Примечание Wild_Katze: Особо рекомендую прочитать это любителям запугивать нас ужасами и вредом для нашего организма от "химии" и "ненатуральных продуктов" в нашей пище. Эта статья еще пригодится школьникам, изучающим биологию и химию.

Источник журнал "Химия и жизнь" 2014 год, №7 https://studfile.net/preview/1715134/page:4/

Автор А.А.Бондарев

Я поймал свою долю и чуть не закричал: кусок был горячий. Я перебрасывал его с руки на руку, дул на него, он так просился в рот, но рот боялся. Другие визжали и хохотали. А Большая Женщина крутила над огнем уже другой кусок.
Я осторожно лизнул коричневое мясо, потом откусил и прожевал. Еще откусил, еще и еще. И не заметил, как проглотил все. Я не понял, вкусно ли оно, но не мог сдержать дрожи — до того хотелось еще коричневого мяса.

Геннадий Николаев. Белый камень Эрдени


Тепловая обработка пищи запускает в ней сложнейшие химические превращения. Большинство кулинаров и не догадываются, какие мудреные реакции они контролируют, управляя температурой, временем и кислотностью среды. Но так или иначе, характерный аромат готовой пищи всегда свидетельствует о том, что в ней произошло нечто интересное для химиков. В приготовленной пище резко повышается количество пахучих веществ: по сравнению с сырым мясом в жареном на порядок больше различных соединений и даже классов веществ, например, в сыром мясе нет фуранов, лактонов и многих других. Пусть не все из них присутствуют в таких концентрациях, что мы можем их почувствовать, — все равно запах готового блюда всегда будет сильнее и разнообразнее, чем у исходных продуктов. А главное — привлекательней.

Попробуем рассказать о некоторых основных химических реакциях, имеющих отношение к тепловой обработке пищи, и аппетитно пахнущих веществах, которые при этом образуются.

Вкусный коричневый

Самые известные реакции – это те, при которых образуются коричневые продукты (или реакции меланоидинообразования), а точнее, реакции Майяра и карамелизации (см. «Химию и жизнь», 2012, № 2). Название говорит само за себя: продукты данных реакций окрашены в темный цвет, их называют меланоидинами («мелас» по-гречески «черный, темный»). Часть продуктов реакции летуча, и именно они интересны с гастрономической точки зрения.

Реакция Майяра — это целый комплекс превращений, которые происходят при взаимодействии сахаров и азотсодержащих соединений. В пищевых продуктах, что неудивительно, практически всегда достаточно много и тех, и других. Сахара — это чаще всего глюкоза и фруктоза, а также пентозы нуклеиновых кислот. Азотосодержащие компоненты — это в первую очередь свободные аминокислоты. Поскольку они отличаются своими радикальными группами, то в зависимости от типа аминокислоты получаются различные ароматические продукты, причем их очень много — счет идет на сотни. Именно соединения, образующиеся в реакции Майяра, отвечают за аромат многих любимых нами продуктов: жареного мяса и лука, черного кофе, румяной корочки хлеба или пирожка.

Про некоторые соединения можно сказать, что они имеют характерный аромат того или иного продукта, но чаще одно и тоже вещество участвует во многих ароматах, а запахи любимых продуктов определяются несколькими компонентами. Например, пахнущий жареным кофе 2-фурфурилтиол (рис. 1) также входит в аромат ржаного хлеба и пшеничных тостов. За соблазнительные запахи жареного, например мясного стейка и картофеля фри, отвечают гетероциклические соединения с атомами азота (пиридины, алкил- и алкенилпиразины). В частности, это 2,3,5-триметилпиразин (рис. 2) и 3-этил-2,5-диметилпиразин.



Запеченное или жареное мясо — наверное, самый характерный пример ароматных продуктов реакции Майяра. Оно благоухает 2-метил-3-фурантиолом, 2-ацетил-2-тиазолином, 4-гидрокси-2,5-диметил-3-фураноном, 2-этил-3,5-диметилпиразиномиметионалем — эти вещества считают самыми характерными ароматическими соединениями жареного мяса. Впрочем, если взять каждое соединение в отдельности, то мы убедимся, что метиональ также пахнет запеченными овощами и картофелем, а 2-метил-3-фурантиол имеет скорее просто мясной аромат, а не именно жареного мяса. А вот запах быстро поджаренного мяса определяется 2-ацетил-2-тиазолином (рис. 3): его концентрация максимальна при очень высокой температуре, но если продолжать тепловую обработку, то она будет падать. Продуктами реакции Майяра могут быть не только гетероциклические соединения, но и кетоны, например 2,3-бутандион (или диацетил) — соединение с ароматом сливочного масла.



Даже люди, далекие от химии, используют в быту термин «карамелизация». Но часто так называют не истинную карамелизацию, а реакцию Майяра. Например, в карамелизованном луке, медленно обжаренном на масле, происходит реакция Майяра (а не карамелизации), так же, как и в запеченном куске мяса, смазанном сладким соусом. Истинная карамелизация — это распад сахаров под действием повышенных температур (более 160°С). Классический пример и типичный аромат — естественно, карамель. Вещества, образующиеся при карамелизации, пахнут жженым сахаром. Надо отметить, что многие из них содержатся в тех же блюдах, что и вещества, образующиеся в реакции Майяра. Поэтому различить эти две реакции и то, что в них получается, очень непросто.

Так, мальтол (рис. 4) с ароматом сахарной ваты, помимо карамели, содержится также в кофе, какао, обжаренном солоде и хлебной корочке. Циклотен (рис. 5) придает аромат кленовому сиропу (сгущенный сок клена) и опять же содержится в кофе, какао, солоде и других жареных продуктах.



Один из продуктов реакции Майяра дает нам неожиданный пример пересечения ароматов, созданных природой и человеком. Это 4-гидрокси-2,5- диметил-3-фуранон (фуранеол) — обязательный компонент запаха земляники и ананаса. Чем его больше, тем более спелым кажется фрукт и тем сильнее земляничный аромат. Но разумеется, фуранеол в этих растениях образуется в результате совсем других реакций. Еще один пример такого пересечения — 2-ацетил-1-пирролин (рис. 6). Это вещество с ароматом попкорна — характерный компонент запаха корочки свежеиспеченного хлеба. В растительных продуктах оно отвечает за запах ароматных сортов риса (басмати, жасмин и др.), им же пахнут листья дерева пандан, используемые как ароматический компонент в кухне Юго-Восточной Азии. В рисе и листьях пандана 2-ацетил-1-пирролин тоже образуется не в результате реакции Майяра, а совершенно другим биохимическим путем.



Еще один продукт реакций Майяра и карамелизации — сотолон. Иногда говорят, что он пахнет карри, поскольку именно сотолон содержится в ароматной траве фенугреке, или пажитнике (Trigonella foenum-graecum), почти полностью отвечая за его аромат, а это — важный компонент смеси специй карри. Сотолон есть в грецких орехах, в коричневом сахаре, а еще он со временем образуется в хересных винах в результате их ферментативного потемнения.

Интересно, что реакция Майяра, в отличие от карамелизации, может происходить и при невысоких температурах. Для этого нужны только достаточная концентрация реагентов и длительное время. Например, молоко: в нем много и сахаров (лактозы), и белковых соединений (Примечание Wild_Katze: В сыром коровьем молоке содержится мало белков и сахаров, но в сгущенном молоке с добавкой сахара содержится в 2 раза больше белков и почти в 12 раз больше сахаров). Неудивительно, что в нем хорошо идет реакция Майяра даже при температурах ниже 100°С, позволяя получать такие вкусные продукты, как топленое молоко, ряженку, вареную сгущенку. Аналогичная реакция в сухом молоке может протекать и при комнатной температуре, если оно долго хранится.

Мы добрались до бульона. Здесь также не должно быть иллюзий: его аромат формируют не только экстрагированные из мяса вещества, но и реакция Майяра между этими веществами, которая происходит при температуре ниже 100°С. Особенно заметны продукты реакции Майяра, когда бульон выпаривают, чтобы получить его концентрат и, например, приготовить из него классический соус. Из химических соединений нужно отметить уже упоминавшийся 2-метил-3-фурантиол (рис. 7) — с ароматом мясного бульона и отварной говядины. Это же соединение может образовываться в другой химической реакции — распаде тиамина (витамина B1).



Предполагают, что за благородные нотки табака, кожи и дыма в выдержанном вине и шампанском тоже может быть ответственна реакция Майяра. Правда, выдержка происходит при температурах ниже комнатной, но зато в течение многих лет.

Ароматы пиролиза

Пиролиз, то есть разложение соединений под действием температуры, — еще один тип химических реакций, происходящих при готовке. В формировании запаха мяса и бульона ключевую роль играют продукты пиролиза жирных кислот, причем именно эти соединения в основном характеризуют, например, отличия между курицей и бараниной. Так, (2E,4Z)-2,4-декадиеналь (рис. 8) имеет аромат куриного жира и жареной курицы, 12-метилтридеканаль пахнет говяжьим жиром, а 4-метилтиобутаналь — бараньим. Метильная группа в другом положении (3-метилтиобутаналь) — и это уже жареный картофель. Впрочем, некоторые специалисты отмечают, что (2E,4Z)-2,4-декадиеналь имеет универсальный запах фритюра, и это еще раз показывает, как непросто изобразить химическими формулами результаты кулинарных опытов.



Надо отметить, что реакции на этом не останавливаются: продукты термического распада жиров взаимодействуют дальше с гетероциклическими соединениями — продуктами реакции Майяра, образуя алкилзамещенные гетероциклы, пахнущие жиром, салом и зеленью (в целом не самые приятные для нашего обоняния запахи).

Самые известные продукты пиролиза в еде — конечно, продукты пиролиза древесины, запахи дыма и костра. Нельзя сказать, что копчение в целом — это тепловая обработка пищи, поскольку существует и технология холодного копчения. Но зато все продукты горячего копчения и барбекю насыщаются приятными ароматами дыма. С точки зрения химиков, это преимущественно фенольные соединения — гваякол, ванилин и 4-винилгваякол. Кстати, эти же компоненты могут образовываться и в самой пище во время тепловой обработки — при распаде феруловой кислоты, которая содержится в кофейных зернах и во многих злаковых. Так что неудивительно найти дымные нотки гваякола в поджаренном кофе.

Если чуть-чуть зазеваться, то тепловая обработка зайдет слишком далеко и мы получим пригоревшую еду. Нам это не понравится, поскольку большинство образующихся при этом соединений имеет горький вкус. Вкусно, только когда концентрация продуктов пиролиза невелика и они летучи — в этом случае они добавляют приятные ароматы, но если горькие соединения преобладают, можно считать, что блюдо пропало.

Отдельно нужно выделить реакцию Штреккера, которую обычно рассматривают как одну из стадий реакции Майяра. Для аромата блюда она очень важна. Это реакция аминокислот с дикарбонильными соединениями при высокой температуре, с дальнейшими превращениями продуктов реакции. Реакция Штреккера поставляет гетероциклические соединения с атомами азота и серы, многие из которых мы уже описывали (пиразины, пиридины, тиолы). А еще в процессе этой реакции образуются по-разному пахнущие альдегиды Штреккера. Это и уже встречавшийся нам метиональ (рис. 9) с запахом печеных овощей, и 2-метилбутаналь с солодовым ароматом, и фенилацетальдегид с цветочно-медовым.



Интересно отметить следующий эмпирический факт: структура, изображенная на рис. 10 (енольная группа, сопряженная с карбоксильной), ощущается как запах жженого сахара, а структура на рис. 11 — как запахи жареного. Можно ли это объяснить особенностями устройства нашей обонятельной системы, пока не очень понятно (см. статью «Сенсоры вкуса», «Химия и жизнь», 2014, № 1).



Жареные канцерогены

Для формирования ароматов достаточно небольших концентраций веществ, и они не сказываются на организме в целом. Можно даже сказать, что они полезны, — повышают аппетит и секрецию желудочного сока. Но при нагревании продуктов, варке и жарке образуются также опасные вещества — канцерогены, которые привлекают пристальное внимание исследователей. Особенно подозрительны две группы веществ, образующихся в процессе реакции Майяра и пиролиза, — акриламид и свыше 20 соединений, относящихся к гетероциклическим ароматическим аминам (в частности, имидазохинолины).

Канцерогенность и мутагенность акриламида (рис. 12) исследована на мышах достаточно подробно, поэтому Международное агентство по изучению рака (IARC) включило его в список «Вероятные канцерогены для человека». С другой стороны, пока нет достаточной статистики по его воздействию на людей, поэтому давать научно обоснованные диетологические рекомендации еще рано. К тому же канцерогенность для мышей еще не означает опасности для человека. Да и немного его в пище — во всех лабораторных исследованиях мыши получали значительно более высокие дозы акриламида, чем мы можем получить из жареных и копченых продуктов.



Некоторые вещества подозревают и в токсичных свойствах, например 4-метилимидазол. Он образуется в ходе реакции Майяра в карамельном красителе, который входит в состав кока-колы и пепси-колы.

Насколько вредными в действительности окажутся жареные продукты, покажут дальнейшие исследования. Но пока нет веских причин отказываться ни от соуса с карамелизованным луком (на самом деле, как мы установили, «майяризованным»), ни от обыкновенного шашлычка.