Chemija ant iešmo: ar mokslininkai gerai gamina šašlykus

2024 Autorius: Malcolm Clapton | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 04:04

Kokie cheminiai pokyčiai vyksta su kebabu visuose jo paruošimo etapuose.

Kebabo ruošimas, chemiko požiūriu, yra sudėtingas procesas, kurio kiekviename etape vyksta daugybė subtilių ir tarpusavyje susijusių reakcijų. Jei žvelgsite išmintingai, gero kebabo receptas bus panašus į atskirus organinės sintezės metodus – ar net juos pranoks. Ir, kaip ir visaverčio mokslinio eksperimento metu, ruošiant kepsninę yra daug detalių, nuo kurių priklauso proceso optimizavimas – taigi ir galutinio produkto skonis bei aromatas.

Taigi, norint iškepti kebabą, reikia atlikti du pagrindinius veiksmus: mėsą marinuoti ir kepti ant anglių. Bet pirmiausia išsiaiškinkime, kas yra mėsa – chemijos požiūriu.

Mėsa

Tai, ką mes vadiname mėsa ir perkame parduotuvėje, persirengę kiauliena ir jautiena, iš tikrųjų yra gyvūnų skeletiniai dryžuoti raumenys. Nebent, žinoma, mes nesvarstysime subproduktų, tokių kaip širdis, kurie nenaudojami kepsninei. Be paties raumenų audinio, prie jų esantis riebalinis ir jungiamasis audinys taip pat vadinamas mėsa.

Raumenų audinys turi keistą struktūrą. Esame įpratę, kad mūsų kūno ląstelės dažniausiai yra labai mažos, akiai nematomos. Struktūrinis raumens vienetas yra raumeninė skaidula – tai viena didelė kelių centimetrų ilgio ir šimtų mikrometrų skersmens ląstelė. Jis susidaro susiliejus tūkstančiams kitų ląstelių, dėl kurių raumenų skaiduloje gali būti keli tūkstančiai branduolių.

Pagrindinė raumenų skaidulų savybė yra gebėjimas susitraukti. Taip mes (ir kiti gyvūnai) judiname savo galūnes – ir dar daugiau. Tai suteikia specialūs baltymai – aktinas ir miozinas. Tai pailgos molekulės, kurios ląstelių viduje sudaro ilgus ryšulius. Veikiami išorinių veiksnių (nervinio impulso), šie ryšuliai pradeda judėti vienas kito atžvilgiu, traukdami link centro. Visas pluoštas yra padalintas į atskiras grandis – sarkomerus, tvirtinamas kartu.

Be to, mėsoje yra daug baltymų elastino ir kolageno jungiamajame audinyje. Jie daugiausia lemia mechanines mėsos savybes (kietumą ir kt.). Baltymų mioglobinas yra atsakingas už mėsos spalvą. Apskritai mėsa daugiausia yra baltyminis produktas, tačiau, žinoma, joje yra pakankamai riebių sluoksnių.

Marinavimas

Mėsa marinuojama siekiant iš karto išspręsti kelias problemas: padaryti ją minkštesnę, suteikti papildomo skonio ir atlikti pirminį antimikrobinį apdorojimą.

Kolageno molekulės, lemiančios mėsos kietumą, paprastai formuoja stiprias skaidulas, fibriles. Šis surinkimas vyksta veikiant vandeniliniams ryšiams – traukai tarp iš dalies įkrautų (poliarizuotų) aminorūgščių fragmentų. Lygiai tokie patys ryšiai atsiranda tarp vandens molekulių – tarp vienos molekulės vandenilio atomo ir kitos molekulės deguonies.

Daugelis marinatų yra rūgštūs dėl juose esančių rūgščių – dažniausiai acto (pavyzdžiui, vyne, majoneze ar acte), citrinos ir pieno rūgšties. Sojų padažas ir teriyaki padažas taip pat turi rūgštinę terpę – juose yra daug piroglutamo rūgšties, taip pat gintaro, citrinos, skruzdžių ir acto rūgšties.

Tai reiškia, kad marinatuose yra daug vandenilio katijonų, kurie gali prisijungti prie baltymų molekulių ir jas protonuoti. Dėl to pasikeičia krūvių pasiskirstymas molekulėse ir sutrinka smulkioji vandenilio jungčių struktūra, dėl to pasikeičia baltymų molekulių geometrija. Dėl to denatūruojami baltymai: kolageno ir aktino skaidulos išsipučia, minkštėja, kolagenas pamažu ištirpsta.

Tą patį efektą galima pasiekti ir nenaudojant rūgščių. Pavyzdžiui, kai kuriuose atogrąžų vaisiuose, tokiuose kaip papajos ir ananasai, yra fermentų, kurie suskaido elastiną ir kolageną į atskiras aminorūgštis, o bakterijų ir grybelių proteazės gali panašiai skaidyti raumenų skaidulų baltymus. Egzistuoja fiziniai mėsos minkštinimo būdai – kelių tūkstančių atmosferų eilės slėgio laikymas, o tai taip pat lemia baltymų denatūravimą.

Mėsos marinavimo greitis priklauso ir nuo marinato sudėties. Pavyzdžiui, įrodyta, kad marinate esantis alkoholis pagreitina marinavimo procesą. Taip yra dėl to, kad ląstelių lipidinė membrana geriau tirpsta alkoholyje nei vandenyje. Įvairios pagalbinės medžiagos, pavyzdžiui, vyne ir aluje esantys taninai, taip pat turi įtakos mėsos minkštinimui.

Verta paminėti, kad marinavimas ne visada lemia mėsos minkštėjimą. Kai kuriais atvejais per didelis marinavimas (esant per daug rūgšties ar alkoholio) netenka vandens ir tampa per kietas. Tą patį efektą galima pasiekti ir perkepus mėsą – tada didžioji dalis vandens tiesiog „išskris“nuo jos.

Antras pagal svarbą poveikis yra antimikrobinis. Tačiau už tai atsakingos ne tik rūgštys, bet ir kiti marinato komponentai, pavyzdžiui, svogūnai. Gana daug tyrimų skirta įvairiems kenksmingų organizmų naikinimo mėsoje būdams, vienas smalsiausių autorių pasiūlė prie standartinės mėsos marinavimo aluje schemos pridėti apdorojimą ultragarso vonioje.

Pažymėtina, kad antrajame šašlyko gaminimo etape pradedama kai kurių kancerogenų – kenksmingų medžiagų, kurios potencialiai gali sukelti vėžį, sintezė. Tai ypač pasakytina apie ant anglių lašančių riebalų suanglėjimo produktus. Tai apima benzo [a] pireną ir kitus poliaromatinius angliavandenilius.

Kita kancerogenų klasė, atsirandanti suanglėjus mėsai, yra heterocikliniai aminai. Šios medžiagos gali sudaryti kompleksus su DNR ir paveikti gyvybinę ląstelių veiklą. Vienas tyrimas netgi nustatė, kad su maistu gaunamas benzo [a] pireno vartojimas ir gaubtinės ir tiesiosios žarnos adenomos rizika sieja dažną rūkytos arba ant grotelių keptos mėsos vartojimą su tam tikromis vėžio formomis. Atitinkamai, rekomenduojama kiek įmanoma sumažinti tokių medžiagų naudojimą. Tačiau marinavimas gali padėti ir čia.

Yra keletas portugalų ir ispanų chemikų tyrimų, kurie rodo, kad tam tikros rūšies marinatai sumažina šių kancerogenų susidarymo tikimybę. Pavyzdžiui, marinavimas tamsiame aluje iš dalies slopina alaus marinatų poveikį policiklinių aromatinių angliavandenilių susidarymui ant grotelių keptoje kiaulienoje, poliaromatinių angliavandenilių susidarymą ir, siekiant sumažinti susidarančių heterociklinių aminų dalį, marinatus vyno, alaus arba reikėtų rinktis net tuos, kuriuose yra arbatos. Apskritai, marinatų poveikis poliaromatinių angliavandenilių susidarymui apskritai vis dar nėra gerai suprantamas. Kiti galimi inhibitoriai yra svogūnai, česnakai, prieskoniai ir citrinos rūgšties marinuoti agurkai.

Kepimas

Marinavimas dėl daugumos baltymų denatūravimo žymiai pagreitina gaminimo procesą. Taip išvengiama ilgalaikio karščio poveikio ir per daug vandens išgaravimo. Kartu su baltymų denatūravimo pagreitėjimu, kepant ant anglių, mėsoje prasideda ir daugelis kitų cheminių procesų.

Pirmasis iš jų yra gerai žinoma Maillard reakcija. Būtent ji yra atsakinga už stipraus kvapo organinių medžiagų, kurios kepamai mėsai suteikia ypatingą kvapą, susidarymą. Į šią reakciją patenka mėsoje ir cukruje esančios aminorūgštys. Dėl to susidaro sudėtingi heterocikliniai junginiai, furano, tiofeno, alkilpiridinų ir pirazinų dariniai.

Kiekvienos mėsos rūšies specifinis skonio profilis yra skirtingas, jį lemia tūkstančių kepant susidarančių aromatinių medžiagų koncentracijų santykis. Kepant vištieną ir kiaulieną, svarbų vaidmenį aromate vaidina cisteino kondensacijos produktai su cukrumi, tokie kaip 2-metil-3-furanetiolis ir jo dimeras, taip pat 2-furilmetantiolis.

Žinoma, su cukrumi reaguoja ir kitos aminorūgštys. Pavyzdžiui, metioninas sąveikauja su cukrumi ir skyla į metionalą – medžiagą, kuri kvepia keptomis bulvėmis.

Akivaizdu, kad baltymų ir cukraus yra ne tik mėsoje. Todėl Maillardo reakcija turi įtakos ir kitų patiekalų aromatui. Pavyzdžiui, kepiniai (ir kai kurios ryžių rūšys) kvepia 2-acetilpirolinu – prolino ir cukraus reakcijos produktu. Mažais kiekiais šios medžiagos yra ir keptoje mėsoje.

Antrasis cheminis procesas yra riebalų suanglėjimas. Riebalai yra glicerolio ir organinių riebalų rūgščių, tokių kaip stearino, palmitino ir kt., esteriai. Termiškai apdorojus, jie chemiškai paverčiami aldehidais, tokiais kaip heksadekanalas, heksanalas ir kt. Įdomu tai, kad jautienos kepsninėje yra daugiau aldehidų nei vištienoje ir kiaulienoje, todėl jų skonis skiriasi. O būdingas avienos kvapas atsiranda dėl 4-metiloktano ir 4-metilnonano rūgščių.

Trečiasis procesas yra reakcija tarp riebalų karbonizacijos produktų ir Maillardo reakcijos produktų. Tai visų rūšių alkantioliai, alkilpiridinai, tiofenų alkilo dariniai, piroliai, tiopiranai, tiazolai ir kt. Juose esanti alkilo dalis susidaro iš riebalinio komponento, o heterociklinė – iš Mayar komponento.

Be to, kepant mėsą vyksta ir kitos reakcijos, susijusios su aminorūgštimis. Taigi terminio apdorojimo metu cisteinas ir glutationas sudaro tritiolanus ir ditiazinus, kurie taip pat labai prisideda prie kvapo.

Skonį ir aromatą kebabams suteikia ne tik aminorūgščių, cukrų ir riebalų skilimo produktai, bet ir anglies degimo produktai. Iš jų verta išskirti siringolį (jo pavadinimas, beje, kilęs iš lotyniško alyvinės pavadinimo Syringa vulgaris) ir gvajakolį – jie susidaro skaidant ligniną, celiuliozės molekulių rišiklį medienoje. Šios medžiagos suteikia kebabui (arba šašlykui) būdingą dūmų kvapą.

Dešimtys techninių gaminimo proceso detalių įtakoja aromatinių medžiagų santykį gatavame kebabe: temperatūra, kepimo trukmė, anglies, mėsos, marinato, marinavimo laikas. Ir tai puiki galimybė, apsiginklavus moksliniu metodu, pačiam susirasti savo optimalų kepsninės receptą ir, galbūt, net parašyti apie tai mokslinį straipsnį – su ypač sultingu eksperimentinės dalies aprašymu.