Від кулінарії — до кулинохімії

Навчання 26 серпня 2022 Перегляди: 67

Знущання приготування їжі перебувало під заступництвом грецької богині Кулини, ім’я якої дало назву кулінарії — мистецтву створення страв. Спілка цього мистецтва і хімії сприяла народженню нової галузі науки — кулинохімії.

«Ніхто не зробив так багато для поліпшення умов життя людей, як хіміки», — справедливо стверджував нобелівський лауреат Гарольд Крото. Але, незважаючи на неоціненну користь, яку хімія приносить людству, у світі процвітає хемофобія — острах хімії. Парадокс полягає ще й у тому, що кожен з людей, які живуть на землі, — в тій чи іншій мірі хімік. Наприклад, коли проводить генеральне прибирання, затіває прання або бавовниться на кухні.

Справді, сучасна кухня багато в чому нагадує хімічну лабораторію. З тією лише різницею, що кухонні полиці зайняті баночками, наповненими всілякими крупами і спеціями, а лабораторні — втомлені склянками з не призначеними для їжі реактивами. Замість хімічних назв «хлорид натрію» або «цукрозу» на кухні звучать більш звичні слова «сіль» і «цукор». Приготування страви за кулінарним рецептом можна порівняти з методикою проведення хімічного експерименту.

Безсумнівно, крім необхідних інгредієнтів шеф-кухар вкладає в кожну страву і свою душу. При цьому неважливо, дотримується він класичних традицій або надає перевагу імпровізації. Все це робить кулінарію особливим видом мистецтва і одночасно зближує з хімічною наукою.

У 1899 році французький художник Жан Марк Коте випустив серію листівок, на яких спробував уявити життя своїх співвітчизників через сто років. На одній з ілюстрацій він передбачив появу сучасної кухні молекулярної гастрономії та створення штучної їжі

«Кухонна хімія» зародилася давно. У XVIII-XIX століттях вивченням проблем, так чи інакше пов’язаних з їжею, всерйоз займалися багато відомих вчених, і насамперед французькі хіміки (чи не тому французька кухня вважається однією з найбільш витончених у світі?). Засновник сучасної хімії Антуан Лоран Лавуазьє виявив залежність якості м’ясного бульйону від його щільності. Він же, проводячи термохімічні дослідження, дійшов висновку про важливість дотримання балансу калорій, що споживаються людиною з їжею і витрачаються нею при фізичній активності. Його співвітчизник Антуан Огюст Пармантьє став одним з основоположників школи хлібопечення, агітував за використання цукру, отриманого з буряка, винограду та інших овочів і фруктів, запропонував способи консервації продуктів харчування. Інший французький вчений, Мішель Шеврель, встановив склад і будову жирів. Захопившись аналізом м’ясного соку, видатний німецький хімік Юстус фон Лібіх винайшов так званий м’ясний екстракт, який доживв до наших днів під ім’ям «бульйонні кубики». Він також розробив молочні суміші — попередники сучасного дитячого харчування. Нарешті, знаменитий французький хімік Марселен Бертло експериментально довів можливість синтезу природних жирів з гліцерину і жирних карбонових кислот. Він вважав, що в недалекому майбутньому хімія позбавить людину від важкої сільськогосподарської праці, замінивши звичні хліб, м’ясо та овочі спеціальними таблетками. У їх складі будуть всі необхідні компоненти — азовмісні речовини (насамперед, амінокислоти і білки), жири, цукру і трохи приправ. Яке ж нудне життя почнеться, коли, промовляючи на урочистому прийомі тост, замість келиха з ігристим шампанським доведеться тримати в руках пігулку!

Італійська етикетка м’ясного екстракту Лібіха (1900 р.)

Дійсно, за минулі десятиліття хімія чималою мірою змінила асортимент «скатертини-самобранки» людини. На початку XX століття, коли хімічна наука переживала справжній бум, Володимир Маяковський стверджував, що вона зможе створити навіть штучну їжу:

Завод.Главвоздух.Роблять

взагалі вони

повітря

пресоване для міжупланетних

повідомлень. Так самовиробляються

з хмар штучна

сметана

і молоко.

Його передбачення виявилися пророчими: сучасні хіміки навчилися «виробляти» молоко, сир, простоквашу та інші продукти з сої, а на основі білків курячих яєць і харчового желатину півстоліття тому в Інституті елементоорганічних сполук ім. О. Н. Несмеянова вперше отримали штучну зернисту чорну ікру. Однак і сьогодні про реакції, що протікають на Сонце, ми знаємо, мабуть, більше, ніж про найскладніші процеси, які відбуваються, коли ми варимо, смажимо, гасимо або запікаємо що-небудь.

Як відомо, основними компонентами їжі людини є білки, жири, вуглеводи, вітаміни та мінеральні речовини. Більшість їх зазнає хімічні перетворення при кулінарній обробці, визначаючи структуру і смакові якості майбутнього їстівного шедевра.

Однак природу хімічних процесів людина почала розуміти відносно недавно. Як це часто буває в науці, перший крок у цьому напрямку був зроблений випадково. «Сьогодні ми можемо провести конденсацію певного цукру з будь-якою амінокислотою» — так у січні 1912 року французький лікар і хімік Луї Камілл Майяр резюмував суть свого дивовижного відкриття. Вивчаючи можливість синтезу білків при нагріванні, він отримав речовини, які, як виявилося, визначають колір і запах багатьох готових страв. Майже чотири десятиліття потому американський хімік Джон Ходж встановив механізм відкритої Майяром реакції і її роль у процесах приготування їжі. Опублікована ним у «Journal of Agricultural and Food Chemistry» робота досі є найбільш цитованою серед статей, що коли-небудь вийшли в цьому журналі.

Вчені по праву вважають реакцію Майяра однією з найцікавіших і найважливіших у хімії їжі та медицині: незважаючи на солідний вік, вона зберігає ще чимало таємниць. Досягненням у вивченні реакції Майяра було присвячено кілька міжнародних наукових форумів. Останній, одинадцятий за рахунком, відбувся у вересні 2012 року у Франції.

Строго кажучи, реакція Майяра — це не одна, а цілий комплекс послідовних і паралельних процесів, що відбуваються при варінні, смаженні і випічці. Каскад перетворень починається конденсацією відновлювальних цукрів (до них належать глюкоза і фруктоза) з сполуками, молекули яких містять первинну аміногрупу (амінокислоти, пептиди і білки). Продукти реакції, що утворюються, зазнають подальших перетворень при взаємодії з іншими компонентами їжі, даючи суміш різноманітних сполук — ациклічних, гетероциклічних, полімерних, які і відповідають за запах, смак і колір напівфабрикатів, що зазнали термічної обробки. Зрозуміло, що залежно від умов протікають різні реакції, що призводять до різних кінцевих продуктів. У реакції Майяра утворюються як інтенсивно пофарбовані, так і безбарвні продукти, які можуть бути смачними і ароматними або, навпаки, прогорклими і неприємно пахнучими, бути як антиоксидантами, так і отрутою. Таким чином, реакція Майяра може підвищувати поживну цінність їжі, але може і робити її небезпечною для вживання.

Гриби, обсмажені на оливковій олії: ліворуч — на відкритій сковороді, праворуч — під час завадження під кришкою. Фото з сайту zapisnayaknigka.ru.

Будь-яка господиня знає, що колір страви суттєво залежить від того, як вона готувалася, іншими словами — від умов проведення реакції Майяра. Наприклад, якщо гриби обсмажити в оливковій олії на відкритій сковороді, то вони придбають апетитний золотистий відтінок. Якщо ж їх готувати при перешкоджанні під кришкою, що міститься в грибах волога не дозволить їм підрум’янитися.

Чудовий аромат кави створюється букетом більше тисячі запашних речовин. Порушувальна дія цього напою пов’язана з присутністю кофеїну, формула якого зображена на чашці.

Відомий цікавий психологічний експеримент, коли стіл, втомлений апетитними закусками, висвітлили так, що кольори останніх змінилися до невпізнання: м’ясо придбало сірий відтінок, салат став фіолетовим, а молоко — фіолетово-червоним. Учасники експерименту, які щойно відчували рясний слиновиділення в передчутті розкішної трапези, були не в силах навіть спробувати настільки незвично пофарбовану їжу. Той же, чия цікавість пересилила неприязнь і хто все-таки наважився покуштувати частування, відчував себе кепсько.

Про роль запаху в привабливості страви знає кожен, у кого хоча б одного разу закладало ніс: їжа в цей момент здається абсолютно несмачною. Як правило, за запах тієї чи іншої страви відповідає набір з’єднань. Так, чудовий аромат кави являє собою букет більше тисячі (!) запашних речовин. А запах свіжоспеченого хліба формують близько двохсот компонентів, що належать до різних класів органічних сполук. Серед них спирти, альдегіди, кетони, складні ефіри, карбонові кислоти. Тільки останніх в ньому не один десяток: мурахова, оцтова, пропіонова, олійна, валер’яна, гексанова, октанова, додеканова, бензойна…

Хоча єдиної теорії ароматів досі не створено, хіміки встановили, що навіть незначна модифікація структури молекули здатна іноді істотно змінити запах речовини. Найбільш яскраві приклади подібного роду, що мають відношення до їжі, — терпеновий вуглеводень лимонний і його кисневмісне похідне карвон. Так, (R) — і (S) — лимонени, що розрізняються тільки просторовим розташуванням заступників, мають апельсиновий і лимонний аромат відповідно. Оптичні ізомери карвона також пахнуть по-різному: один з них, (S) -карвон, має запах тмину і кропу, а його антипод пахне гостролистою м’ятою. Хоча, звичайно, правильніше говорити, що запах всіх цих фруктів і рослин обумовлений присутністю згаданих сполук.

Формули, що демонструють залежність запаху від незначних змін у структурі з’єднання. (R) — і (S) — лімонени мають відповідно апельсиновий і лимонний аромат. У (R) -карвона — запах гостролистої м’яти, у (S) -карвона — тмина і укропу.

Очевидно, що, «граючи» з запахами, хіміки можуть змусити будь-яку страву джерелити неповторний аромат. Наприклад, при змішуванні двох частин (R) — карвона і трьох частин бутанону запах м’яти зникає, поступаючись місцем… тминному аромату.

Зі смаком теж все не так просто. Відомі речовини, що мають «кілька смаків». Наприклад, бензоат натрію комусь здається солодкуватим, комусь кислим, у когось після дегустації в роті залишається гіркота, а деякі взагалі знаходять його несмачним. Розповідають, що якийсь хімік любив пожартувати, пропонуючи своїм гостям спробувати розчин цієї солі (досі солідні компанії та підприємства харчової промисловості використовують її як консерванта). На радість господаря, після дегустації цього частування між гостями розгоралася перебранка: кожен намагався довести, що його відчуття від напою — найвірніші.

Чверть століття тому з’явилася приваблива ідея розділити той чи інший продукт на складові його компоненти, а потім скласти з них страву з оригінальним букетом смаків і запахів. Так народилася наукова дисципліна, що отримала назву «молекулярна гастрономія». Її засновниками вважаються професор фізики Оксфордського університету Ніколас Курті і французький фізикохімік Ерве Тіс. Основні цілі нової науки Е. Тіс виклав у дисертації «Молекулярна і фізична гастрономія», яку успішно захистив у 1995 році в Університеті П’єра і Марії Кюрі. Серед членів журі з присудження йому наукового ступеня були нобелівські лауреати Жан-Марі Лен (премія з хімії 1987 року) і П’єр-Жиль де Жен (премія з фізики 1991 року). Фундаментальне завдання молекулярної гастрономії її творці бачили в дослідженні різних процесів, що відбуваються при кулінарній обробці харчових продуктів, і застосуванні отриманих результатів для приготування оригінальних яств. Іншими словами, пропонували підійти до кулінарії з наукової точки зору.

Методи обробки та консервації продуктів, що застосовуються в молекулярній гастрономічній хімії, помітно відрізняються від звичних. Одним з вражаючих результатів синтезу кулінарії і природничих наук став низькотемпceний спосіб приготування м’ясних страв. Виявилося, що саме соковите і ніжне м’ясо виходить при 55 ° С. Більш висока температура сприяє інтенсивному випаровуванню води і руйнуванню м’ясного соку. Знання фізико-хімічних властивостей харчових продуктів дозволяє замінювати один інгредієнт іншим. Так, при приготуванні крутого заварного крему замість курячого білка, який, як відомо, є алергеном, можна з успіхом використовувати агар-агар. Ця суміш полісахаридів, що видобувається з червоних і бурих морських водоростей, — ефективний природний піноутворювач.

У 1992 році в Італії пройшов перший Міжнародний семінар з молекулярної та фізичної гастрономії. Відтоді зустрічі прихильників цієї науки стали регулярними. На них збираються вчені, дієтологи, кухарі і ресторатори, зацікавлені у використанні нових технологій для досягнення балансу смаків, близького до ідеального, і створення справжніх кулінарних шедеврів.

Не так давно престижні європейські ресторани відкрили у себе спеціальні кулінарні лабораторії. Передбачається, що до 2014 року в Іспанії відчинить двері перша в світі Академія гастрономічних наук. Проте вже сьогодні в деяких університетах і коледжах світу почали готувати бакалаврів кулінології. Нова дисципліна об’єднує кулінарне мистецтво і науку про продукти харчування та технології їх переробки. Можливо, з часом кулінологія виллється в новий розділ органічної або харчової хімії.

Незважаючи на досить активну піар-кампанію в пресі, ідеї молекулярної гастрономії не стали поки модним трендом сучасної кулінарії: більшість шеф-кухарів (не кажучи вже про домашніх господинь) як і раніше готують за відомими рецептами, що передаються від кухаря до учня, не вдаючись до допомоги хімії та фізики для поліпшення вже існуючих фірмових страв або розробки нових рецептур.

Втім, хіміки не тільки краще за інших розбираються в процесах, що відбуваються при приготуванні їжі, але і, як правило, гурмани і майстерні кулінари. Так, основоположник хімічної термодинаміки Джозайя Гіббс захоплювався приготуванням салатів, які вдавалися йому краще, ніж будь-кому з його домочадців. Приготовані вченим апетитні шматки називалися нехитро: «гетерогенні рівноваги».

Звичайно, запитань про те, що відбувається з поживними речовинами при нагріванні в каструлі і на сковорідці, поки залишається багато. Розуміння цих процесів необхідне не тільки для традиційної кухні, а й для розвитку нових технологій приготування їжі.

Господині — на замітку

У 2009 році у видавництві Wiley VCH побачила світ книга «Що стряпають у хімії: як провідні хіміки досягають успіху на кухні «, в якій відомі хіміки світу (в тому числі і нобелівські лауреати) поділилися своїми досягненнями на» науковій кухні «і рецептами улюблених страв кухні домашньої. Професор Геттінгенського університету Армін де Майєре — один з тих, хто, прийшовши додому, не проти змінити лабораторний халат на кухонний фартук. Галузь його наукових інтересів — хімія похідних циклопропану — оригінальних сполук, які лише на перший погляд здаються простими. З читачами книги він поділився рецептом, що зберігся у нього ще зі студентської лави. Він зізнавався, що стравою, приготованою за цим рецептом у травні 1960 року, йому вдалося здивувати свою подругу Уте Фітцнер, яка чотири роки потому стала його дружиною. Ось цей рецепт. Для приготування трапези на чотири персони потрібно: 600 г м’ясного фаршу (свинина: яловичина, 50:50), 4-5 цибулин середнього розміру, 100 г жирного бекону, 50 г томатної пасти або 50-100 г кетчупу, 400 г спагетті, сіль, солодкий та гострий перець. Тонко нарізаний жирний бекон підсмажте на великій сковороді, додайте дрібно порізану цибулю і при постійному перемішуванні обсмажте її до золотистого кольору (проведіть реакцію Майяра!). Потім додайте м’ясний фарш і продовжуйте смажити, не забуваючи добре перешкоджати. Коли м «ясо буде готове, додайте томатну пасту або кетчуп. За бажанням можна використовувати також різні приправи або гострий соус. Вміст сковороди продовжуйте перемішувати, при необхідності додаючи воду, щоб вийшла кашеобразна маса. Зваріть спагеті і, не даючи їм охолонути, змішайте з отриманою м’ясною заправкою. Страву подавайте гарячим. Запропонована рецептура, можливо, один з перших прикладів комбінаторної кухні. Насправді, як і в комбінаторній хімії, змінюючи співвідношення використовуваних в рецепті інгредієнтів, можна отримувати різні страви.