Химия румяной корочки

Приручить молекулы на сковороде

В начале прошлого века французский химик Луи Камиль Майяр обнаружил, что при нагревании аминокислот с сахарами образуются темноокрашенные вещества. Как оказалось впоследствии, потемнение происходит из-за образования особых полимерных соединений, меланоидинов – они-то и придают характерный цвет выпечке, жареной рыбе или мясу. В середине XX века американец Джон Эдвард Ходж изучил реакцию подробнее, и именно его работы привлекли к ней внимание.

Главное условие образования пищевой корочки – наличие в реакционной смеси сахаров, альдегидов или жиров и белков или их мономеров (аминокислот). Реакция протекает даже при температуре 0 °C, но очень медленно, поэтому еще один критерий – нагревание. Скорость и результат зависят, в первую очередь, от реагентов. Все аминокислоты содержат «кислотную» карбонильную группу COOH и аминогруппу – NH₂. Последние и вступают в реакцию Майяра. Логично, что чем больше аминогрупп, тем активнее процесс. Поэтому, например, аминокислота лизин, у которой сразу две аминогруппы, вступает в реакцию быстрее остальных. Именно лизин придает топленому молоку характерный аромат.

Химические реакции, которые приводят к потемнению продуктов, можно разделить на две группы: одни проходят под действием ферментов, другие – без. Ко второй группе относят реакцию Майяра и карамелизацию. А с ферментами связаны надрезанные яблоки или авокадо, а также сушеные фрукты – они приобретают темный цвет из-за ферментативного окисления полифенолов до хинонов.

Что касается сахаров, то легче всего в реакцию вступают пентозы, содержащие по пять атомов углерода (например, ксилоза). Медленнее реагируют простые сахара с шестью атомами углерода, при этом фруктоза гораздо активнее глюкозы, поэтому выпечка с медом подрумянивается быстрее, чем просто с сахаром. Разные сорта кофе также отличаются друг от друга балансом сахаров. Когда они вступают в реакцию Майяра с аминокислотами в зернах при обжарке, появляется аромат кофе. От продуктов этого взаимодействия зависит и вкус напитка.

Температура – важнейший фактор протекания реакции: ее повышение на 10 °С дает увеличение скорости в 2–3 раза. Главное – не перестараться и не превратить реакцию Майяра в сожжение еды. С влажностью сложнее, линейной зависимости нет: одним продуктам нужно больше воды, другим меньше, но чаще всего оптимальная влажность – 40–70 %.

Чем выше кислотность смеси, тем медленнее идет реакция Майяра. Воспользовавшись этим знанием, доктор Хаус в одной из серий спас сырые внутри и подгорающие снаружи фрикадельки, смазав их уксусом.

Аромамагия и Ленин

Реакция Майяра – это способ получения не только золотистой корочки, но и сотни различных запахов. Например, ее продукт 6-ацетил-1,2,3,4-тетрагидропиридин придает аромат бисквиту и попкорну. Конечно же, пищевые технологи не смогли пройти мимо продуктов реакции: их получают отдельно и добавляют в еду и напитки как усилители вкуса и ароматизаторы (а еще – для парфюма). В качестве сырья используют простые сахара, состоящие из одной-двух молекул (сложные содержат три и более). Доступность аминокислот в белке можно повысить, разрушив часть его связей с помощью гидролиза, – так огромная молекула распадается на фрагменты: пептиды. Можно использовать и отдельные аминокислоты, полученные, например, с помощью бактерий. Реакционную смесь нагревают до определенной температуры в зависимости от целевого вещества – от 100 до 190 °C.

Этот же процесс происходит и при приготовлении топленого молока. В нем содержится сахар – лактоза. При длительном нагревании она взаимодействует с белками молока. В результате жидкость темнеет и приобретает характерный карамельно-ореховый запах. Еще в Древней Греции этой реакции нашли применение: невидимые молочные чернила. Прочесть послание, написанное ими, можно только нагрев носитель. Если это бумага – свечой или утюгом. Согласно мемуарам Надежды Крупской, именно так Владимир Ильич Ленин обхитрил своих надзирателей и смог вести переписку, когда находился в заключении. Чернильницу он делал из хлеба, а как только слышал шаги – съедал ее.

Так вкусно, что умереть можно

Конечно, есть и ложка дегтя. При запекании или жарке выше температуры 180 °C происходит термическое разложение меланоидинов, и в результате образуется акриламид. Его наличие почти во всей жареной и запеченной еде выяснилось в 2002 году. В разных странах это вещество имеет разный класс опасности, но в целом геномные исследования склоняются к тому, что оно канцерогенно. А вот на уровне населения дело обстоит сложнее, и однозначных доказательств его опасности нет – попробуй найди людей, которые никогда не ели жареное.

Фото: Dasha Petrenko, Fotolia.com

Реакция Майяра протекает не только на сковороде, но и в нас самих. Применительно к живым организмам взаимодействие между аминокислотными остатками белков и сахарами называют гликированием. Этот процесс лежит в основе повреждения тканей при сахарном диабете, и один из показателей состояния пациентов с ним – это уровень гликированного гемоглобина. Реакция Майяра между белками гемоглобина и сахаром крови протекает и в здоровом организме. А если уровень глюкозы остается высоким длительное время? Тогда уровень гликированного гемоглобина будет выше, и по нему можно судить о стойком повышении уровня сахара, то есть диабете.

Майяр вездесущ – эта же реакция заставляет фекалии образовывать вокруг себя оболочку, что позволяет им сохраняться тысячелетиями. А современным палеонтологам – исследовать их и выяснять диету и болезни древних людей и животных. Темный цвет кожи мумий, сохраняющихся в болотах, – тоже следствие реакции Майяра. Процесс при этом идет медленно из-за кислой среды. Реакция Майяра происходит и при нанесении автозагара – моносахарид дигидроксиацетон в составе средства реагирует на аминокислоты в нашей коже и образует на ней коричневый цвет. Каждый, кто пользуется автозагаром, имеет много общего с румяными пирожками.

Как реакция Майяра сделала нас людьми

Множество вещей в корне отличают нас от остальных животных. Язык позволил нам общаться и передавать информацию – в результате мы понимаем тех, кто жил сотни лет назад. Эмпатия сподвигает нас на борьбу с проблемами, которые иногда касаются не нас самих, а кого-то на другом конце мира. Прямохождение освободило наши руки, которыми мы научились держать и использовать орудия труда. И добывать огонь. Вероятно, какой-то очень древний человек незаслуженно получил по затылку за то, что уронил кусочек мамонтятины в очаг. Ведь это же событие могло стать началом кулинарии.

По мнению приматолога Ричарда Рэнгема (Richard Wrangham), приготовление пищи перевернуло эволюцию человека. Люди стали более сытыми и умными – появился источник легко усваиваемых калорий, что позволило вырастить большой мозг. Мы стали общительнее – теперь мы вместе охотимся, готовим и едим. Древнему человеку огонь подарил четыре свободных часа в день, а современный во время обеда вообще дольше общается, чем ест. Теперь приготовление пищи – неотъемлемая черта нашего вида. В общем, кулинария делает нас умными, здоровыми и очень счастливыми.

Бонобо по имени Канзи поджарил себе овощи на обед в Ape initiative, заповеднике и научно-исследовательском центре по изучению и сохранению обезьян. Де-Мойн, штат Айова (США), 2011 г. Фото: Laurentiu Garofeanu/Barcroft Media/Landov, npr.org

И лучше всех с этим справляется жареная еда. Другие животные тоже почему-то предпочитают ароматное жареное мясо – спросите у своей кошки или собаки. Опыты на шимпанзе, во всяком случае, показывают, что в 90 % случаев они выбирают жареный, а не сырой картофель. Более того, они научились даже готовить его, используя специальный пластиковый контейнер с двойным дном. В 2015 году в одном из питомников Конго ученые из Гарвардского и Йельского университетов провели исследование «кулинарных» способностей шимпанзе. Обезьяна помещала в контейнер сырой ломтик картофеля, трясла – и доставала снизу жареный, который туда заранее положили хитрые ученые. Девайс животным понравился, и некоторые стали даже запасать сырой картофель, чтобы попозже его приготовить. Вот так, даже шимпанзе без ума от реакции Майяра. Понять их просто – ради вкусной еды можно даже эволюционировать.