Chemia na szpikulcu: czy naukowcy są dobrzy w gotowaniu grilla?

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 04:07

Jakie przemiany chemiczne zachodzą w kebabie na wszystkich etapach jego przygotowania.

Przygotowanie kebabu, z punktu widzenia chemika, jest procesem złożonym, na każdym etapie zachodzi duża liczba subtelnych i powiązanych ze sobą reakcji. Jeśli podejdziesz do sprawy mądrze, przepis na dobry kebab będzie porównywalny z indywidualnymi metodami syntezy organicznej – a nawet je przewyższy. I jak w pełnoprawnym eksperymencie naukowym, w przygotowaniu grilla jest wiele szczegółów, od których zależy optymalizacja procesu – a więc smaku i aromatu produktu końcowego.

Aby więc ugotować kebab, musisz wykonać dwa główne kroki: marynować mięso i usmażyć je na węglu drzewnym. Ale najpierw zastanówmy się, czym jest mięso - pod względem chemicznym.

Mięso

To, co nazywamy mięsem i kupujemy w sklepie przebranym za wieprzowinę i wołowinę, jest w rzeczywistości prążkowanymi mięśniami szkieletowymi zwierząt. O ile oczywiście nie będziemy brać pod uwagę podrobów, takich jak serca, których nie używa się do grillowania. Oprócz samej tkanki mięśniowej do mięsa odnosi się także tkanka tłuszczowa i łączna, która do nich przylega.

Tkanka mięśniowa ma ciekawą strukturę. Przyzwyczailiśmy się do tego, że komórki naszego ciała są zwykle bardzo małe, niewidoczne dla oka. Jednostką strukturalną mięśnia jest włókno mięśniowe - a jest to jedna duża komórka o długości kilku centymetrów i średnicy setek mikrometrów. Powstaje w wyniku fuzji tysięcy innych komórek, dzięki czemu we włóknie mięśniowym może znajdować się kilka tysięcy jąder.

Główną właściwością włókien mięśniowych jest zdolność do kurczenia się. W ten sposób my (i inne zwierzęta) poruszamy naszymi kończynami - i nie tylko. Zapewniają to specjalne białka - aktyna i miozyna. Są to wydłużone cząsteczki, które tworzą długie wiązki wewnątrz komórek. Pod wpływem czynników zewnętrznych (impuls nerwowy) wiązki te zaczynają się poruszać względem siebie, ciągnąc w kierunku centrum. Całe włókno podzielone jest na osobne ogniwa - sarkomery, spięte razem.

Ponadto mięso zawiera duże ilości białka elastyny i kolagenu w tkance łącznej. Odpowiadają one w dużej mierze za właściwości mechaniczne mięsa (twardość itp.). Mioglobina białkowa odpowiada za kolor mięsa. Ogólnie rzecz biorąc, mięso jest w dużej mierze produktem białkowym, ale oczywiście jest w nim wystarczająco dużo warstw tłuszczu.

Marynowanie

Mięso jest marynowane w celu jednoczesnego rozwiązania kilku problemów: zmiękczenia, nadania mu dodatkowego smaku i przeprowadzenia podstawowej obróbki przeciwdrobnoustrojowej.

Cząsteczki kolagenu, które decydują o twardości mięsa, zwykle tworzą mocne włókna, fibryle. Montaż ten odbywa się pod wpływem wiązań wodorowych - przyciągania między częściowo naładowanymi (spolaryzowanymi) fragmentami aminokwasów. Dokładnie takie same wiązania powstają między cząsteczkami wody - między atomem wodoru jednej cząsteczki a tlenem drugiej.

Wiele marynat jest kwaśnych ze względu na obecność w nich kwasów - najczęściej octowego (na przykład w winie, majonezie lub occie), cytryny i kwasu mlekowego. Sos sojowy i sos teriyaki również mają kwaśne podłoże - zawierają dużą ilość kwasu piroglutaminowego, a także bursztynowego, cytrynowego, mrówkowego i octowego.

Oznacza to, że w marynatach znajduje się wiele kationów wodorowych, które są w stanie wiązać się z cząsteczkami białek i je protonować. Zmienia to rozkład ładunków w cząsteczkach i zakłóca drobną strukturę wiązań wodorowych, co prowadzi do zmiany geometrii cząsteczek białka. W efekcie dochodzi do denaturacji białek: włókna kolagenowe i aktynowe pęcznieją, zmiękczają, kolagen stopniowo się rozpuszcza.

Ten sam efekt można osiągnąć bez użycia kwasów. Na przykład niektóre owoce tropikalne, takie jak papaja i ananas, zawierają enzymy, które rozkładają elastynę i kolagen na pojedyncze aminokwasy, a proteazy bakteryjne i grzybicze mogą podobnie rozkładać białka włókien mięśniowych. Istnieją fizyczne metody zmiękczania mięsa - utrzymywanie pod ciśnieniem rzędu kilku tysięcy atmosfer, co również prowadzi do denaturacji białek.

Szybkość marynowania mięsa zależy również od składu marynaty. Na przykład wykazano, że obecność alkoholu w marynacie przyspiesza proces marynowania. Wynika to z faktu, że błona lipidowa komórek lepiej rozpuszcza się w alkoholu niż w wodzie. Różne substancje pomocnicze, takie jak garbniki w winie i piwie, również odgrywają rolę w zmiękczaniu mięsa.

Warto zauważyć, że marynowanie nie zawsze prowadzi do zmiękczenia mięsa. W niektórych sytuacjach nadmierna marynacja (w obecności zbyt dużej ilości kwasu lub alkoholu) powoduje utratę wody i staje się zbyt twarda. Ten sam efekt można osiągnąć rozgotowując mięso – wtedy większość wody po prostu „odleci” z niego.

Drugim najważniejszym efektem jest działanie przeciwdrobnoustrojowe. Ale odpowiadają za to nie tylko kwasy, ale także inne składniki marynaty, takie jak cebula. Sposobom niszczenia organizmów szkodliwych w mięsie poświęcono sporo opracowań, jeden z najciekawszych autorów zaproponował dodanie obróbki w kąpieli ultradźwiękowej do standardowego schematu marynowania mięsa w piwie.

Należy zauważyć, że w drugim etapie gotowania szaszłyka rozpoczyna się synteza niektórych czynników rakotwórczych – szkodliwych substancji, które potencjalnie mogą powodować raka. Dotyczy to w szczególności produktów zwęglenia tłuszczu kapiącego na węgle. Należą do nich benzo[a]piren i inne węglowodory poliaromatyczne.

Inną klasą substancji rakotwórczych powstających w wyniku zwęglenia mięsa są aminy heterocykliczne. Substancje te są w stanie tworzyć kompleksy z DNA i wpływać na żywotną aktywność komórek. Jedno z badań wykazało nawet, że dietetyczne spożycie benzo[a] pirenu i ryzyko gruczolaka jelita grubego koreluje częste spożywanie wędzonego lub grillowanego mięsa z niektórymi nowotworami. W związku z tym zaleca się maksymalne ograniczenie stosowania takich substancji. Ale tu też może pomóc marynowanie.

Istnieje kilka badań przeprowadzonych przez portugalskich i hiszpańskich chemików, które wskazują, że niektóre rodzaje marynat zmniejszają prawdopodobieństwo powstawania tych czynników rakotwórczych. Na przykład, marynowanie w ciemnym piwie częściowo hamuje wpływ marynat piwnych na tworzenie się wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych w wieprzowinie grillowanej na węglu drzewnym, tworzenie węglowodorów poliaromatycznych i zmniejsza proporcję utworzonych amin heterocyklicznych, marynat na bazie wina, piwa lub nawet te zawierające herbatę powinny być wybrane. Ogólnie rzecz biorąc, wpływ marynat na tworzenie węglowodorów poliaromatycznych nadal nie jest dobrze poznany. Inne możliwe inhibitory to cebula, czosnek, przyprawy i pikle z kwaskiem cytrynowym.

Smażenie

Marynowanie, dzięki denaturacji większości białek, znacznie przyspiesza proces gotowania. Pozwala to uniknąć długotrwałego narażenia na ciepło i parowania zbyt dużej ilości wody. Wraz z przyspieszeniem denaturacji białka smażenie na węglu inicjuje wiele innych procesów chemicznych w mięsie.

Pierwszym z nich jest dobrze znana reakcja Maillarda. To ona odpowiada za powstawanie silnie pachnących substancji organicznych, które nadają smażonemu mięsu szczególny zapach. W tę reakcję wchodzą aminokwasy znajdujące się w mięsie i cukrach. W efekcie powstają złożone związki heterocykliczne, pochodne furanu, tiofenu, alkilopirydyn i pirazyny.

Specyficzny profil smakowy dla każdego rodzaju mięsa jest inny, określa go stosunek stężeń tysięcy substancji aromatycznych powstałych podczas smażenia. W przypadku smażonego kurczaka i wieprzowiny ważną rolę w aromacie odgrywają produkty kondensacji cysteiny z cukrami, takimi jak 2-metylo-3-furanotiol i jego dimer oraz 2-furylometanotiolem.

Oczywiście inne aminokwasy również reagują z cukrami. Na przykład metionina wchodzi w interakcję z cukrami i rozkłada się do metioniny, substancji, która pachnie jak smażone ziemniaki.

Oczywiste jest, że białka i cukry znajdują się nie tylko w mięsie. Dlatego reakcja Maillarda odgrywa rolę również w aromacie innych potraw. Na przykład wypieki (i niektóre rodzaje ryżu) pachną jak 2-acetylopirolina, produkt reakcji między proliną a cukrami. W niewielkich ilościach substancja ta występuje również w smażonym mięsie.

Drugim procesem chemicznym jest zwęglenie tłuszczu. Tłuszcze to estry glicerolu i organicznych kwasów tłuszczowych, takich jak stearynowy, palmitynowy i tak dalej. Po obróbce cieplnej są one chemicznie przekształcane w aldehydy, takie jak heksadekanal, heksanal i tak dalej. Co ciekawe, rostbef zawiera więcej aldehydów niż kurczak i wieprzowina, przez co mają inny smak. A charakterystyczny zapach jagnięciny zawdzięczamy kwasom 4-metylooktanowym i 4-metylononanowym.

Trzeci proces to reakcja między produktami karbonizacji tłuszczów a produktami reakcji Maillarda. Są to wszelkiego rodzaju alkanotiole, alkilopirydyny, alkilowe pochodne tiofenów, piroli, tiopiranów, tiazoli i tak dalej. Część alkilowa w nich powstaje ze składnika tłuszczowego, a część heterocykliczna ze składnika Mayar.

Ponadto podczas pieczenia mięsa zachodzą inne reakcje z udziałem aminokwasów. Tak więc cysteina i glutation tworzą podczas obróbki cieplnej tritiolany i ditiazyny, które również mają znaczący wpływ na zapach.

Smak i aromat kebabów nadają nie tylko produkty rozkładu aminokwasów, cukrów i tłuszczów, ale także produkty spalania węgla. Wśród nich warto wyróżnić syringol (nawiasem mówiąc, jego nazwa pochodzi od łacińskiej nazwy bzu, Syringa vulgaris) i gwajakolu - powstają podczas rozpadu ligniny, spoiwa dla cząsteczek celulozy w drewnie. Substancje te nadają kebabowi (lub grillowi) charakterystyczny zapach dymu.

Dziesiątki szczegółów technicznych procesu gotowania wpływają na proporcje substancji zapachowych w gotowym kebabie: temperatura, czas pieczenia, wybór węgla, mięsa, marynaty, czas marynowania. A to świetna okazja, by, uzbrojony w naukową metodę, samemu znaleźć swój optymalny przepis na grilla, a może nawet napisać o nim artykuł naukowy – ze szczególnie soczystym opisem części eksperymentalnej.