Kemija na ražnju: jesu li znanstvenici dobri u kuhanju roštilja

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 03:58

Koje se kemijske transformacije događaju s kebabom u svim fazama njegove pripreme.

Priprema kebaba, s kemičarskog stajališta, složen je proces u kojem se u svakoj fazi odvija veliki broj suptilnih i međusobno povezanih reakcija. Ako mudro pristupite stvari, recept za dobar kebab bit će usporediv s pojedinim metodama organske sinteze – ili ih čak i nadmašiti. I, kao u punopravnom znanstvenom eksperimentu, u pripremi roštilja postoje mnogi detalji o kojima ovisi optimizacija procesa - a time i okus i aroma konačnog proizvoda.

Dakle, da biste skuhali kebab, morate izvršiti dva glavna koraka: marinirati meso i pržiti ga na drvenom ugljenu. Ali prvo, shvatimo što je meso – u smislu kemije.

Meso

Ono što nazivamo mesom i kupujemo u dućanu prerušeno u svinjetinu i govedinu zapravo je skeletna prugasta muskulatura životinja. Osim ako, naravno, nećemo uzeti u obzir iznutrice, poput srca, koje se ne koriste za roštilj. Uz samo mišićno tkivo, masno i vezivno tkivo, koje je uz njih, također se odnosi na meso.

Mišićno tkivo ima zanimljivu strukturu. Navikli smo na činjenicu da su stanice našeg tijela obično vrlo male, oku nevidljive. Strukturna jedinica mišića je mišićno vlakno – a to je jedna velika stanica duga nekoliko centimetara i promjera stotina mikrometara. Nastaje spajanjem tisuća drugih stanica, zbog čega u mišićnom vlaknu može biti nekoliko tisuća jezgri.

Glavno svojstvo mišićnih vlakana je sposobnost kontrakcije. Ovako mi (i druge životinje) pomičemo svoje udove – i više. To osiguravaju posebni proteini - aktin i miozin. To su izdužene molekule koje tvore dugačke snopove unutar stanica. Pod utjecajem vanjskih čimbenika (živčani impuls), ti se snopovi počinju kretati jedan prema drugome, povlačeći se prema središtu. Cijelo vlakno je podijeljeno u zasebne veze - sarkomere, pričvršćene zajedno.

Osim toga, meso sadrži velike količine proteina elastina i kolagena u vezivnom tkivu. Oni su uvelike odgovorni za mehanička svojstva mesa (žilavost i sl.). Za boju mesa zaslužan je protein mioglobin. Općenito, meso je u velikoj mjeri proteinski proizvod, ali, naravno, u njemu ima dovoljno masnih slojeva.

Kiseljenje

Meso se marinira kako bi se riješilo nekoliko problema odjednom: da bi postalo mekše, dalo dodatni okus i da bi se izvršila primarna antimikrobna obrada.

Molekule kolagena, koje određuju tvrdoću mesa, normalno tvore jaka vlakna, fibrile. Taj se sklop odvija pod utjecajem vodikovih veza – privlačenja između djelomično nabijenih (polariziranih) aminokiselinskih fragmenata. Potpuno iste veze nastaju između molekula vode – između atoma vodika jedne molekule i kisika druge molekule.

Mnoge su marinade kisele zbog prisutnosti kiselina u njima – najčešće octene (primjerice, u vinu, majonezi ili octu), limunove i mliječne kiseline. Soja umak i teriyaki umak također imaju kiseli medij - sadrže veliku količinu piroglutaminske kiseline, kao i jantarnu, limunsku, mravlju i octenu kiselinu.

To znači da u marinadama ima mnogo vodikovih kationa koji se mogu vezati za proteinske molekule i protonirati ih. Time se mijenja raspodjela naboja u molekulama i narušava se fina struktura vodikovih veza, što dovodi do promjene geometrije proteinskih molekula. Kao rezultat toga, proteini su denaturirani: kolagena i aktinska vlakna bubre, omekšaju, kolagen se postupno otapa.

Isti učinak može se postići i bez upotrebe kiselina. Na primjer, neko tropsko voće, poput papaje i ananasa, sadrži enzime koji razgrađuju elastin i kolagen u pojedinačne aminokiseline, a bakterijske i gljivične proteaze mogu na sličan način razgraditi proteine mišićnih vlakana. Postoje fizikalne metode omekšavanja mesa – držanje na pritiscima reda veličine nekoliko tisuća atmosfera, što također dovodi do denaturacije proteina.

Brzina kojom se meso marinira ovisi i o sastavu marinade. Primjerice, pokazalo se da prisutnost alkohola u marinadi ubrzava proces mariniranja. To je zbog činjenice da se lipidna membrana stanica bolje otapa u alkoholu nego u vodi. Različite pomoćne tvari, kao što su tanini u vinu i pivu, također igraju ulogu u omekšavanju mesa.

Vrijedi napomenuti da kiseljenje ne dovodi uvijek do omekšavanja mesa. U nekim situacijama prekomjerno mariniranje (u prisutnosti previše kiseline ili alkohola) gubi vodu i postaje pretvrdo. Isti učinak može se postići i prekuhavanjem mesa – tada će većina vode jednostavno “odletjeti” iz njega.

Drugi najvažniji učinak je antimikrobni. Ali za to nisu zaslužne samo kiseline, već i druge komponente marinade, poput luka. Različitim metodama uništavanja štetnih organizama u mesu posvećeno je dosta studija, a jedan od najzanimljivijih autora predložio je dodavanje obrade u ultrazvučnoj kupelji standardnoj shemi mariniranja mesa u pivu.

Valja napomenuti da druga faza kuhanja šašlika započinje sintezu nekih kancerogenih tvari - štetnih tvari koje potencijalno mogu uzrokovati rak. To se posebno odnosi na proizvode ugljenisanja masti koja kaplje na ugljen. To uključuje benzo[a]piren i druge poliaromatske ugljikovodike.

Druga klasa kancerogena koji nastaje pougljenjem mesa su heterociklički amini. Ove tvari mogu stvarati komplekse s DNK i utjecati na vitalnu aktivnost stanica. Jedna studija je čak otkrila da unos benzoa [a] pirena i rizik od kolorektalnog adenoma koreliraju čestu konzumaciju dimljenog ili pečenog mesa s određenim vrstama raka. Sukladno tome, preporuča se što je više moguće smanjiti upotrebu takvih tvari. Ali i tu može pomoći kiseljenje.

Postoji nekoliko studija portugalskih i španjolskih kemičara koje pokazuju da određene vrste marinada smanjuju vjerojatnost nastanka ovih kancerogenih tvari. Na primjer, mariniranje u tamnom pivu djelomično inhibira učinak pivskih marinada na stvaranje policikličkih aromatskih ugljikovodika u svinjetini na žaru na drvenom ugljenu, stvaranje poliaromatskih ugljikovodika i smanjenje udjela nastalih heterocikličkih amina, marinada na bazi vina, piva ili čak i one koje sadrže čaj treba odabrati. Općenito, učinak marinada na stvaranje poliaromatskih ugljikovodika općenito još uvijek nije dobro shvaćen. Drugi mogući inhibitori uključuju luk, češnjak, začine i kisele krastavce limunske kiseline.

Prženje

Mariniranje, zbog denaturacije većine bjelančevina, značajno ubrzava proces kuhanja. Time se izbjegava dugotrajno izlaganje toplini i isparavanje previše vode. Uz ubrzanje denaturacije proteina, prženje na drvenom ugljenu pokreće mnoge druge kemijske procese u mesu.

Prva od njih je dobro poznata Maillardova reakcija. Upravo je ona zaslužna za stvaranje organskih tvari jakog mirisa, koje daju poseban miris prženom mesu. Aminokiseline koje se nalaze u mesu i šećerima ulaze u ovu reakciju. Kao rezultat nastaju složeni heterociklički spojevi, derivati furana, tiofena, alkilpiridina i pirazina.

Specifični profil okusa za svaku vrstu mesa je različit, određen je omjerom koncentracija tisuća aromatičnih tvari koje nastaju tijekom prženja. U slučaju pržene piletine i svinjetine, produkti kondenzacije cisteina sa šećerima, kao što su 2-metil-3-furanetiol i njegov dimer, kao i 2-furilmetanetiol, imaju važnu ulogu u aromi.

Naravno, i druge aminokiseline reagiraju sa šećerima. Metionin, na primjer, stupa u interakciju sa šećerima i razgrađuje se u metional, tvar koja miriše na prženi krumpir.

Jasno je da se proteini i šećeri ne nalaze samo u mesu. Stoga Maillardova reakcija ima ulogu i u aromi drugih jela. Na primjer, pečeni proizvodi (i neke vrste riže) mirišu na 2-acetilpirolin, produkt reakcije između prolina i šećera. U malim količinama ova tvar se nalazi i u prženom mesu.

Drugi kemijski proces je ugljenisanje masti. Masti su esteri glicerola i organskih masnih kiselina kao što su stearinska, palmitinska i tako dalje. Kada se toplinski obrađuju, kemijski se pretvaraju u aldehide kao što su heksadekanal, heksanal i tako dalje. Zanimljivo je da pečena govedina sadrži više aldehida od piletine i svinjetine, što ih čini drugačijim okusom. A za karakterističan miris janjetine zaslužne su 4-metiloktanske i 4-metilnonanske kiseline.

Treći proces je reakcija između proizvoda karbonizacije masti i proizvoda Maillardove reakcije. To su sve vrste alkanetiola, alkilpiridina, alkil derivata tiofena, pirola, tiopirana, tiazola i tako dalje. Alkilni dio u njima proizlazi iz masne komponente, a heterociklički dio iz Mayar komponente.

Osim toga, kod pečenja mesa javljaju se i druge reakcije koje uključuju aminokiseline. Dakle, cistein i glutation tijekom toplinske obrade stvaraju tritiolane i ditiazine, koji također značajno doprinose mirisu.

Okus i aromu ćevapa ne daju samo produkti razgradnje aminokiselina, šećera i masti, već i produkti izgaranja ugljena. Među njima vrijedi istaknuti syringol (ime mu, inače, dolazi od latinskog naziva za lila, Syringa vulgaris) i guaiacol - nastaju tijekom razgradnje lignina, veziva za molekule celuloze u drvu. Ove tvari daju ćevapu (ili roštilju) karakterističan miris dima.

Deseci tehničkih detalja procesa kuhanja utječu na omjer aromatičnih tvari u gotovom kebabu: temperatura, trajanje pečenja, izbor ugljena, mesa, marinade, vrijeme mariniranja. A ovo je izvrsna prilika da, naoružani znanstvenom metodom, sami pronađete svoj optimalni recept za roštilj i, možda, čak i napišete znanstveni članak o tome – s posebno sočnim opisom eksperimentalnog dijela.