Alexander Vitkovski (alev_biz) wrote,
Alexander Vitkovski
alev_biz

Химия на шампуре. Хорошо ли ученые разбираются в приготовлении шашлыка

Наступило лето, а с ним и время походов на природу — за свежим воздухом, теплой погодой и, конечно же, шашлыками. Есть десятки различных рецептов и советов, как правильно жарить шашлык, а также сотни их комбинаций.

Химия на шампуре

Споры о том, какое мясо выбирать, с какими специями его мариновать и сколько держать над углями, мы оставим искушенным любителям и профессионалам, а вместо этого попробуем разобраться, какие химические превращения происходят с шашлыком на всех этапах его приготовления.

Приготовление шашлыка, с точки зрения химика, — сложный процесс, на каждом этапе которого происходит большое количество тонких и взаимосвязанных реакций. Если подойти к делу с умом, рецепт хорошего шашлыка будет сопоставим, а то и превзойдет, отдельные методики органического синтеза. И, как в полноценном научном эксперименте, в приготовлении шашлыка есть множество деталей, от которых зависит оптимизация процесса — а значит, вкус и аромат конечного продукта.



Итак, чтобы приготовить шашлык, необходимо выполнить два основных действия: замариновать мясо и обжарить его на углях. Но сперва давайте разберемся, что такое мясо — с точки зрения химии.

Мясо


То, что мы называем мясом и покупаем в магазине под видом свинины и говядины, на самом деле является скелетной поперечно-полосатой мускулатурой животных. Если, конечно же, мы не будем рассматривать субпродукты, например сердце, которые не используются для шашлыка. Кроме собственно мышечной ткани, к мясу относят еще жировую и соединительную ткань, которая к ним прилегает.

Мышечная ткань имеет любопытное строение. Мы привыкли к тому, что клетки нашего организма обычно очень малы, не различимы глазом. Структурной единицей мышцы является мышечное волокно — и это одна большая клетка длиной несколько сантиметров и диаметром сотни микрометров. Она образуется при слиянии тысяч других клеток, из-за чего в мышечном волокне может быть несколько тысяч ядер.

Главное свойство мышечных волокон — способность сокращаться. Именно так мы (и другие животные) двигаем конечностями — и не только. Это обеспечивают специальные белки — актин и миозин. Это вытянутые молекулы, формирующие длинные пучки внутри клеток. Под действием внешних факторов (нервного импульса) эти пучки начинают двигаться друг относительно друга, стягиваясь к центру. Все волокно разбито на отдельные звенья — саркомеры, скрепленные между собой.

Кроме того, мясо содержит большие количества белков эластина и коллагена в соединительной ткани. Они во многом отвечают за механические характеристики мяса (жесткость и так далее). За цвет мяса отвечает белок миоглобин. В общем, мясо — во многом белковый продукт, но, конечно, и жировых прослоек в нем хватает.

Маринование


Мясо маринуют для того, чтобы решить сразу несколько задач: сделать его мягче, придать ему дополнительный аромат и провести первичную антимикробную обработку.

Молекулы коллагена, определяющего твердость мяса, в норме образуют прочные волокна, фибриллы. Эта сборка происходит под действием водородных связей — притяжения между частично заряженными (поляризованными) фрагментами аминокислот. Точно такие же связи возникают между молекулами воды — между атомом водорода одной молекулы и кислородом другой.

Многие маринады обладают кислой реакцией из-за наличия в них кислот — чаще всего уксусной (например, в вине, майонезе или уксусе), лимонной и молочной. Кислой средой обладает и соевый соус, а также соус терияки — они содержат большое количество пироглутаминовой кислоты, а также янтарной, лимонной, муравьиной и уксусной. Это означает, что в маринадах есть много катионов водорода, которые способны связываться с молекулами белков, протонировать их. Это изменяет распределение зарядов в молекулах и нарушает тонкую структуру водородных связей, что приводит к изменению геометрии белковых молекул. В результате происходит денатурация белков: волокна коллагена и актина разбухают, размягчаются, коллаген постепенно растворяется.

Того же эффекта можно достигнуть и без применения кислот. Например, некоторые тропические фрукты, такие как папайя и ананас, содержат ферменты, разлагающие эластин и коллаген до одиночных аминокислот, а протеазы бактерий и амилазы грибов способны аналогичным образом разрушать белки мышечных волокон. Есть и физические методы смягчения мяса — выдерживание при давлениях порядка нескольких тысяч атмосфер, которое тоже приводит к денатурации белков.

Скорость, с которой происходит маринование мяса, также зависит от состава маринада. Например, было показано, что наличие спирта в маринаде ускоряет процесс маринования. Это связано с тем, что липидная оболочка клеток лучше растворяется в спирте, чем в воде. Также свою роль в смягчении мяса играют различные вспомогательные вещества — такие как таннины в вине и пиве.

Стоит заметить, что маринование не всегда приводит к размягчению мяса. В некоторых ситуациях при избыточном мариновании (в присутствии слишком большого количества кислоты или спирта) ткани теряют воду и становятся слишком твердыми. Такого же эффекта можно достигнуть, если пережарить мясо — тогда большая часть воды из него попросту «улетит».

Второй по важности эффект — антимикробный. Но за него ответственны не только кислоты, но и другие компоненты маринада, такие как лук. Различным способам уничтожения вредоносных организмов в мясе посвящено довольно много исследований, в одном из самых любопытных авторы предлагали добавить к стандартной схеме маринования мяса в пиве еще и обработку в ультразвуковой ванне.

Надо заметить, что на втором этапе приготовления шашлыка запускается синтез некоторых канцерогенов — вредных веществ, потенциально способных вызвать рак. В особенности это относится к продуктам обугливания жира, капающего на угли. Среди них есть бензо[a]пирен и другие полиароматические углеводороды. Другой класс канцерогенов, возникающий при обугливании мяса — гетероциклические амины. Эти вещества способны образовывать комплексы с ДНК и влиять на жизнедеятельность клеток. Одно из исследований даже обнаружило корреляцию между частым употреблением копченого или жаренного на гриле мяса с некоторыми видами рака. Соответственно, рекомендуется по возможности уменьшить употребление таких веществ. Но и тут может помочь маринование.

Есть несколько исследований, проведенных португальскими и испанскими химиками, которые указывают на то, что некоторые виды маринада уменьшают вероятность образования этих канцерогенов. Например, маринование в темном пиве отчасти ингибирует образование полиароматических углеводородов, а чтобы уменьшить долю образующихся гетероциклических аминов, следует выбирать маринады на основе вина, пива или даже содержащие чай. В целом же влияние маринадов на образование полиароматических углеводородов в целом все еще не так хорошо изучено. В число других возможных ингибиторов входят лук, чеснок, специи и маринады с лимонной кислотой.

Жарка


Маринование, за счет денатурации большой части белков, значительно ускоряет процесс готовки мяса. Это позволяет избежать длительного воздействия тепла и испарения слишком большого количества воды. Вместе с ускорением денатурации белков, жарка на углях инициирует в мясе много других химических процессов.

Первый из них — известная реакция Майяра. Именно она отвечает за образование сильно пахнущих органических веществ, придающих особый запах жареному мясу. В эту реакцию вступают аминокислоты, находящиеся в мясе, и сахара. В результате образуются сложные гетероциклические соединения, производные фурана, тиофена, алкилпиридины и пиразины.

Химия на шампуре
Продукты реакции Майяра, основные компоненты запаха жареного мяса

Конкретный профиль аромата у каждого вида мяса свой, он определяется соотношением концентраций тысяч душистых веществ, образующихся при жарке. В случае жареных курицы и свинины важную роль в аромате играют продукты конденсации цистеина с сахарами, например, 2-метил-3-фурантиол и его димер, а также 2-фурилметантиол. С сахарами, конечно, реагируют и другие аминокислоты. Метионин, к примеру, взаимодействуя с сахарами, подвергается деградации до метионаля — это вещество имеет запах жареного картофеля.

Понятно, что белки и сахара есть не только в мясе. Поэтому реакция Майяра играет роль в аромате и других блюд. К примеру, запах выпечки (и некоторых сортов риса) обусловлен 2-ацетилпироллином, продуктом реакции между пролином и сахарами. В небольших количествах это вещество возникает и в жареном мясе.

Химия на шампуре
Продукты распада жиров, компоненты запаха жареного мяса

Второй химический процесс — обугливание жиров. Жиры — это сложные эфиры глицерина и жирных органических кислот, таких как стеариновая, пальмитиновая и так далее. При температурной обработке они химически превращаются в альдегиды, такие как гексадеканаль, гексаналь и так далее. Интересно, что в жареной говядине содержится больше альдегидов, чем в курице и свинине, что и отличает их на вкус. А характерный запах баранины возникает благодаря 4-метилоктановой и 4-метилнонановой кислотам.

Третий процесс — реакции между продуктами обугливания жиров и продуктами реакции Майяра. Это всевозможные алкантиолы, алкилпиридины, алкильные производные тиофенов, пирролов, тиопиранов, тиазолов и так далее. Алкильная часть в них возникает из жировой компоненты, а гетероциклическая — из майяровской.

Кроме того, при обжарке мяса идут и другие реакции с участием аминокислот. Так, цистеин и глутатион образуют при термообработке тритиоланы и дитиазины, которые также вносят существенный вклад в запах.

Химия на шампуре
Сирингол и гваякол, компоненты запаха "дыма", характерного для шашлыка

Вкус и аромат шашлыкам придают не только продукты разложения аминокислот, сахаров и жиров, но и продукты горения углей. Среди них стоит выделить сирингол (его название, кстати, происходит от латинского названия сирени, Syringa vulgaris) и гваякол — они образуются при распаде лигнина, связующего вещества для молекул целлюлозы в древесине. Эти вещества придают шашлыку (или барбекю) характерный запах дыма.

На соотношение ароматных веществ в готовом шашлыке влияют десятки технических деталей процесса приготовления: температура, длительность обжарки, выбор угля, мяса, маринада, времени маринования. И это отличная возможность, чтобы, вооружившись научным методом, самому найти свой оптимальный рецепт шашлыка и, может, даже написать об этом научную статью — с особенно сочным описанием экспериментальной части.

Автор: Владимир Королёв





Ссылка на источник

Tags: знания, наука, отвлеченное, питание, химия
Subscribe

Posts from This Journal “химия” Tag

Buy for 20 tokens
Глядя на своих детей, каждый из нас рад и спокоен, когда они здоровы, когда смеются, бегают, играют. Когда им не больно. Но есть те, кто видит боль своих детей каждый день, боится отвести глаза, чтобы не потерять своего ребенка, борется за его жизнь. Ирина и Николай Османовы просят Вас о…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 3 comments