La cottura è una pratica essenziale per l’uomo, che, sin dall’epoca preistorica, ha scoperto i benefici del riscaldare il cibo per renderlo più digeribile e gustoso. Sebbene molte specie animali possano mangiare il cibo crudo, gli esseri umani hanno sviluppato la necessità di cucinare, non solo per motivi di sicurezza alimentare, ma anche per migliorare la consistenza, il sapore e la digeribilità degli alimenti. Ma cosa accade effettivamente quando riscaldiamo un pezzo di carne o un vegetale in una pentola? Quali trasformazioni fisiche e chimiche vengono innescate dal calore? E cosa intendiamo realmente con "cotto"?

Il riscaldamento del cibo provoca numerosi cambiamenti che riguardano principalmente la struttura cellulare e le proprietà chimiche degli alimenti. Un esempio lampante è la modifica della consistenza e del sapore. Un vegetale duro come il cavolfiore, se cotto, diventa più morbido e facile da masticare. Le carni, che normalmente sono elastiche e fibrose, diventano friabili e più facilmente digeribili. Inoltre, la cottura è fondamentale per lo sviluppo di nuovi sapori, che si formano attraverso la reazione di Maillard e altre reazioni chimiche che avvengono durante il riscaldamento.

Quando parliamo di "cotto", ci riferiamo principalmente al fatto che le strutture cellulari e le molecole che costituiscono il cibo sono state modificate dal calore. Le proteine, ad esempio, denaturano, perdendo la loro forma originale e acquisendo una nuova consistenza. Inoltre, il calore provoca una modifica dell’acqua presente nel cibo, che non solo cambia la consistenza, ma contribuisce anche alla formazione di sapori.

Nel caso dei vegetali, la stabilità meccanica è determinata principalmente dalla parete cellulare, che è composta da cellulosa, una fibra resistente che gli esseri umani non sono in grado di digerire, nemmeno dopo la cottura. La parete cellulare agisce come una sorta di "struttura di supporto" per la pianta, ma è il cambiamento nel comportamento della membrana cellulare che riveste un'importanza fondamentale durante la cottura. La membrana cellulare è la barriera che separa il contenuto interno della cellula dall’ambiente esterno e il calore influisce sulla sua permeabilità e sulla capacità di mantenere l'integrità delle cellule. In particolare, quando il calore agisce sui vegetali, si riduce la pressione di turgore, che è la pressione esercitata dalla cellula vegetale contro la sua parete.

Oltre alla trasformazione fisica, il riscaldamento provoca anche cambiamenti chimici. Ad esempio, la denaturazione delle proteine, la distruzione di batteri o parassiti (come il caso della carne cruda), e la disgregazione dei composti tossici contenuti in alcune piante (come nei fagioli e nelle patate) sono reazioni chimiche che si verificano durante la cottura. L’acqua all’interno del cibo gioca un ruolo cruciale in queste reazioni, poiché facilita il trasferimento di calore e favorisce la dissoluzione o la decomposizione di certe sostanze chimiche.

La cottura non riguarda solo la sicurezza alimentare e la digeribilità, ma anche il miglioramento sensoriale del cibo. Il sapore di una bistecca, ad esempio, è frutto di una serie di reazioni chimiche complesse che avvengono durante il processo di rosolatura. La reazione di Maillard, che si verifica tra gli zuccheri e gli aminoacidi, è responsabile della formazione della crosta marrone e di sapori intensi che definiscono la qualità di molte pietanze cotte.

In sintesi, cucinare il cibo non è solo un modo per renderlo sicuro e commestibile, ma è anche una pratica che trasforma il cibo fisicamente e chimicamente, migliorandone la consistenza, il sapore e la digeribilità. Ogni tipo di alimento reagisce al calore in modo diverso, e comprendere questi meccanismi ci permette di migliorare la nostra capacità di cucinare e di apprezzare appieno i benefici che la cottura porta con sé.

Oltre a quanto detto, è importante comprendere che la cottura influisce anche sul contenuto nutritivo degli alimenti. Alcuni nutrienti, come le vitamine, possono essere sensibili al calore e degradarsi durante il processo di cottura. Altri, come le proteine e i minerali, tendono a rimanere stabili, ma la loro biodisponibilità può aumentare o diminuire a seconda del tipo di trattamento termico. Inoltre, il modo in cui il cibo viene cotto, ad esempio mediante bollitura, arrostimento o frittura, può influenzare significativamente il profilo nutrizionale dell'alimento, modificando la quantità di grassi, acqua e sostanze nutritive disponibili.

Come influisce la temperatura interna sulla conduzione del calore?

Quando si parla di trasferimento di calore attraverso le pareti di un edificio, è fondamentale considerare diversi fattori, tra cui la temperatura interna, la temperatura esterna, e le proprietà fisiche dei materiali che compongono la struttura. Un esempio pratico di analisi del trasferimento di calore può essere quello di una parete di muratura in calcestruzzo pesante con uno spessore di 36,5 cm, una temperatura superficiale interna di 19 °C e una temperatura superficiale esterna di 5 °C. La parete in questione ha una larghezza di 11,5 m e un'altezza di 3,8 m.

Il trasferimento di calore attraverso una parete avviene principalmente tramite conduzione. L'energia termica si sposta dalla zona di temperatura più alta (interno) verso quella di temperatura più bassa (esterno), e questo processo può essere descritto mediante la legge di Fourier. Se si considera la legge di Fourier in un caso come questo, la formula per calcolare il flusso di calore Q̇ attraverso la parete è:

Q˙conduzione=−k⋅A⋅(Tinterno−Testerno)dQ̇_{\text{conduzione}} = \frac{ -k \cdot A \cdot (T_{\text{interno}} - T_{\text{esterno}})}{d}

dove:

  • kk è la conduttività termica del materiale,

  • AA è l'area della superficie della parete,

  • dd è lo spessore della parete,

  • TinternoT_{\text{interno}} e TesternoT_{\text{esterno}} sono rispettivamente le temperature interne ed esterne.

Nel caso del calcestruzzo leggero, la conduttività termica è di 0,21 W/(m·K). Applicando i dati numerici alla formula, otteniamo che il flusso di calore attraverso la parete è pari a 352 W. Se, tuttavia, la temperatura interna aumenta di 5 °C (passando da 19 °C a 24 °C), il flusso di calore aumenta significativamente, raggiungendo i 453 W. Ciò corrisponde a un incremento di quasi il 30% nel trasferimento di calore, con un aumento proporzionale nei costi di riscaldamento. In questo esempio, si osserva come una piccola variazione della temperatura interna possa influire notevolmente sul consumo energetico, rendendo evidente l'importanza di mantenere le temperature interne entro limiti ottimali per ridurre i costi di riscaldamento.

È interessante notare che, nella maggior parte dei casi, non sono le temperature superficiali delle pareti che vengono misurate, ma piuttosto la temperatura dell'aria circostante, che può essere leggermente diversa. Questo fattore viene preso in considerazione attraverso il coefficiente di scambio termico, che descrive la capacità di una superficie di trasferire calore all'aria circostante e viceversa. Per un'analisi più dettagliata di questo fenomeno, è utile considerare i coefficienti di scambio termico specifici dei materiali, come descritto nella sezione 13.5.

L'efficienza del trasferimento di calore non dipende solo dalla conduzione, ma anche da altri meccanismi, come la convezione e la radiazione termica. Quest'ultima è un fenomeno che avviene tramite l'emissione di onde elettromagnetiche da una superficie calda. Tutti i corpi emettono radiazione termica, ma la quantità e il tipo di radiazione dipendono dalla loro temperatura. A temperature ordinarie, come quella di una stanza, la radiazione termica è principalmente nell'intervallo dell'infrarosso, che non è visibile all'occhio umano. La legge di Planck descrive lo spettro della radiazione emessa da un corpo ideale, definendo la distribuzione dell'intensità della radiazione in funzione della lunghezza d'onda.

Ad esempio, a temperatura ambiente, la lunghezza d'onda massima della radiazione termica emessa da un corpo è di circa 9,9 µm, mentre per un corpo a 1100°C (come l'acciaio incandescente) la lunghezza d'onda massima è di circa 2,1 µm. La legge di Wien, che deriva dalla legge di Planck, stabilisce che la lunghezza d'onda della radiazione massima si sposta verso lunghezze d'onda più corte all'aumentare della temperatura del corpo. Questo spostamento è particolarmente evidente quando si considera il comportamento della radiazione solare: il massimo della radiazione solare è a circa 500 nm, nell'intervallo della luce visibile, motivo per cui la luce del Sole ci appare bianca.

Importante è capire che la radiazione termica non dipende da un mezzo materiale, a differenza della conduzione, e quindi può essere trasferita anche nel vuoto. Questo è il motivo per cui il calore proveniente dal Sole può raggiungere la Terra attraverso lo spazio vuoto. In pratica, quando si osservano gli oggetti che emettono radiazione termica, come il carbone incandescente o i fili incandescenti di un tostapane, ciò che vediamo è una manifestazione visibile di un fenomeno fisico che avviene a una scala molto più ampia, come nel caso della radiazione solare.

In conclusione, per ottimizzare il riscaldamento di un ambiente e ridurre i costi energetici, è cruciale comprendere come la temperatura interna influenzi il flusso di calore attraverso le pareti. Non si deve sottovalutare l'importanza della scelta dei materiali, che determinano la conduttività termica, né il ruolo delle radiazioni termiche, che influenzano l'efficienza complessiva del trasferimento di calore in un edificio. Essere consapevoli di questi fenomeni fisici permette di adottare strategie di riscaldamento più efficaci, nonché di scegliere soluzioni costruttive in grado di minimizzare le perdite termiche.

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