Лаборатория на кухне: 5 пищевых химических реакций

Реакция Майяра, или сахароаминная конденсация

Коричневая хрустящая корочка на жареной картошке или мясе, характерный оттенок высушенных фруктов и аппетитный запах свежей выпечки — результат накопления продуктов сложной, не до конца изученной реакции — а точнее, целого комплекса химических процессов — между аминокислотами и сахарами, которая протекает при нагревании без участия ферментов. Впервые ее описал в 1912 году французский химик Луи-Камиль Майяр при попытке синтезировать биологический белок.

Углеводы содержат как гидроксильные группы -OH, так и карбонильные C=O. Строение белков сложнее: это полимеры, цепи которых выстроены из различных аминокислот. В составе аминокислот имеется аминогруппа –NH2, которая при повышенной температуре легко вступает в реакцию с карбонильной группой углеводов. Получившееся нестабильное соединение гликозиламин самопроизвольно подвергается процессу, известному как перегруппировка Амадори, образуя кетозамины. В ходе сложнейших реакций, проходящих последовательно и параллельно, кетозамины превращаются в разнообразные химические соединения, отвечающие за цвет, аромат и вкус блюда. В научной литературе эти соединения обозначаются термином «конечные продукты гликирования».

Меланоидины отвечают за коричневую окраску приготовленного блюда. Их образование сопровождается появлением множества ароматических веществ, например альдегидов, таких как фурфурол, метилглиоксаль, ацетальдегид и формальдегид и другие. Они придают блюду аппетитный запах. Пиразины — это аромат жареного мяса, а фураноны — запах карамели. Так как масло можно нагреть до гораздо высоких температур, чем воду, при жарке реакция Майяра протекает активнее, чем при варке. Именно поэтому жареное, как правило, гораздо ароматнее и вкуснее вареного. Если блюдо подгорает, образуются алкилпиридины, которые придают пище горький и неприятный вкус.

Реакция Майяра проходит не только во время приготовления пищи. Ее частный случай — гликирование, которое проходит в живых организмах. Так как температура относительно низкая, этот процесс протекает очень медленно, и продукты реакции успевают удалиться. Однако при диабете, когда уровень сахара в крови повышен, скорость реакции возрастает, и ее продукты накапливаются и вызывают различные нарушения в организме. Благодаря реакции Майяра образуется гумус почв, уголь и торф. Эффект автозагара, придающий коже золотистый оттенок, основан на взаимодействии активного компонента — дигидроксиацетона — с аминокислотами белков кожи, и это тоже реакция Майяра.

Карамелизация сахаров

Внешне результаты карамелизации сахара и реакции Майяра очень похожи: коричневый цвет и аппетитный запах. Однако это разные процессы. В отличие от реакции Майяра карамелизация — это тип пиролиза, термического разложения соединений. Для протекания этого процесса необходимо, чтобы продукт был сухим: вода мешает нагреванию сахаров до высоких температур. Как и реакция Майяра, карамелизация включает множество сложных химических процессов, которые до сих пор плохо изучены.

Денатурация и деструкция белка

Денатурацию белков мы наблюдаем, когда жарим яичницу или кипятим молоко. Под воздействием высокой температуры пространственная структура белка нарушается, хотя последовательность аминокислот остается прежней. Белки теряют биологическую активность и перестают растворяться в воде. В результате денатурации частицы белка в коллоидном растворе агрегируют, то есть собираются в более крупные структуры: прозрачная жидкость, окружающая яичный желток, белеет, густеет и перестает растекаться по сковороде; на поверхности молока образуется пенка — тонкий слой денатурированного лактоальбумина, а мясной и рыбный бульон покрывается белковой пеной. Каждый белок имеет свою температуру денатурации: для рыбы достаточно 30 °С, для яичного белка — 50 °С, а для мяса — 60 °С.

Если нагреть продукт до 100 °С и выше, начинается деструкция: белки распадаются на полипептиды, которые под действием воды разлагаются до аминокислот и других низкомолекулярных азотистых соединений.

Деградация тиамина

Тиамин, или витамин B1, содержащийся в мясе, сам по себе не имеет запаха. Но при нагревании он начинает разлагаться с образованием ароматических веществ, которые придают мясному блюду характерный запах. Одним из таких веществ является 2-метил-3-фурантиол.

Окисление и гидролиз липидов

А эти процессы не совсем аппетитные: они ухудшают качество продуктов во время транспортировки и хранения. В результате окисления и гидролиза жиров пища приобретает прогорклый вкус и неприятный запах, образуются токсичные вещества. Существует несколько механизмов окисления жиров. Прогоркание жиров может происходить под влиянием света и кислорода и ускоряется микроорганизмами, которые выделяют особые ферменты. Под действием воды и фермента липоксигеназы жиры превращаются в жирные кислоты. Они, в свою очередь, окисляются до гидропероксидов, которые распадаются на кетоны и альдегиды. Именно они являются причиной изменения вкуса и запаха жира.

Жиры также могут прогоркать под действием кислорода, содержащегося в воздухе: образуются свободные радикалы, которые двигают процесс окисления. В ходе сложных химических реакций также образуются кетоны и альдегиды. Чтобы замедлить окисление жиров, в продукты добавляют различные ингибиторы, а также обеспечивают хранение в герметичных условиях.

Жиры могут окисляться и в процессе приготовления пищи, но в небольших количествах образующиеся вещества могут придавать еде приятный аромат.