Наука и кулинария. Физика еды. От повседневной до высокой кухни - Дэвид Вейтц

часто засыпают солью, чтобы не дать дождю и снегу смерзнуться. Разбрасываемая соль понижает точку застывания настолько, что проезжая часть и тротуары не покрываются льдом и не становятся скользкими.

Вот в чем фокус: в рецепт мороженого нужно добавить достаточно соли, чтобы точка застывания смеси воды и соли стала ниже, чем и без того низкая точка застывания смеси для мороженого. В данном случае нам везет: величина точки застывания зависит от количества молекул, добавленных в воду. Чем больше молекул, тем ниже точка застывания. Метод работает, потому что в каждой молекуле соли два иона – по одному иону натрия и хлора, – а у сахара всего одна молекула. Соль побеждает, и у вас получается мороженое: приятного аппетита!

Нагрев белков

Мы уже увидели, какую важную роль вода, углеводы и жир играют в фазовом превращении пищи. Теперь давайте рассмотрим последние из основных молекул пищи: белки. Можно утверждать, что белки – самые важные молекулы для жизни. Они – те машины, которые заставляют наш организм работать: белки помогают переваривать пищу, переносят сигналы в мозг и даже помогают легким метаболизировать кислород. Каждая клеточка нашего тела набита белками, которые заставляют клетки делиться, расти и делать все то, что необходимо, чтобы оно жило и здравствовало.

При нагревании, сильно превышающем комфортную для белков температуру, они перестают работать. Некоторые из них можно нагревать сильнее прочих: например, белки арктических пингвинов переносят жару гораздо хуже белков пустынных кактусов.

Белки не только важны для функционирования живого: пища, которую мы едим, также получается из живого. Это относится ко всем – веганам, вегетарианцам и мясоедам. Может, веганам и неприятно будет это услышать, но первое, что происходит при нагревании живой материи, которую мы едим, – как животного, так и растительного происхождения, – мы ее убиваем. Более того, смерть жизненно важна для безопасности еды. До тепловой обработки продукты полны микроорганизмов – бактерий и грибков, – часть из которых есть вредно. Очень небольшого количества тепла достаточно, чтобы работа белков внутри этих микроорганизмов дала сбой и микробы погибли. Если эти микробы не убить, они могут вызвать у нас болезнь, а со временем способствовать порче, а потом и гниению продукта. Большинство микроорганизмов живут и благополучно размножаются в диапазоне температур, начиная с чуть выше ноля и заканчивая примерно 50 °C. Это объясняет, почему пища, оставленная при комфортной комнатной температуре 25 °C, относительно быстро портится. Этим же объясняется и то, почему бактерии и грибки прекрасно себя чувствуют при температуре тела 37 °C – приятно теплой среде для микроба. Температура нашего тела обеспечивает выживание как полезных микробов, живущих у нас в кишечнике, так и вредных, которые вызывают заболевание. При температурах ниже этого диапазона холод не дает микробам выживать и расти. Вот почему холодильники и морозильники столь эффективны для хранения продуктов: чем ниже температура, тем медленнее могут расти микробы и тем дольше может храниться еда.

Когда температура всего на несколько градусов превышает 50 °C, работа белков, которые участвуют в основных химических реакциях, дает сбой, и организм погибает. Почему это происходит? Представьте себе молекулы белков. Это длинные цепочки аминокислот, которые свернуты в высокоспецифичные трехмерные структуры. Когда вы увеличиваете нагрев, тепловая энергия заставляет белок извиваться. Из-за такого движения белок растягивается и двигается во все стороны, и в конце концов часть связей, удерживающих эту конструкцию, рвется и белок начинает терять свою структуру или разворачиваться. Этот процесс можно увидеть на рисунке 5. На первый взгляд изменение структуры может показаться незначительным, почти незаметным. Однако, будь вы живым организмом, зависимым от работы этого белка, вы это определенно заметили бы, потому что белок больше не выполнял бы свою основную клеточную функцию и вы бы умерли.

Большинство белков теряют способность функционировать при температурах намного более низких, чем те, что нужны, чтобы продукт считался «приготовленным». Это вполне понятно: чтобы микроб был убит, достаточно только чуть-чуть повредить его белки – намного меньше, чем при полном приготовлении какого-то блюда. Крошечное, но важное различие между этими двумя этапами – несколько чуть развернувшихся белков или же множество полностью развернувшихся – это то, что в пищевой промышленности успешно используется при пастеризации. Большинство технологий пастеризации заключается в нагреве только до такой степени, чтобы микробы погибли, а продукт не изменился. Для этого обычно требуется поддерживать определенную температуру в течение некоторого времени. Чем выше температура, тем короче время нагрева. Например, вы могли бы идеально пастеризовать яйцо у себя на кухне, нагревая его на водяной бане при 57 °C в течение двух часов. Когда вы разобьете это яйцо, белок и желток будут выглядеть совершенно сырыми, но любые микробы, которые могли в них находиться, будут убиты, и такое яйцо можно смело есть. При более высоких температурах пастеризация происходит почти мгновенно. Например, технология пастеризации молока, рекомендованная Национальным советом по молочным продуктам США, требует нагрева до 89 °C на 1 секунду, а затем до 100 °C (температуры кипения воды) всего на 0,01 секунды.

РИСУНОК 5

Белки – очень сложные молекулы. Они состоят из длинных цепочек аминокислот. Хотя ученым довольно легко удается определить, какие аминокислоты входят в какие белки, во многих случаях по-прежнему остается непонятным, как именно белки свернуты. Порядок аминокислот может влиять на то, какие именно части белка могут сворачиваться, а свертывание, в свою очередь, влияет на то, как белок функционирует в организме. На рисунке показано свернутое состояние яичного альбумина (слева). Белок яичного альбумина состоит в основном из повторяющихся структур основной цепи (на рисунке окрашены фиолетовым цветом) и неповторяющихся сегментов, распределенных между ними (на изображении – тонкие линии). На левом изображении белок находится в своем естественном свернутом виде. Справа – модель того, что происходит при нагреве и денатурации белка.

Изображение предоставлено Грегори Вердином и Квангхо Намом

Таким образом, даже при относительно небольшом нагреве мы можем убивать микробы и пастеризовать продукты. Это поистине фантастический и потенциально сохраняющий жизни результат, по крайней мере для людей, но, конечно, не единственная причина, по которой мы готовим еду с помощью нагрева. Что произойдет, если мы поднимем температуру еще выше?

При более сильном нагреве белки, чья структура была только чуть нарушена, разворачиваются еще сильнее. На самом деле они настолько меняются, что вы наблюдаете эти изменения невооруженным глазом. Конечно, невозможно увидеть отдельную молекулу белка, но заметно, что что-то произошло: цвет и текстура продукта преобразились! Яйца из прозрачных становятся белыми, из жидких – твердыми. Сырой стейк из розового становится коричневым, из нежного – плотным. Белки