Ķīmija uz iesma: vai zinātnieki labi gatavo bārbekjū?

2024 Autors: Malcolm Clapton | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 04:04

Kādas ķīmiskās pārvērtības notiek ar kebabu visos tā pagatavošanas posmos.

Kebaba pagatavošana, no ķīmiķa viedokļa, ir sarežģīts process, kura katrā posmā notiek liels skaits smalku un savstarpēji saistītu reakciju. Ja pieiet šim jautājumam saprātīgi, laba kebaba recepte būs salīdzināma ar atsevišķām organiskās sintēzes metodēm – vai pat pārspēs tās. Un, tāpat kā pilnvērtīgā zinātniskā eksperimentā, bārbekjū gatavošanā ir daudz detaļu, no kurām ir atkarīga procesa optimizācija - un līdz ar to arī gala produkta garša un aromāts.

Tātad, lai pagatavotu kebabu, ir jāveic divas galvenās darbības: gaļa jāmarinē un apcep uz oglēm. Bet vispirms izdomāsim, kas ir gaļa – ķīmijas ziņā.

Gaļa

Tas, ko mēs saucam par gaļu un pērkam veikalā, pārģērbjoties par cūkgaļu un liellopu gaļu, patiesībā ir dzīvnieku skeleta šķērssvītrotā muskulatūra. Ja vien mēs, protams, neņemsim vērā subproduktus, piemēram, sirdi, ko neizmanto grilēšanai. Papildus pašiem muskuļu audiem par gaļu tiek attiecināti arī taukaudi un saistaudi, kas atrodas tiem blakus.

Muskuļu audiem ir dīvaina struktūra. Mēs esam pieraduši pie tā, ka mūsu ķermeņa šūnas parasti ir ļoti mazas, acij neredzamas. Muskuļa strukturālā vienība ir muskuļu šķiedra - un tā ir viena liela šūna vairākus centimetrus gara un simtiem mikrometru diametrā. Tas veidojas, saplūstot tūkstošiem citu šūnu, kā rezultātā muskuļu šķiedrās var būt vairāki tūkstoši kodolu.

Muskuļu šķiedru galvenā īpašība ir spēja sarauties. Šādi mēs (un citi dzīvnieki) kustinām savas ekstremitātes – un vēl vairāk. To nodrošina īpaši proteīni – aktīns un miozīns. Tās ir iegarenas molekulas, kas šūnu iekšpusē veido garus saišķus. Ārējo faktoru (nervu impulsa) ietekmē šie kūļi sāk kustēties viens pret otru, velkot uz centru. Visa šķiedra ir sadalīta atsevišķās saitēs - sarkomēros, kas ir piestiprinātas kopā.

Turklāt gaļa satur lielu daudzumu olbaltumvielu elastīna un kolagēna saistaudos. Tie lielā mērā ir atbildīgi par gaļas mehāniskajām īpašībām (stingrību utt.). Olbaltumvielu mioglobīns ir atbildīgs par gaļas krāsu. Kopumā gaļa lielā mērā ir proteīna produkts, bet, protams, tajā ir pietiekami daudz tauku slāņu.

Kodināšana

Gaļu marinē, lai vienlaikus atrisinātu vairākas problēmas: padarītu to mīkstāku, piešķirtu tai papildu garšu un veiktu primāro pretmikrobu apstrādi.

Kolagēna molekulas, kas nosaka gaļas cietību, parasti veido spēcīgas šķiedras, fibrillas. Šī montāža notiek ūdeņraža saišu ietekmē – pievilkšanās starp daļēji lādētiem (polarizētiem) aminoskābju fragmentiem. Tieši tādas pašas saites rodas starp ūdens molekulām – starp vienas molekulas ūdeņraža atomu un citas molekulas skābekli.

Daudzas marinādes ir skābas, jo tajās ir skābes - visbiežāk etiķskābes (piemēram, vīnā, majonēzē vai etiķī), citrona un pienskābes. Sojas mērcei un teriyaki mērcei ir arī skāba barotne – tās satur lielu daudzumu piroglutamīnskābes, kā arī dzintarskābes, citronskābes, skudrskābes un etiķskābes.

Tas nozīmē, ka marinādēs ir daudz ūdeņraža katjonu, kas spēj saistīties ar olbaltumvielu molekulām un tās protonēt. Tas izmaina lādiņu sadalījumu molekulās un izjauc ūdeņraža saišu smalko struktūru, kas izraisa izmaiņas olbaltumvielu molekulu ģeometrijā. Rezultātā proteīni tiek denaturēti: kolagēna un aktīna šķiedras uzbriest, mīkstina, kolagēns pamazām izšķīst.

To pašu efektu var panākt, neizmantojot skābes. Piemēram, daži tropu augļi, piemēram, papaija un ananāsi, satur fermentus, kas sadala elastīnu un kolagēnu atsevišķās aminoskābēs, un baktēriju un sēnīšu proteāzes var līdzīgi sadalīt muskuļu šķiedru proteīnus. Ir fizikālas gaļas mīkstināšanas metodes - turēšana pie vairāku tūkstošu atmosfēru lieluma spiediena, kas arī noved pie olbaltumvielu denaturācijas.

Gaļas marinēšanas ātrums ir atkarīgs arī no marinādes sastāva. Piemēram, ir pierādīts, ka alkohola klātbūtne marinādē paātrina marinēšanas procesu. Tas ir saistīts ar faktu, ka šūnu lipīdu membrāna labāk šķīst spirtā nekā ūdenī. Gaļas mīkstināšanā nozīme ir arī dažādām palīgvielām, piemēram, tanīniem vīnā un alū.

Ir vērts atzīmēt, ka kodināšana ne vienmēr noved pie gaļas mīkstināšanas. Dažās situācijās pārmērīga marinēšana (pārāk daudz skābes vai alkohola klātbūtnē) zaudē ūdeni un kļūst pārāk cieta. Tādu pašu efektu var panākt, gaļu pārcepot – tad lielākā daļa ūdens no tās vienkārši "aizlidos".

Otrs svarīgākais efekts ir pretmikrobu iedarbība. Taču par to ir atbildīgas ne tikai skābes, bet arī citas marinādes sastāvdaļas, piemēram, sīpoli. Diezgan daudz pētījumu ir veltīts dažādām kaitīgo organismu iznīcināšanas metodēm gaļā, vienā no ziņkārīgākajiem autoriem viņi ierosināja pievienot gaļas marinēšanas alus standarta shēmai apstrādi ultraskaņas vannā.

Jāpiebilst, ka šašlika gatavošanas otrajā posmā tiek uzsākta dažu kancerogēnu sintēze – kaitīgas vielas, kas potenciāli var izraisīt vēzi. Tas jo īpaši attiecas uz produktiem, kas iegūti, pārogļojoties uz oglēm. Tajos ietilpst benzo [a] pirēns un citi poliaromātiskie ogļūdeņraži.

Vēl viena kancerogēnu klase, kas rodas gaļas pārogļošanās rezultātā, ir heterocikliskie amīni. Šīs vielas spēj veidot kompleksus ar DNS un ietekmēt šūnu dzīvībai svarīgo aktivitāti. Vienā pētījumā pat konstatēts, ka benzo [a] pirēna uzņemšana ar uzturu un kolorektālās adenomas risks saista biežu kūpinātas vai grilētas gaļas patēriņu ar noteiktiem vēža veidiem. Attiecīgi ir ieteicams pēc iespējas samazināt šādu vielu lietošanu. Bet kodināšana var palīdzēt arī šeit.

Ir vairāki portugāļu un spāņu ķīmiķu pētījumi, kas liecina, ka noteikta veida marinādes samazina šo kancerogēnu veidošanās iespējamību. Piemēram, marinēšana tumšajā alū daļēji kavē alus marināžu ietekmi uz policiklisko aromātisko ogļūdeņražu veidošanos uz oglēm grilētā cūkgaļā, poliaromātisko ogļūdeņražu veidošanos un, lai samazinātu heterociklisko amīnu īpatsvaru, marinādes, kuru pamatā ir vīns, alus vai jāizvēlas pat tie, kas satur tēju. Kopumā marināžu ietekme uz poliaromātisko ogļūdeņražu veidošanos kopumā joprojām nav labi saprotama. Citi iespējamie inhibitori ir sīpoli, ķiploki, garšvielas un citronskābes marinēti gurķi.

Cepšana

Marinēšana, jo lielākā daļa olbaltumvielu ir denaturēta, ievērojami paātrina gatavošanas procesu. Tas ļauj izvairīties no ilgstošas karstuma iedarbības un pārāk daudz ūdens iztvaikošanas. Līdz ar olbaltumvielu denaturācijas paātrināšanos ogļu cepšana gaļā ierosina daudzus citus ķīmiskus procesus.

Pirmā no tām ir labi zināmā Maillard reakcija. Tieši viņa ir atbildīga par spēcīgi smaržojošu organisko vielu veidošanos, kas ceptai gaļai piešķir īpašu smaržu. Šajā reakcijā nonāk gaļā un cukurā esošās aminoskābes. Rezultātā veidojas kompleksi heterocikliskie savienojumi, furāna, tiofēna, alkilpiridīnu un pirazīnu atvasinājumi.

Katram gaļas veidam specifiskais garšas profils ir atšķirīgs, to nosaka cepšanas laikā izveidoto tūkstošiem aromātisko vielu koncentrāciju attiecība. Ceptas vistas un cūkgaļas gadījumā svarīga loma aromātā ir cisteīna kondensācijas produktiem ar cukuriem, tādiem kā 2-metil-3-furāntiols un tā dimērs, kā arī 2-furilmetāntiols.

Protams, ar cukuriem reaģē arī citas aminoskābes. Piemēram, metionīns mijiedarbojas ar cukuriem un sadalās līdz metionālam, vielai, kas smaržo pēc ceptiem kartupeļiem.

Ir skaidrs, ka olbaltumvielas un cukuri ir atrodami ne tikai gaļā. Tāpēc Maillard reakcijai ir nozīme arī citu ēdienu aromātā. Piemēram, ceptas preces (un daži rīsu veidi) smaržo pēc 2-acetilpirolīna, prolīna un cukura reakcijas produkta. Nelielos daudzumos šī viela sastopama arī ceptā gaļā.

Otrs ķīmiskais process ir tauku pārogļošanās. Tauki ir glicerīna un organisko taukskābju, piemēram, stearīnskābes, palmitīnskābes un tā tālāk, esteri. Termiski apstrādājot, tie ķīmiski tiek pārveidoti par aldehīdiem, piemēram, heksadekanālu, heksanālu utt. Interesanti, ka liellopu gaļa satur vairāk aldehīdu nekā vistas un cūkgaļa, kas padara to garšu savādāku. Un raksturīgo jēra smaržu rada 4-metiloktānskābe un 4-metilnonānskābe.

Trešais process ir reakcija starp tauku karbonizācijas produktiem un Maillard reakcijas produktiem. Tie ir visa veida alkāntioli, alkilpiridīni, tiofēnu alkilatvasinājumi, piroli, tiopirāni, tiazoli utt. Tajos esošā alkildaļa rodas no taukskābju komponenta, bet heterocikliskā daļa no Mayar komponenta.

Turklāt, cepot gaļu, notiek arī citas reakcijas, kas saistītas ar aminoskābēm. Tādējādi cisteīns un glutations termiskās apstrādes laikā veido tritiolānus un ditiazīnus, kas arī būtiski ietekmē smaku.

Garšu un aromātu kebabiem piešķir ne tikai aminoskābju, cukuru un tauku sadalīšanās produkti, bet arī ogļu sadegšanas produkti. Starp tiem ir vērts izcelt siringolu (tā nosaukums, starp citu, cēlies no ceriņu latīņu nosaukuma Syringa vulgaris) un gvajakolu - tie veidojas, sadaloties lignīnam, kas ir saistviela celulozes molekulām kokā. Šīs vielas piešķir kebabam (vai bārbekjū) raksturīgo dūmu smaržu.

Desmitiem gatavošanas procesa tehnisko detaļu ietekmē aromātisko vielu attiecība gatavajā kebabā: temperatūra, cepšanas ilgums, ogļu izvēle, gaļa, marināde, marinēšanas laiks. Un šī ir lieliska iespēja, bruņojoties ar zinātnisku metodi, pašam atrast savu optimālo bārbekjū recepti un, iespējams, pat uzrakstīt par to zinātnisku rakstu - ar īpaši sulīgu eksperimentālās daļas aprakstu.