Διαστημικές πατάτες

Οι πρώτες πατάτες που θα τηγανιστούν στο Διάστημα θα έχουν… ελληνική υπογραφή. Απολύτως ταιριαστό, θα μπορούσε να πει κανείς, αφού για ορισμένους η «διεθνής» πλέον «φριτέζα» έχει τη ρίζα της στο αρχαιοελληνικό «φρύγητρον», ένα βαθύ σκεύος σαν τηγάνι στο οποίο οι πρόγονοί μας καβούρδιζαν το κριθάρι. Το ζήτημα όμως δεν είναι ετυμολογικό. Πρόκειται για την ιδέα μιας ομάδας ερευνητών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης (ΑΠΘ) που υιοθετήθηκε ένθερμα από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ESA).

Η χρησιμότητα της «διαστημικής πατάτας» δεν περιορίζεται μόνο στο προφανές αλλά μάλλον υπερβολικά περιορισμένου εύρους αποτέλεσμα του ότι οι αστροναύτες θα μπορούν να τρώνε στις μακρινές αποστολές τους κάτι που θα τους θυμίζει το σπίτι τους και θα βελτιώνει την ψυχολογική κατάσταση και τις επιδόσεις τους, απαλύνοντας τον νόστο και τη μοναξιά τους (ο ρώσος κοσμοναύτης Σεργκέι Βολκόφ που έκανε πρόσφατα μια σχετική δήλωση επιστρέφοντας από τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό δεν είναι ο μόνος που έχει εκφράσει την επιθυμία για ένα τέτοιο «σπιτικό» φαΐ). Το φαινομενικά τετριμμένο τηγάνισμα μιας πατάτας κρύβει άγνωστους ως τώρα μηχανισμούς οι οποίοι μπορούν να βρουν πολύτιμες «διαστημικές» χρήσεις στη βελτίωση των εναλλακτών θερμότητας και στην πυροπροστασία των διαστημοπλοίων και όχι μόνο. Μπορούν επίσης να έχουν «γήινες» εφαρμογές προσφέροντας υγιεινότερα και πιο οικονομικά από την άποψη της δαπάνης ενέργειας και χρόνου προϊόντα σε έναν από τους μεγαλύτερους κλάδους της βιομηχανίας τροφίμων. Σε πιο προσωπικό και καθημερινό επίπεδο, τέλος, μπορούν να μας μάθουν τα μυστικά για το τέλειο τηγάνισμα.

Αυτά ακριβώς τα μυστικά είναι και τα πρώτα που έχουν αρχίσει να αποκαλύπτονται. Τα αποτελέσματα των δύο πρώτων φάσεων των πειραμάτων που έχουν γίνει ως τώρα σε συνθήκες γήινης βαρύτητας και υπερβαρύτητας έχουν προκαλέσει έκπληξη στον κόσμο της επιστήμης και της βιομηχανίας γιατί ανέδειξαν εντελώς καινούργιες παραμέτρους στην επιχείρηση «τηγάνι». Κατ’ αρχάς διαπίστωσαν ότι ο προσανατολισμός της πατάτας –το αν, δηλαδή, θα «πλέει» οριζόντια ή κάθετη μέσα στο λάδι –έχει καθοριστική σημασία για το πόσο γρήγορα τηγανίζεται, πόση κρούστα κάνει και πόσο λάδι απορροφά, γνώσεις που σε βιομηχανικό αλλά και σε οικιακό επίπεδο μπορούν να προσφέρουν εξοικονόμηση ενέργειας και χρόνου καθώς και πιο τραγανές και με λιγότερα λιπαρά πατάτες. Περισσότερες διαπιστώσεις αναμένονται στην επόμενη φάση, όταν οι έλληνες ειδικοί θα τηγανίσουν σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας, σε μια παραβολική πτήση που θα πραγματοποιηθεί το αργότερο ως το καλοκαίρι του 2014. Ας πάρουμε όμως τα πράγματα από την αρχή.

Ο καθηγητής Θοδωρής Καρα­πάντσιος, επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας του ΑΠΘ.

Μια πατάτα που τηγανίζεται στο καυτό λάδι είναι ένα πορώδες μέσο που αντιδρά σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες και τα πορώδη υλικά αποτελούν έναν από τους τελευταίους τομείς «αιχμής» που μελετώνται για τη βελτίωση των συσκευών μεταφοράς θερμότητας –συσκευές που χρησιμοποιούνται για τη γρήγορη απαγωγή μεγάλων ποσοτήτων θερμότητας σε σημεία όπου αναπτύσσονται υψηλές θερμοκρασίες. Στο πλαίσιο αυτό ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος χρηματοδοτεί πέντε ερευνητικές ομάδες που εξετάζουν φαινόμενα βρασμού σε διάφορα υλικά. Μία από αυτές είναι και η ομάδα του Τμήματος Χημείας του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης με επικεφαλής τον καθηγητή Θοδωρή Καραπάντσιο. «Μας χρηματοδοτεί τα τελευταία τρία χρόνια για να μελετήσουμε τα φαινόμενα μεταφοράς θερμότητας και μάζας με ταυτόχρονη αλλαγή φάσης μέσα σε πορώδη μέσα. Ιδιαίτερη σημασία δίνεται στη σύγκριση ανάμεσα σε τεχνητά πορώδη μέσα, όπως π.χ. κεραμικά ή πολυμερή, και σε φυσικά πορώδη μέσα» λέει ο καθηγητής μιλώντας στο «Βήμα». «Εμείς τους είπαμε ότι θα θέλαμε ως φυσικό πορώδες μέσο να εξετάσουμε την εξέλιξη της πορώδους δομής της πατάτας κατά το τηγάνισμά της γιατί αυτό είναι σημαντικό και για τη βιομηχανία και τεχνολογία τροφίμων και βρήκαν την ιδέα πολύ ελκυστική».

Ο επικεφαλής του πειράματος δρ Γιάννης Λιούμπας.

Το αποτέλεσμα είναι ότι οι έλληνες ερευνητές θα είναι οι πρώτοι στον πλανήτη που θα τηγανίσουν σε συνθήκες μηδενικής βαρύτητας. Αν και το τηγάνισμα αποτελεί μια πολύ βασική διαδικασία για τη μελέτη της μεταφοράς θερμότητας και μάζας, φαίνεται ότι κανείς ως τώρα δεν το είχε εξετάσει συστηματικά. Ετσι η ομάδα του ΑΠΘ στη σειρά των πειραμάτων της, που έχουν ξεκινήσει εδώ και τρία χρόνια, έχει κατακτήσει πολλές πρωτιές, «τεστάροντας» για πρώτη φορά τα σχετικά μοντέλα και τηγανίζοντας για πρώτη φορά ένα υλικό σε συνθήκες υπερβαρύτητας στη Φυγόκεντρο Μεγάλης Διαμέτρου (LDC: Large Diameter Centrifuge) της ESA στο Νούρντβαϊκ της Ολλανδίας το περασμένο καλοκαίρι. Για όλες τις μελέτες ο επικεφαλής του πειράματος Γιάννης Σ. Λιούμπας έχει αναπτύξει μια ειδική πειραματική διάταξη η οποία επέτρεψε για πρώτη φορά ακριβείς μετρήσεις όχι μόνο στην επιφάνεια της πατάτας αλλά και στο εσωτερικό της. «Το πιο δύσκολο που πετύχαμε με αυτή τη συσκευή ήταν ότι μπορέσαμε να μετρήσουμε ακριβώς κάτω από την επιφάνεια του πορώδους μέσου με ακρίβεια κλάσματος του χιλιοστού» λέει ο ερευνητής. «Και ταυτόχρονα κινηματογραφούσαμε με κάμερα υψηλής ταχύτητας τις φυσαλίδες στην επιφάνειά του».

Χάρη στην πειραματική διάταξη, η οποία άλλαζε κλίση στην πατάτα (στις 0, 90 και 180 μοίρες) και έχοντας μονώσει τις πλευρές της πατάτας που δεν ήθελαν να εξετάσουν, οι ερευνητές μπόρεσαν να καταγράψουν τον σχηματισμό των φυσαλίδων, τη θερμοκρασία και μια σειρά από άλλα δεδομένα (30 το δευτερόλεπτο, όπως μας λέει ο κ. Καραπάντσιος) τα οποία τους επέτρεψαν να παρακολουθήσουν με κάθε λεπτομέρεια τι συμβαίνει καθ’ όλη τη διάρκεια του τηγανίσματος. «Μπορέσαμε να καταγράψουμε τη βίαιη απομάκρυνση της υγρασίας που υποχωρώντας άφηνε πίσω της μια δαιδαλώδη πορώδη δομή, γνωστή ως κρούστα, της οποίας το πάχος αναπτύσσεται αρχικά γρήγορα αλλά στη συνέχεια όλο και πιο αργά κατά το τηγάνισμα –πράγματα που ως τώρα υποθέταμε ή είχαμε μόνο μια γενικότερη ποιοτική άποψη γι’ αυτά. Και είναι η δομή και το πάχος της κρούστας που καθορίζουν σε σημαντικό βαθμό την τελική διείσδυση του λαδιού και επομένως τα θρεπτικό φορτίο της πατάτας» εξηγεί.

Η πειραματική διάταξη των ερευνητών μέσα στον «κάδο» της συσκευής φυγοκέντρησης.

Η πρώτη διαπίστωση-έκπληξη στη φάση των πειραμάτων που έγιναν σε συνθήκες 1 g –δηλαδή, σε γήινη βαρύτητα –ήταν ότι μια πατάτα που «τσιτσιρίζεται» μέσα στο λάδι δεν τηγανίζεται με τον ίδιο τρόπο από όλες τις πλευρές. Οι πλευρές που είναι κάθετα προς τον πυθμένα τηγανίζονται πιο γρήγορα και κάνουν εντονότερη κρούστα από ό,τι η επάνω οριζόντια πλευρά ενώ η κάτω οριζόντια πλευρά γίνεται μάλλον βραστή, αφού δεν σχηματίζει σχεδόν καθόλου κρούστα. Αυτό γιατί, όπως είδαν οι ερευνητές, εξαιτίας της άνωσης οι φυσαλίδες ατμού που δημιουργούνται (για τη γαστρονομία η διαφορά μπορεί να είναι τεράστια, για τη Φυσική όμως το τηγάνισμα είναι στην ουσία βρασμός, μόνο που γίνεται σε λάδι και σε υψηλότερες θερμοκρασίες) «κολλάνε» επάνω της και λειτουργούν κατά κάποιον τρόπο σαν θερμομονωτικό. Το μυστικό λοιπόν για γρήγορες, τραγανές πατάτες είναι να τοποθετηθούν κάθετα μέσα στο λάδι. «Οσο πιο κάθετη είναι η πατάτα, τόσο πιο γρήγορα θα τηγανιστεί –που σημαίνει εξοικονόμηση ενέργειας και χρόνου –και τόσο πιο τραγανή θα γίνει αφού αυξάνεται η κρούστα της» λέει ο καθηγητής.

Στην πραγματική ζωή βεβαίως, έξω από το εργαστήριο και την ειδική πειραματική διάταξη των ερευνητών, οι πατάτες σπανίως στέκονται κατακόρυφα μέσα στο λάδι και οι γιαγιάδες μας που τις τηγάνιζαν γυρίζοντάς τις διαρκώς αποδεικνύονται σοφές. Αυτή είναι και η συμβουλή που δίνουν σήμερα οι επιστήμονες του ΑΠΘ για «οικιακή» χρήση ενώ για τη βιομηχανία προτείνουν μηχανισμούς που θα δημιουργούν μια ήπια ανατάραξη αλλάζοντας την κλίση τους. Μετά την πρόσφατη δημοσίευση δύο σχετικών μελετών στην επιθεώρηση «Journal of Food Science» μια αμερικανική εταιρεία που κατασκευάζει φριτέζες ήρθε σε επαφή με τον κ. Καραπάντσιο: η ιδέα είναι να εξοπλίσει τις φριτέζες της με συστήματα που θα ρυθμίζουν την κλίση στις πατάτες ανάλογα με το πόσο τραγανές τις θέλει ο καθένας, όπως μας είπε όμως ο καθηγητής αυτό είναι κάτι που ακόμη δεν έχουν εξετάσει.

Σε πιο θεωρητικό επίπεδο οι ερευνητές κατόρθωσαν επίσης να επαληθεύσουν για πρώτη φορά πειραματικά την πρόσφατη ανατροπή μιας παλιάς θεωρίας για το τηγάνισμα. «Μέχρι πρόσφατα ακόμη οι επιστήμονες είχαν την εντύπωση ότι η κρούστα της πατάτας ταυτίζεται με ένα μέτωπο εξάτμισης του νερού –ότι, δηλαδή, το νερό υποχωρεί απότομα σαν ένα μέτωπο προς το εσωτερικό της πατάτας και καθώς υποχωρεί ταυτόχρονα σχηματίζεται η κρούστα» εξηγεί ο καθηγητής. «Πριν από μερικά χρόνια όμως αμερικανοί ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Cornell έδειξαν με ένα θεωρητικό μοντέλο ότι αυτό δεν ισχύει, ότι η διαδικασία δεν γίνεται απότομα, σαν μέτωπο, αλλά σε μια ευρύτερη περιοχή, σαν ζώνη. Τα πειράματά μας έδειξαν για πρώτη φορά ότι το θεωρητικό μοντέλο τους για τη ζώνη εξάτμισης ισχύει και επιπλέον ότι αυτή η ζώνη εξάτμισης είναι πιο στενή όσο μεγαλύτερη είναι η θερμοκρασία του λαδιού, οπότε σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες τηγανίσματος (180 βαθμούς Κελσίου) μπορεί –υπό προϋποθέσεις –να θεωρηθεί ότι προσεγγίζει σε ένα μέτωπο εξάτμισης».

Η δεύτερη φάση των πειραμάτων τηγανίσματος στην υπερβαρύτητα έφθασε μέχρι τις πολύ «βαριές» συνθήκες των 9 g –βαρύτητα εννέα φορές μεγαλύτερη από αυτή της Γης. Οταν η βαρύτητα αυξάνεται, το τηγάνισμα γίνεται εντονότερο, με την έννοια ότι, αν και η θερμοκρασία του λαδιού είναι η ίδια, η θερμότητα μεταφέρεται με μεγαλύτερο ρυθμό, προσφέροντας έναν καλό τρόπο για να «δοκιμάσει» κανείς θεωρίες και μοντέλα. Η θεωρία της ζώνης εξάτμισης πέρασε και εδώ το τεστ, ενώ οι ερευνητές εξέτασαν έναν ακόμη σημαντικό παράγοντα. Η δύναμη του g, όπως μας λέει ο κ. Καραπάντσιος, περιλαμβάνεται σε όλα τα μοντέλα βιομηχανικής χρήσης που περιγράφουν τη μεταφορά θερμότητας από το λάδι στο σώμα που τηγανίζεται. «Αυτή η εξάρτηση, η σχέση της μεταφοράς θερμότητας με το g, δεν είχε ελεγχθεί ποτέ, γιατί κανένας ποτέ δεν έκανε πειράματα στην υπερβαρύτητα» εξηγεί.

Οσον αφορά την πιο ελκυστική για κάποιον που δεν είναι επιστήμονας πλευρά, την ίδια την πατάτα, αυτή φάνηκε να φθάνει στο… απόγειό της στις πιο «βαριές» συνθήκες. Μεγαλύτερη βαρύτητα και πιο έντονη μεταφορά θερμότητας σημαίνουν πολύ μικρότερες φυσαλίδες, πολύ πιο γρήγορο τηγάνισμα και πατάτες με πιο παχιά κρούστα και λιγότερο λάδι –και αυτό ήταν θεωρητικά αναμενόμενο. Εκείνο όμως που ανακάλυψαν οι ειδικοί ήταν ότι εδώ υπάρχει ένα βέλτιστο όριο, τα 3 g. «Μετά τα 3 g, στα 6 ή στα 9, υπάρχει μια μικρή βελτίωση, σε χρόνους και τραγανότητα, αλλά όχι τόσο εντυπωσιακή» λέει ο καθηγητής. «Οι φυσαλίδες είναι πιο μικρές, όπως είδαμε όμως ο κρατήρας, το αποτύπωμα που αφήνουν στην πατάτα σχηματίζοντας την κρούστα δεν αλλάζει».

Αυτό σημαίνει ότι μια φριτέζα εξοπλισμένη με ένα μικρό σύστημα φυγοκέντρησης θα μπορούσε να μειώσει σημαντικά τον χρόνο του τηγανίσματος προσφέροντας πατάτες πιο τραγανές και ταυτόχρονα πολύ πιο υγιεινές και λιγότερο παχυντικές. Ο κ. Καραπάντσιος εκτιμά ότι το διαφορετικό πορώδες της κρούστας στις «φυγοκεντρισμένες» πατάτες μπορεί να οδηγήσει σε μείωση 15%-20% της περιεκτικότητάς τους σε λάδι, οι σχετικές μετρήσεις όμως θα γίνουν στο επόμενο διάστημα.

Αφού δεν μπορούμε εύκολα να κρατήσουμε τις πατάτες «όρθιες» στο τηγάνι, για πιο τραγανή κρούστα οι ειδικοί συνιστούν να τις αναποδογυρίζουμε συχνά.

Αν εξαιρέσουμε την προωθημένη τεχνολογία της φυγοκέντρησης και της ειδικής διάταξης για τις μετρήσεις, τα πειράματα θα μπορούσαν να αποτελούν τη χαρά τού… καλοφαγά: οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν «αληθινές», φρέσκιες και όχι προτηγανισμένες πατάτες, τις οποίες τηγάνισαν σε ελαιόλαδο, με τον παραδοσιακό μεσογειακό τρόπο. «Η ιδέα είναι ότι οι αστροναύτες δεν θα πάρουν μαζί τους δύο τόνους προτηγανισμένες πατάτες. Θα καλλιεργήσουν οι ίδιοι πατάτες είτε στο σκάφος μεταφοράς, αν υπάρχει σχετικός χώρος, είτε στον τόπο προορισμού τους» λέει ο κ. Καραπάντσιος. «Επίσης όμως, σε πρακτικό επίπεδο, οι περισσότεροι στα σπίτια μας τηγανίζουμε ωμές πατάτες. Για τον βιομηχανικό τομέα, όπου ως επί το πλείστον χρησιμοποιούνται προτηγανισμένες πατάτες, το πείραμά μας αποτελεί πείραμα αναφοράς, αφού μελετά τις συνθήκες στο πρωτογενές, μη επεξεργασμένο προϊόν».

Και τι γίνεται με τη γεύση; Επίσημη απάντηση δεν μπορούμε να έχουμε προς το παρόν στο συγκεκριμένο ερώτημα. Οπως εξηγεί ο καθηγητής, για να αποφανθεί κανείς περί γευσιγνωσίας με επιστημονικό τρόπο θα πρέπει να αποταθεί σε ένα πάνελ ειδικών, και ειδικοί γευσιγνώστες για την τηγανητή πατάτα στην Ελλάδα δεν υπάρχουν. Εκτός από μια προσπάθεια εκπαίδευσης μιας ομάδας στο ΑΠΘ υπάρχουν επίσης σκέψεις για συνεργασία με ειδικούς από το εξωτερικό. «Αν θέλετε πάντως να σας πω ως ερασιτέχνης, η πατάτα είναι η ίδια πατάτα που ξέρουμε, μόνο που είναι πιο τραγανή» μας λέει. «Και για μένα είναι πλεονέκτημα το ότι έχει λιγότερο λάδι».

Στην επόμενη φάση, το τηγάνισμα σε μηδενική βαρύτητα, οι ερευνητές δεν περιμένουν να δοκιμάσουν νόστιμες πατάτες. Αυτό γιατί στις συγκεκριμένες συνθήκες η πατάτα δεν πρόκειται να τηγανιστεί. «Αυτό που περιμένουμε να δούμε είναι αυτό που συμβαίνει στο συμβατικό τηγάνι με την κάτω οριζόντια πλευρά: επειδή δεν υπάρχει βαρύτητα η πατάτα θα εγκλωβιστεί σε μια τεράστια φυσαλίδα» λέει ο κ. Καραπάντσιος. «Δεν μας απασχολεί όμως το αν μπορεί κάποιος να τηγανίσει στη μικροβαρύτητα. Η απάντηση είναι όχι». Αυτό που τους απασχολεί –πέρα από το πρόβλημα του «μενού» των αστροναυτών, το οποίο πιθανότατα θα λυθεί με ένα σύστημα φυγοκέντρησης –είναι να μελετήσουν το τηγάνισμα και σε αυτές τις εντελώς άγνωστες συνθήκες και να κατανοήσουν τους μηχανισμούς του ώστε να χρησιμοποιήσουν τις γνώσεις τους για να βελτιώσουν, όχι πια μόνο το πιάτο μας, αλλά και τις αντοχές των διαστημοπλοίων της ESA.

«Το τηγάνισμα ως μηχανισμός απομάκρυνσης νερού από πορώδη μέσα με έντονους ρυθμούς μεταφοράς θερμότητας παρουσιάζει ενδιαφέρον για τα συστήματα εναλλαγής θερμότητας με βρασμό τα οποία χρησιμοποιούνται συχνά στο Διάστημα» εξηγεί ο κ. Καραπάντσιος. Επίσης, όπως επισημαίνει ο κ. Λιούμπας, πολλές διεργασίες στο Διάστημα εμπερικλείουν μεταφορά θερμότητας και μάζας σε πορώδη μέσα, με πιο γνωστή σε όλους μας την είσοδο των διαστημοπλοίων στη γήινη ατμόσφαιρα. «Λόγω της τριβής» λέει ο ερευνητής «αναπτύσσονται πολύ υψηλές θερμοκρασίες στο κέλυφος μπροστά στη μύτη και πολλά διαστημόπλοια έχουν καταστραφεί κατά την είσοδό τους στη Γη. Ισως θα μπορούσαμε να παράγουμε καλύτερα υλικά για να αποφύγουμε αυτές τις καταστροφές». Οι δυνατότητες δεν εξαντλούνται εδώ. «Ξέρετε, η πατάτα όσο και να την τηγανίσει κάποιος, ακόμη και μέχρι να την κάψει εξωτερικά, ένα τμήμα στο εσωτερικό της μένει πάντα φρέσκο γιατί το προστατεύει η κρούστα που δημιουργείται» προσθέτει. «Αυτό είναι πολύ σημαντικό γιατί μας δείχνει μια βιομιμητική προσέγγιση. Η φύση μάς δείχνει πώς θα εκμεταλλευθούμε τα φαινόμενα σε δικές μας εφαρμογές».