Jak vzniká z kukuřičných zrnek popcorn

Zamysleli jste se někdy nad tím, proč vlastně popcorn při smažení skáče? A proč vydává typický zvuk, který zní jako “pop”? (délka blogu 3 min.)

Vědci se někdy zabývají legračními tématy. Někdy jsou to také zdánlivě zbytečná témata, přesto mohou být zajímavá. To je tehdy, když vysvětlují běžné jevy, které se odehrávají v našem každodenním životě. 

Přemýšleli jste také někdy nad tím, co se vlastně děje při výrobě popcornu? 

Popcorn

Definice říká, že popcorn je potravina, která vzniká zahříváním speciálního druhu kukuřice. Přesněji - kukuřičných zrn z rostliny určité odrůdy (Zea mays convar. microsperma).

Popcorn pochází z amerického kontinentu. Není však známo, kdy byla jeho výroba objevena. Při archeologických vykopávkách byla v jižní Americe nalezena nejméně 4000 let stará napěněná zrna kukuřice, což ovšem nedokazuje, že byla připravena cíleně - jako popcorn. 

Pukání a napěnění

Už samotná příprava popcornu je malý zázrak. Z původně kompaktních zrnek kukuřice se při smažení v horkém oleji nebo při zahřívání v horkém vzduchu stávají typické pevné “květy”, které trochu připomínají polystyren. 

Při přípravě vydávají typický zvuk, který zní jako “pop!”. Vědcům se podařilo oba jevy vysvětlit. K výzkumu použili vysokorychlostní kamery a speciální mikrofony, kterými zaznamenávali procesy během pukání zrnek. 

Co se přitom zhruba děje, je známo už dlouho a není to nespíš žádné tajemství. Obsah kukuřičných zrn je tvořen kukuřičným škrobem s malým množstvím vázané vody.  Teplo, které dodává při výrobě popcornu vařič nebo horkovzdušná trouba, způsobí, že se voda obsažená v kukuřičném zrnu začne měnit na páru. Tím se zvyšuje vnitřní tlak v zrnu. Zpočátku se celý obsah zrna nemůže napěnit, drží ho totiž pohromadě pevná slupka. Čím více vody se ale změní na páru, tím více je pravděpodobné, že tlak uvnitř zrna překoná pevnostní mez slupky - a zrno pukne. Kukuřice se poté mění na popcorn a vydává přitom hlasité „pop“. Navíc zrno vyskočí do vzduchu. 

Za všechno tedy může zase jednou … fyzika

Ukázalo se, že se pukání kukuřičných zrn realizuje v relativně ostrém teplotním intervalu: zatímco při 170 ° C pukne jen asi třetina, při 180 ° C už pukají téměř všechna zrna. Kritická teplota proto musí být blízká 180 ° C. 

Proč ale praskají téměř všechna kukuřičná zrna současně? Vysvětlení spočívá v chování vody, jak naznačuje výzkum. Průměrné zrno kukuřice obsahuje kolem 20 miligramů vázané vody. Většina z těchto 20 miligramů je dokonce ještě krátce před prasknutím zrna v tekuté formě. Těsně před prasknutím povrchu zrnka se nachází v parní fázi jen asi jeden miligram vody. 

Situace v nahřáté kukuřici se dá srovnat s tlakovým hrncem. Voda je něm v kapalném stavu i při teplotě nad 100°C, protože na ni působí vyšší tlak. Ve chvíli, kdy v kukuřici tlak přeroste únosnou mez, slupka praskne, přetlak díky tomu zmizí, a všechna přehřátá voda se naráz přemění v páru. Následuje malý výbuch, který nafoukne zrno do několikanásobné velikosti.

Zrno na nožkách

Proč ale popcorn vyskočí do vzduchu v momentě, kdy praskne? Doposud se předpokládalo, že to bylo hlavně kvůli páře. Vysokorychlostní záznamy vědců však mechanismus upřesňují. Poté, co se slupka zrna roztrhla a začala expanze škrobu, pozorovali vznik útvaru, který připomíná nožku. Tento výčnělek se tvoří na jedné straně blízko dna hrnce (zdroje tepla). 

Zpočátku je tento útvar ještě malý a je prakticky kompenzován hmotností zrna. 

O zlomek sekundy později však tlak v zrnu náhle získává převahu, “nožka” se zvětší a s její pomocí je celé puklé zrno prakticky katapultováno do vzduchu. 

Vysvětlení opět nabízí fyzika. Když se popcorn zahřívá, získává tepelnou energii, která se po prasknutí zrna částečně uvolňuje v podobě kinetické energie. Jednotlivá zrna díky ní mohou získávat značnou počáteční rychlost. Byla pozorována zrna, která odskočila ode dna nádoby počáteční rychlostí až 200 m/s. 

Co má společného popcorn a šampaňské? 

Co způsobuje typický zvuk, který doprovází vznik popcornu? 

Vědci ho zkoumali pomocí citlivého speciálního mikrofonu. Poté porovnali přesný okamžik, při kterém zaregistrovali zvukový efekt, s událostmi pozorovanými v záznamech vysokorychlostních kamer.

Ukázalo se, že tento specifický zvuk není způsoben prasknutím skořápky, jak se často předpokládá. Není dokonce způsoben ani poskočením zrna na dně hrnce. 

Místo toho je za tento typický zvuk zodpovědný spíš “výbuch” vodní páry, která po prasknutí slupky uniká z kukuřičného zrna. Způsobuje ho tedy náhlý pokles tlaku v objemu zrna, které navíc funguje jako rezonátor. 

Podobné jevy se dají pozorovat při sopečných erupcích, kde se také jedná o náhlé napěnění hmoty vodní parou při výronu lávy z nitra země na její povrch. 

Je to mimochodem také podobný zvuk, jaký vyvolává korek šampaňského nebo šumivého vína při otevírání lahve.