворении сахар заберет часть тепловой энергии у чая или кофе, и температура понизится. Разница температур между напитком и воздухом в комнате станет меньше, поэтому остывать чай или кофе будет медленнее, и дольше будет оставаться горячим.

Сахар, растворенный в воде, можно опять вернуть в твердое кристаллическое состояние. Это можно сделать в домашних условиях, при этом не потребуется каких-либо особых приспособлений. Сахар очень хорошо растворяется в воде: в 100 мл воды при температуре 1000С может раствориться около 500 г сахара! При этом объем раствора практически не изменится. Вы можете удивить своих друзей, если будете класть в горячий чай один за другим кубики сахара, помешивая при этом ложкой, то даже 20 кубиков сахара прекрасно растворятся, а объем чая визуально не изменится, как будто сахар куда-то исчез. Пить такой чай будет нельзя, но эффект гарантирован.

Итак, нам потребуется: 0,5 л воды, 1200-1300 г сахарного песка, деревянные палочки длиной 15-20 см, прозрачные сосуды емкостью 200-330 мл, плотная бумага, нарезанная квадратами 10х10 см, пищевые красители, если вы хотите сделать кристаллы сахара разноцветными, и небольшая кастрюля.

Сначала наливаем в кастрюлю 0,5 л воды и насыпаем 600-650 г сахарного песка. Нагреваем кастрюлю с водой и сахаром на небольшом огне, помешивая ложкой до полного растворения сахара, затем добавляем еще 600-650 г сахарного песка и добиваемся полного его растворения. Даем сахарному раствору остыть минут 10-15. В это время подготавливаем деревянные палочки: протыкаем ими в центре квадраты из плотной бумаги, смачиваем длинный конец палочки в воде и обваливаем в сахарном песке, добиваясь равномерного прилипания сахара со всех сторон, и даем палочкам с сахаром высохнуть.

Приготовленный сахарный раствор разливаем в прозрачные сосуды и добавляем в них разноцветные пищевые красители. Палочки с сахаром опускаем в растворы и при помощи плотной бумаги закрепляем их в вертикальном положении:

В течение последующей недели мы сможем наблюдать, как вокруг деревянной палочки будут вырастать окрашенные пищевыми красителями разноцветные кристаллы сахара. Таким образом, сахар выделится из раствора, вернув себе твердое кристаллическое состояние в виде сладких разноцветных леденцов.

Предлагаем Вам по предложенному методу вырастить кристалл поваренной соли.

Автор: Матвеев К.В., методист ГМЦ ДО г. Москвы

Теплофизические свойства сахарозы (сахара)

В таблице представлены следующие физические свойства сахара (или сахарозы):

• плотность сахара, кг/м3;
• коэффициент теплового (линейного) расширения (КТР), 1/град;
• удельная (массовая) теплоемкость сахара, Дж/(кг·К);
• теплопроводность, Вт/(м·град);
• температуропроводность, м2/сек.

Свойства указаны для образцов сахарозы, изготовленных уплотнением ее порошка при давлении 50…150МПа. Содержание примесей не превышает 1%. Свойства сахарозы (C12H22O11) изменяются в зависимости от температуры в интервале от 120 до 450К. При нагревании плотность сахарозы уменьшается, а удельная теплоемкость растет. Теплопроводность сахарозы дана при температуре 27°С.

Температура плавления сахара

В таблице приведены значения температуры плавления сахара распространенных типов: глюкоза, мальтоза, сахароза, сахар тростниковый, сахарная пудра, фруктоза.

Температура плавления сахара приведена при нормальном атмосферном давлении. Из таблицы видно, что сахар начинает плавиться при температуре от 104 до 188°С. Самым легкоплавким сахаром является фруктоза — температура ее плавления равна 104°С.

Теплопроводность кристаллической сахарозы

В таблице даны значения коэффициента теплопроводности различных видов кристаллической сахарозы при температуре 20ºС.
Представлена теплопроводность следующих видов сахарозы: порошкообразная, рафинированная, слегка спрессованная, кристаллы сахарозы, сахар-сырец.

Теплоемкость кристаллической сахарозы (сахара)

В таблице указаны значения удельной массовой и молярной теплоемкостей кристаллической сахарозы в интервале температуры от 0 до 90ºС. При нагревании сахарозы ее теплоемкость увеличивается.

Теплофизические свойства сахара-рафинада

В таблице представлены следующие свойства сахара: объемная теплоемкость сахара, температуропроводность, теплопроводность сахара-рафинада
при температурах 343 и 290К (70 и 17ºС). При нагревании сахара его теплопроводность увеличивается.

Физические свойства сахарного песка, плотность сахара

В таблице представлены физические свойства (теплопроводность, температуропроводность) сахарного песка (средние значения и диапазон) при различной плотности сахара (793…910 кг/м3) и его влажности (температура 20ºС).

Насыпная плотность сахара-песка изменяется в широком диапазоне. Необходимо отметить, что размеры кристаллов сахара от 0,25 до 2 мм не оказывают влияния на его насыпную плотность.

Теплопроводность и температуропроводность сахара-песка, как и других зернистых материалов, зависит не только от плотности и температуры, но и от формы и размеров пор слоя, формы и размеров кристаллов, а также способа их укладки.

Плотность, теплоемкость, теплопроводность тростникового сахара-сырца

Представлены такие свойства, как удельная (массовая) теплоемкость сахара, теплопроводность сахара, температуропроводность сахара-сырца при влажности W=0,4% и температуре 31°С в зависимости от плотности (диапазон 600…1000 кг/м3). При увеличении плотности тростникового сахара, растет и его теплопроводность.

Физические свойства сахара распространенных видов

В таблице даны следующие физические свойства сахара: плотность сахаров, коэффициент теплопроводности сахара, удельная (массовая) теплоемкость сахара, температуропроводность сахара в зависимости от температуры (от -5 до 85ºС). Плотность сахаров изменяется в широких пределах. Например, плотность сахарной пудры всего 660 кг/м3, а плотность сахарного песка равна 900 кг/м3. Максимальную плотность имеет сахар-рафинад — она равна 1600 кг/м3.

В таблице представлены свойства следующих сахаров: сахар-рафинад, сахарный песок, сахарная пудра, сахар инвертный.

Физические свойства сахарных материалов

Даны следующие физические свойства сахара и сахарных материалов: плотность сахара, теплопроводность, температуропроводность при температуре 0…20ºС.
В таблице представлены следующие сахарные материалы: монокристалл сахарозы, сахар-рафинад, сахар-песок при свободной укладке и при плотной укладке, сахарная пудра, сахарная пыль.

Источники:

1. Гинзбург А. С. Теплофизические характеристики пищевых продуктов. Справочник.
2. Шелудяк Ю. Е., Кашпоров Л. Я. и др. Теплофизические свойства компонентов горючих систем.
3. Чубик И. А., Маслов А. М. Справочник по теплофизическим характеристикам пищевых продуктов и полуфабрикатов.

Больше всего в умных статьях мне нравятся пассажи типа следующего:
«Особенно часто технику карамелизации используют в кондитерском деле, достигая порой высот настоящего искусства, которые непрофессионалу не то что недоступны, а элементарно непонятны. Чтобы работать с кондитерской карамелью на этом уровне, необходимы долгие годы ежедневной практики, гора специального оборудования и желательно знание некоторых областей химии».

Поскольку у абсолютного большинства из нас, кто ежедневно проводит часы у своей кухонной плиты, не имеется ни специального образования, ни горы спецоборудования, попробуем обойтись своими силами. В конце концов, глаза боятся – руки делают. Не получится с первого раза – попробуем еще.

Итак. Что значит – сахар карамелизуется? Отбросив спецтерминологию, скажем просто – он расплавляется. Происходит это при разной температуре и достигается разными способами. Для начала – несколько простых правил.

• Посуда (сковорода, кастрюля) и стальная ложка – или деревянная, силиконовая лопатка – для помешивания должны быть абсолютно чистыми. Потому что самые мелкие частички остатков пищи или мусоринки тут же начнут заново кристаллизовать расплавляющийся сахар вокруг себя.
• Посуду с тефлоновым или иным покрытием, которому противопоказаны царапины, мы не используем, поскольку крупинки сахара эти самые царапины ей и обеспечат.
• И соблюдаем осторожность! Горячий сироп имеет температуру 150-190°, лечить даже маленькие ожоги придется долго. А если в сироп надо добавить, например, сливки или другую жидкость – осторожничаем вдвойне: пена будет бурной, может выплеснуться. Подогреваем жидкости заранее и вливаем тоненькой струйкой у края посуды, а не в середину.

Карамелизацию сахара можно проводить сухим и влажным способами.

Сухой способ.
Нагреваем кастрюлю (сковороду) с широким толстым дном и высокими стенками на среднем огне. Насыпаем немного сахара и даем ему расплавиться. Далее подсыпаем сахар небольшими порциями, каждую после того, как расплавится предыдущая. Не забываем помешивать и готовим до нужного нам цвета.

Влажный способ.
Сахар кладем в посуду сразу весь и добавляем воды, перемешиваем. Сахар должен после перемешивания по консистенции напоминать влажный песок. Максимум количества воды – 30% от массы сахара. Для того, чтобы не допустить новой кристаллизации расплавленного сахара, можно добавить немного лимонного сока, или лимонной кислоты, или уксуса, кукурузного сиропа. Причем на стакан сахара достаточно буквально 1-2 капли лимонного сока.

Ставим кастрюлю (сковородку) на большой огонь и постоянно размешиваем влажный сахар до тех пор, пока он не закипит и не растворится полностью. Как только смесь закипела – перестаем помешивать ее и удаляем с поверхности все возможные примеси. Чтобы карамелизация проходила равномернее, взяв за ручку, слегка наклоняем кастрюлю и покачиваем круговым движением.
Заранее поставим рядом с плитой кружку с холодной водой и кулинарной кистью, лучше всего – силиконовой. Пока сахар растапливается, периодически проходимся смоченной кистью по стенкам сковороды или кастрюли. На горячих стенках жидкость из сиропа быстро испаряется, образуются новые кристаллы сахара. Нам это не нужно, поэтому с помощью кисти поддерживаем чистоту стенок до конца процесса.

Цвет карамели меняется – в зависимости от продолжительности и температуры нагревания – от светло-желтого до коричневого. Чем темнее – тем больше чувствуется привкус жженого сахара.
Есть хороший прием: какой бы способ карамелизации мы не использовали – чуть раньше, чем карамель достигнет нужного нам цвета, снимаем посуду с огня и ставим в холодную воду со льдом. Дело в том, что сахар отлично удерживает температуру, и, если процесс не остановить таким радикальным методом, сахар может лишку потемнеть или даже подгореть. В любом случае снимаем посуду с огня чуть раньше, чем сироп приобретает нужный нам цвет – он будет достигнут за счет остаточного тепла.

Сахар при нагревании разжижается и меняет свою текстуру. Т.е. сначала он делается клейким (за ложкой тянутся «нити»), а позже образует «шарики». Далее приводим подробное описание стадий изменения сиропа при карамелизации и его применения на каждом из этапов.

Простой сироп (не имеет особого отношения к карамелизации, но знать нелишне) .
Всего лишь смесь сахара с достаточным количеством воды, которую мы нагрели до полного растворения сахара. Можно добавить в него любые спиртные напитки на свой вкус, пряности и дать постоять под крышкой 15-20 минут. Такой сироп хорош для варки фруктов, пропитки бисквитов, промазки слоеных изделий.

Окутывание.
Эта стадия карамелизации наступает при 100°. Прозрачный сироп, почти закипевший. Быстро окунув в него шумовку и сразу вынув, увидим, что сироп «окутал» всю ее поверхность. Если собираемся приготовить фрукты в сиропе – это то, что нам нужно..

Этап «маленькая нить» – это температура 103-105°. Можем повторить (осторожно!) прием профессионалов: окунаем сложенные вместе большой и указательный пальцы в холодную воду и потом очень быстро – в сироп. Можно и просто взять немного в ложку. Медленно разводя пальцы, увидим, что между ними тянутся короткие нити шириной примерно 3 мм. Они быстро рвутся. Такой сироп нужен для приготовления, например, миндальных паст.

Большая нить (при 106-110°).
Она, конечно, покрепче и пошире – около 5 мм. Этот сироп готовим, если в рецепте указан просто «сахарный сироп» – без уточнений. Он нужен для глазури и масляных кремов.

Маленькая жемчужина (110-112°).
Стадия, которая наступает через несколько минут после предыдущей, когда на поверхности сиропа начинают появляться пузырьки. Набираем немного в ложку, прихватываем мокрыми пальцами – между ними образуется более широкая нить. Используется для некоторых видов нуги.

Большая жемчужина, или суфле (113-115°).
На этом этапе нить между пальцами имеет ширину до 2 см. А если опустить в сироп шумовку, вынуть и подуть на нее – с обратной стороны получим пузырьки. Такой вид сиропа нужен для варки джема, приготовления засахаренных фруктов и каштанов, глазури.

Маленький – или мягкий – шарик (116-118°).
Наш сироп явно сгустился, если его взять в ложку и опустить в холодную воду – он свернется маленьким шариком. Сироп на этой стадии тоже хорош для джемов, а еще для желе, мягкой карамели и нуги.

Большой – или твердый – шарик (121-124°). Температура чуть выше, а потому формируется более твердый шарик. Джемы, сахарные украшения, помадки и карамели – предназначение сиропа.

Легкий – или мягкий – хруст (129-135°).
На этой стадии капли сиропа, опущенные в холодную воду, твердеют мгновенно. Раскусываем – и осколки шарика тут же прилипают к зубам. Зато какие тянучки получаются!

Твердый хруст (149-150°).
Теперь раскушенный шарик уже не липнет к зубам. По краям посуды сироп начинает становиться бледно-желтым. Если мы собираемся готовить леденцы, украшения из «крученого» сахара, глазурь – самое время снять с огня и поставить в холодную воду, не то это будет уже карамель.

Светлая карамель (151-160°).
В сиропе практически не осталось воды, он быстро начинает превращаться в леденец и карамель. Из бледно-желтого сироп становится золотистым и коричневеет. Самое то для крема карамель, сладостей, пудингов, глазури.

Коричневая – или темная – карамель (166-175°).
Последняя стадия. Как ни странно, темная карамель теряет сладкий вкус. Поэтому, готовя на основе темной карамели, приходится добавлять сахар. Используется жженка больше всего для подкрашивания соусов, бульонов, выпечных и кондитерских изделий.
При 190° сахар начинает гореть и дымиться.
Если карамель мы приготовили для домашних сладостей – выливаем в формочки, смазанные маслом, и пусть застывает. Надеемся, что это описание поможет ориентироваться в процессе карамелизации сахара тем, кто с ним еще не знаком.

Есть рецепты, в которых сахар для карамелизации смешивается не с водой, а со сливочным или растительным маслом. Так часто карамелизуются мясо, рыба, кусочки овощей и фруктов, особенно для пирогов Татен (Tarte Тatin).

Некоторые сочные фрукты карамелизуют на разогретой сковороде без масла, только постоянно перемешивают, чтобы сахар не пригорел. Длится такая карамелизация 5-7 минут, и кусочки фруктов обретают золотистый оттенок и карамельный вкус.

Заканчивая тему карамелизации, добавлю только, что любая теория, как известно, поверяется практикой. Так что встаем к плите – и пробуем. И все получится – пусть и не с первого раза.

P.S. Если у вас есть, что добавить по теме – обязательно напишите.