В октябре 2021 года многих удивила новость о том, как житель Китая Сюй Вэй создал дома лабораторию, чтобы синтезировать лекарство для больного сына. Препарат перестали доставлять в страну. Вэй не отчаялся, а записался на курсы по фармакологии и химии, обложился данными исследований и решил сделать все сам. Нас от него отличает лишь степень сложности опытов, но все мы в какой-то степени химики. На своих кухнях.
Денатурация и ренатурация белка
Пожарить яичницу, запечь курицу, приготовить мясной бульон, вскипятить молоко – во время всех этих процессов можно наблюдать денатурацию белка. Чаще всего она происходит под влиянием высокой температуры, но также и при изменении pH (прочитать об этом подробнее можно здесь), воздействии ультрафиолета, ультразвука и других факторов. Из-за нагрева структура молекулы белка нарушается, и он теряет свои изначальные свойства. Классический пример – яичные белки, которые в свежем виде прозрачные и жидкие, а при жарке становятся твердыми, нерастворимыми и непрозрачными. Произошла денатурация. Это же можно наблюдать, если перелить яичные белки в стакан с ацетоном.
Внешние «симптомы» денатурации – частицы белка собираются в плотные крупные структуры: яичный белок густеет, на поверхности молока, мясного или рыбного бульона появляется белковая пенка, а при варке бобовых – аквафаба (густая вязкая жидкость). Каждый белок денатурирует при разной температуре: рыбный – при 35–40 °С, яичный – при 60–70, а мясной – при 40–50 °С.
Деструкция белка
Во время приготовления наших любимых блюд может произойти не только денатурация, но и деструкция белка: более глубокое разрушение структуры. Чтобы запустить деструкцию, нужно долго воздействовать на белок механическим, тепловым и ферментативным способом. Хороший пример механической деструкции – взбивание яичного белка, в конце которого он становится пеной.
Если бы не тепловая деструкция, не видать нам мармеладных червячков, ярких желе и бабушкиного холодца. Причина в коллагене – структурном белке, который находится в соединительной ткани животного и придает мясу жесткость. При нагревании коллаген «перерождается» в глютин (по сути это желатин) – белок, идентичный по аминокислотному профилю, но растворимый в горячей воде. Когда он высвобождается, то жесткие мясные продукты смягчаются, поскольку коллаген разрушен. Однако, чтобы это случилось, температура воздействия должна быть очень высокой, близкой к 100 °С.
Чтобы добыть желатин из костей, хрящей и другого животного сырья, используют как раз методы деструкции (например, многочасовое вываривание или обработку кислотами). Получившуюся массу выпаривают до состояния клея, высушивают и измельчают в порошок.
Карамелизация сахаров
Почему расплавленный сахар кажется вкуснее обычного? Все дело в карамелизации – химической реакции, в ходе которой выделяются сахара и окисляются при соединении с кислородом. На самом деле карамелизация – очень сложный процесс, и химики пока даже не изучили все вещества, образующиеся в результате. Но ясно, что именно они придают продукту этот приятный карамельный аромат и темно-коричневый цвет. За последний, кстати, ответственны три группы полимеров: карамеланы (C24H36O18), карамелены (C36H50O25) и карамелины (C125H188O80).
Карамелизировать можно не только сахарный песок, чтобы сделать леденцы на палочке. Глюкоза и фруктоза в овощах и фруктах – это такие же сахара (низкомолекулярные углеводы), поэтому можно карамелизировать и лук, и морковь, и яблоки, и груши, и даже молоко (при приготовлении томленого молока карамелизируется лактоза). Ну и сахарная вата – тоже популярный продукт карамелизации. Внутри аппарата на разогретом вращающемся диске сахар плавится и мгновенно застывает, намотанный на палочку.
Для карамелизации нужно соблюсти множество условий. Во-первых, продукт должен быть высушенным, поскольку вода не даст сахарам нагреться. Во-вторых, все сахара начинают реакцию при разных температурах: фруктоза, например, – при 105 °C, глюкоза – при 150 °C, сахароза – при 170 °C. В-третьих, важно следить за временем и делать все медленно, чтобы попросту не сжечь пищу.
Деградация тиамина
Два странных заклинания: 2-метил-3-фурантиол и бис-(2-метил-3-фурил)-дисульфид. Именно эти две молекулы заставляют людей останавливаться около шаурмичного ларька и пускать слюни, проходя мимо шашлычников. 2-метил-3-фурантиол и бис-(2-метил-3-фурил)-дисульфид дают мясу привычный аромат и легко фиксируются человеческим носом. Даже при минимальной их концентрации в водном растворе мы без проблем ощутим их на вкус: первый распознается в концентрации с концентрации в 0,007 мкг/л, а второй – с 0,00002 мкг/л. Хотя их количество в мясе ничтожно мало, пахнут они что надо. Благодаря этому их добавляют в ароматизаторы, которые придают «мясные» ароматы чипсам, приправам (например, для «Доширака»), сухарикам и другим продуктам.
Запах мяса появляется, только когда блюдо готово, так? У сырой говядины он не ярко выраженный. Дело в том, что 2-метил-3-фурантиол – продукт реакции Майяра (о которой можно узнать здесь), происходящей при термической обработке. А из него уже при окислении на воздухе образуется бис-(2-метил-3-фурил)-дисульфид. Вместе они придают мясу аромат, хотя всего в приготовленном мясе обнаружены и идентифицированы около тысячи летучих ароматических соединений.
Кроме реакции Майяра, две эти молекулы образуются при деградации витамина В1, или тиамина. Он содержится в мясе, но сам по себе не пахнет. При нагревании тиамин разлагается и образует ароматические вещества, в числе которых и 2-метил-3-фурантиол. Отсюда – привычный нам «мясной» запах.
Окисление и гидролиз липидов
В неприятном виде и запахе испорченной еды можно смело винить жиры, а точнее – их окисление и гидролиз. Этот процесс еще называют прогорканием, которое делится на биохимическое и химическое. В обоих случаях пища становится невкусной и плохо пахнет. Так что в следующий раз, когда дома кто-то спросит, чем так несет из холодильника, скажите: «Это жиры окислились!»
В случае биохимического прогоркания с помощью ферментов, содержащихся в белках, ускоряется гидролиз (расщепление) жиров, и они превращаются в свободные жирные кислоты. Сами по себе они не гарантируют дурной запах, но катализаторы-микроорганизмы окисляют их до гидропероксидов, которые распадаются на кетоны и альдегиды. Именно вследствие этого распада меняются вкус и запах продукта. Такое прогоркание часто случается с продуктами, у которых жиры с большим количеством воды и примеси белков и углеводов (например, коровье масло).
Химическое прогоркание происходит под действием О2, содержащегося в воздухе (автоокисление). Из-за «атаки» кислорода на углеводородные остатки жирных кислот образуются свободные радикалы, которые запускают окисление. В результате химических реакций образуются опять же кетоны и альдегиды, вызывающие испорченный запах.
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.
