ポン菓子の原理？

質問

市内の科学イベントでポン菓子をすることになりましたが、“科学”イベントですのでその原理についても勉強しておきたいと思っています。
　ポン菓子が膨らむ原理についてネット検索をすると、「米粒に含めれる水分が急激な減圧（10気圧→1気圧）によって水蒸気爆発を起こして膨らむ。」とあります。
　しかし、次の点で変だなと思うのです。

１　10気圧下での水の沸点は、約180℃ですが、この時の機械内の温度はそれ以上になっていると想像します。となると、米粒に含まれる水は既に気体になっているので、水蒸気爆発とは変なのではないか？
　　ちなみに、10気圧から1気圧への減圧による断熱膨張での温度低下は、約150℃のようですが、できたてのポン菓子は、焦げてはいないが十分に熱く、温度低下分を加えれば180℃以上であったように思えます。

２　ならば、米粒が膨らむのは、単に10気圧から1気圧への急激な膨張によるものだけであって、その膨張により硬い米粒も組織が破壊されて柔らかく食べやすくなるのではないか、と考えるのです。

　いかがでしょうか。
　また、追加でお伺いしたいのは、一体10気圧まで加熱した機械の内部は、どの位の温度になっていると考えられるのでしょうか？

回答No.4

sailor

水分が十分にある状態であれば１８０℃であればその温度での飽和蒸気圧まで圧力が上がり、１８０℃以上であればその温度の飽和蒸気圧まで圧力が上がるので１０気圧で固定と考える根拠がありませんね。ただし水蒸気爆発という表現はどうですかね。むしろ突沸という表現の方が正しいように思えますが・・

１０気圧であればおおよそ１８０℃ほどですね。ただしこれは装置内部の水の温度です。その他にも揮発する成分は有るでしょうし正確には実測するしかないでしょう。

回答No.3

sansyokudangox

下記サイトによると、「細胞の間にあった水分が瞬時に気化・・・」と
ありましたので、「米粒に含まれる水は既に気体」にはなっていない
と思われます。米粒が膨らむのは、「細胞を破壊し膨張します。「ドッカーン」の時の白煙は、水蒸気です。」とありました。

「食糧難」の時代なので、ドイツで大砲を元ネタにして作った機械ですなど、
歴史や経緯を加えると「科学イベント」も盛り上がると思います。
（機械は必要だから作られるので。）

ポン菓子原理↓
http://www.matsusen.jp/24bori/pon/pon06.html

回答No.2

Feb12

・加熱して10気圧になるということは、10気圧の沸点である180度になっています。
・水分が蒸発するからこそ１０気圧になるわけですが、水分が抜けるとは言っても、まだ材料の内部にも少しは液体の水分が残っています。液体と気体が平衡状態にあるということです。
・その１８０度の材料内部の液体の水分が10気圧から１気圧になれば、材料の組織を破壊しつつ膨らみます。（もし水分無しで気圧変化だけであればあんなに膨らみません）
・ポン菓子が30度にならず熱いのは、固体部分が180度あれば、その固体は10気圧から1気圧になっても体積が殆ど変わりません（見た目は膨らみますが、見た目の話ではなく）ので固体は180度のままです。空隙の水蒸気の温度低下で180度より下がりますが。

補足

みなさん、ご回答をありがとうございます。何となくわかってきました。
　特に回答No.2とNo.4から気づくことは、「機械内部の圧力と水の飽和水蒸気圧が連動して上昇していくので、ある時点での圧力下での機械内部の温度は、その圧力下での水の沸点とほぼイコール」ということなのですね。
　気づきをありがとうございます。

　なおかつ、ポン菓子があれほど膨らむには、やはり米粒の内部に残っている水分が気化して体積が膨張することも関係しているということも、ありがとうございます。
　つまり、10気圧・180℃から解放された瞬間、減圧により相対的に沸点を超えた水分が急激に気化して、米粒の膨張を助けるのだけれども、米粒は10倍には膨らまないので米粒内部の断熱膨張による温度低下は、－150℃に達せず、出来上がったポン菓子はそれなりに熱いままである、という理解でよいのでしょうか。

回答No.1

SPS700

１。次の点で変だなと思うのです。

　高い山のてっぺんでは、ご飯が早く炊けると言います。これは圧力が下がると沸騰点が下がる、逆に言えば圧力が上がると沸騰点が上がることになります。

　これで１のご質問の前提、「米粒に含まれる水は既に気体になっている」が間違っていることがわかります。したがって２の「ならば」も間違いです。

２。一体10気圧まで加熱した機械の内部は、どの位の温度になっていると考えられるのでしょうか？

　下記ではだいたい１８０度ぐらいだそうです。
　http://jafmate.jp/jmp/okuni_boast/201407/008.html