Каждый кулинар — немного химик

Карамелизация — овощной суп

Ключевые превращения белков и углеводов во время готовки носят расплывчатое название неферментативного побурения, а иногда — «реакции образования коричневых продуктов». В самом деле, главное, что объединяет все эти процессы — темный цвет образующихся в результате веществ. Химия происходящих при этом реакций крайне запутана. Даже при обычной карамелизации — окислении сахаров при нагревании — образуются сотни сложных химических продуктов, большинство их которых еще не идентифицированы.

Карамелизация совсем не обязательно связана с изготовлением конфет и сладостей: простых сахаров достаточно в любой животной и растительной пище. Поэтому такие превращения происходят и во время приготовления свинины на гриле, и при обжарке овощей для супа. Сложные соединения, продукты карамелизации, придают пище вкус и аромат: мальтол и изомальтол — печеного хлеба, 2-Н-4-гидрокси-5-метилфуранон — жареного мяса.

Известны и сходные по виду, но другие по химической природе реакции ферментативного побурения — окисления сахаров под действием белков. Такое происходит во многих фруктах: стоит разрезать грушу или яблоко, разрушив клеточные стенки, как содержащиеся в их клетках ферменты «освободятся» и начнут катализировать окисление различных веществ с образованием продуктов темного цвета.

Реакция Майяра — стейк

Другая форма неферментативного побурения — взаимодействие простых сахаров с белками. Процесс развивается при температуре от 40–60 до 100 °С и начинается с простой реакции, при которой карбонильная группа сахара атакует нуклеофильную группу аминокислоты. Однако далее все быстро разветвляется на целый каскад трудноуловимых процессов. Промежуточные продукты вступают в реакции друг с другом, приводя к образованию множества разнообразных по структуре и темных по цвету веществ, меланоидинов, структура многих из которых до сих пор не ясна.

Этот процесс, в результате которого на жареной курице или на пироге образуется корочка, а стейк по мере прожарки все заметнее темнеет, называют реакцией Майяра. С точки зрения химии это, возможно, ключевой момент во всей кулинарии: опытный повар контролирует течение реакции, используя разные режимы температуры и влажности, а при использовании скороварки — еще и давления.

Так, при варке вода не позволяет мясу разогреваться до температуры, достаточной для быстрого протекания реакции Майяра. Зато в масле она идет буквально на глазах — остается лишь следить, чтобы мясо не сгорело. Именно эта разница в протекании взаимодействия определяет резкое отличие во вкусе (и цвете) между блюдами, приготовленными в воде или на пару, и жареными.

Эмульгирование — майонез

Растительное масло и уксус — два основных компонента этого соуса — не смешиваются между собой. Уксус состоит из полярных молекул, заряд которых распределен неравномерно. Вспомните воду: кислород в этой молекуле слегка оттягивает электроны от обоих водородов, приобретая слабый отрицательный заряд, а сами водороды остаются заряженными положительно. Молекула становится крошечным «магнитом» — как и молекулы множества веществ, которые в воде растворяются, в том числе уксусной кислоты.

Жирные кислоты масла совсем иные. Их молекулы намного больше по размерам, и не несут разных зарядов на разных своих частях. Чтобы такие неполярные вещества смешались с молекулами растворителя, он тоже должен быть неполярным. Поэтому жирные следы так плохо смываются водой — и так легко неполярным ацетоном. Но попробуйте смешать вместе и то, и другое — и полярный уксус, и неполярные жиры — это не удастся: масло всплывет в нем некрасивыми каплями. Для этого понадобится что-нибудь вроде желтка.

Основной компонент яичного желтка — лецитины («лекитос» по-гречески как раз и означает желток), сложная смесь фосфорсодержащих органических соединений. В основном, это фосфолипиды — молекулы, состоящие из полярной «головки» с фосфатом и неполярных «хвостов» жирных кислот. В результате заряженная половина летицинов взаимодействуют с уксусом, а незаряженная — с жирами. Позволяя смешиваться несмешиваемому, желток и создает эмульсию майонеза.

Денатурация белков — яичница

Свойства любого белка зависят от его пространственной структуры. Сложно организованные химические катализаторы, упругая основа эластичных связок — все это различным образом «упакованные» цепочки аминокислот. Их трехмерная структура стабилизируется несколькими видами взаимодействий. Самые надежные сшивки обеспечивают ковалентные химические связи между парами аминокислот цистеинов из сблизившихся цепочек.

Но такие «цистеиновые мостики» достаточно редки, и для поддержания пространственной структуры белка не менее важны водородные связи между его полярными аминокислотами, а также с близлежащими молекулами воды. Проще говоря, эти аминокислоты «стараются оказаться» на внешней поверхности белка, поближе к полярной воде, а неполярные аминокислоты — «спрятаться» от нее поглубже внутрь. Все это сохраняет структуру белка и позволяет ему выполнять свои биологические функции.

Структура разрушается, когда вы разбиваете яйцо на раскаленную сковороду. В результате нагревания выше 60 — 80 °С белковые молекулы быстро теряют свою форму, денатурируют. Они слипаются друг с другом и значительно хуже растворяются в воде, но усваиваются даже легче.

Разложение соды — шарлотка

Пищевая сода — гидрокарбонат натрия — при нагревании выше 60 °С распадается на карбонат натрия. Эта реакция сопровождается быстрым выделением воды и углекислого газа — испаряясь, они заставляют тесто «подниматься», разрыхляя его. Однако для хорошей шарлотки этот процесс не идеален. Реакция идет недостаточно активно, а если в пироге сохранятся остатки соды, они оставят не слишком приятный мыльный привкус. Поэтому хороший химик-повар «гасит» соду уксусом, проводя реакцию:

Уксусная кислота + гидрокарбонат натрия — > ацетат натрия + углекислый газ

Некоторые кулинары считают, что во время бурной реакции испаряется слишком много углекислого газа, поэтому рекомендуют замешивать соду и кислоту не в ложке, а прямо в муке. Кстати, вместо уксуса подойдет и любая другая пищевая кислота — например, лимонная.

При приготовлении некоторых блюд эту реакцию удобнее заменить «биотехнологическим» процессом, использующим дрожжи. Эти микроскопические грибки потребляют часть сахара из теста в ходе реакций ферментативного брожения. Побочным продуктом этих процессов является тот же углекислый газ, делающий тесто пышнее.

Подписывайтесь на кулинарный дайджест в сфере ресторанной индустрии в Telegramи во ВКонтакте, чтоб быть в курсе новостей.