Кулинарная химия

В 1899 году французский художник Жан Марк Коте выпустил серию открыток, на которых попытался представить жизнь своих соотечественников через сто лет. На одной из иллюстраций он предвосхитил появление современной кухни молекулярной гастрономии и создание искусственной пищи.

Издревле приготовление пищи находилось под покровительством греческой богини Кулины, имя которой дало название кулинарии — искусству создания блюд. Союз этого искусства и химии способствовал рождению новой отрасли науки — кулинохимии.

«Никто не сделал так много для улучшения условий жизни людей, как химики», — справедливо утверждал нобелевский лауреат Гарольд Крото. Но, несмотря на неоценимую пользу, которую химия приносит человечеству, в мире процветает хемофобия — боязнь химии. Парадокс состоит ещё и в том, что каждый из живущих на земле людей — в той или иной степени химик. Например, когда проводит генеральную уборку, затевает стирку или хлопочет на кухне.

В самом деле, современная кухня во многом напоминает химическую лабораторию. С той лишь разницей, что кухонные полки заняты баночками, наполненными всевозможными крупами и специями, а лабораторные — уставлены склянками с не предназначенными для пищи реактивами. Вместо химических названий «хлорид натрия» или «сахароза» на кухне звучат более привычные слова «соль» и «сахар». Приготовление блюда по кулинарному рецепту можно сравнить с методикой проведения химического эксперимента.

Несомненно, помимо необходимых ингредиентов шеф-повар вкладывает в каждое блюдо и свою душу. При этом неважно, придерживается ли он классических традиций или предпочитает импровизацию. Всё это делает кулинарию особым видом искусства и одновременно сближает с химической наукой.

«Кухонная химия» зародилась давно. В XVIII—XIX столетиях изучением проблем, так или иначе связанных с пищей, всерьёз занимались многие известные учёные, и прежде всего французские химики (не потому ли французская кухня считается одной из самых утончённых в мире?). Основатель современной химии Антуан Доран Лавуазье обнаружил зависимость качества мясного бульона от его плотности. Он же, проводя термохимические исследования, пришёл к выводу о важности соблюдения баланса калорий, потребляемых человеком с пищей и расходуемых им при физической активности. Его соотечественник Антуан Огюст Пармантье стал одним из основоположников школы хлебопечения, агитировал за использование сахара, полученного из свёклы, винограда и других овощей и фруктов, предложил способы консервации продуктов питания. Другой французский учёный, Мишель Шеврёль, установил состав и строение жиров. Увлёкшись анализом мясного сока, выдающийся немецкий химик Юстус фон Либих изобрёл так называемый мясной экстракт, доживший до наших дней под именем «бульонные кубики». Он также разработал молочные смеси — предшественники современного детского питания. Наконец, знаменитый французский химик Марселей Бертло экспериментально доказал возможность синтеза природных жиров из глицерина и жирных карбоновых кислот. Он полагал, что в скором будущем химия избавит человека от тяжёлого сельскохозяйственного труда, заменив привычные хлеб, мясо и овощи специальными таблетками. В их составе будут все необходимые компоненты — азотсодержащие вещества (прежде всего, аминокислоты и белки), жиры, сахара и немного приправ. Какая же скучная жизнь начнётся, когда, произнося на торжественном приёме тост, вместо бокала с игристым шампанским придётся держать в руках пилюлю!

Действительно, за прошедшие десятилетия химия в немалой степени изменила ассортимент «скатерти-самобранки» человека. В начале XX века, когда химическая наука переживала настоящий бум, Владимир Маяковский утверждал, что она сможет создать даже искусственную пищу. Его предсказания оказались пророческими: современные химики научились «вырабатывать» молоко, сыр, простоквашу и другие продукты из сои, а на основе белков куриных яиц и пищевого желатина полвека назад в Институте элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова впервые получили искусственную зернистую чёрную икру. Однако и сегодня о реакциях, протекающих на Солнце, мы знаем, пожалуй, больше, чем о сложнейших процессах, которые происходят, когда мы варим, жарим, тушим или запекаем что-либо.

Как известно, основными компонентами пищи человека являются белки, жиры, углеводы, витамины и минеральные вещества. Большинство их претерпевает химические превращения при кулинарной обработке, определяя структуру и вкусовые качества будущего съедобного шедевра.

Однако природу происходящих химических процессов человек начал понимать относительно недавно. Как это часто бывает в науке, первый шаг в этом направлении был сделан случайно. «Сегодня мы можем провести конденсацию определённого сахара с какой-либо аминокислотой» — так в январе 1912 года французский врач и химик Луи Камилл Майяр резюмировал суть своего удивительного открытия. Изучая возможность синтеза белков при нагревании, он получил вещества, которые, как оказалось, определяют цвет и запах многих готовых блюд. Почти четыре десятилетия спустя американский химик Джон Ходж установил механизм открытой Майяром реакции и её роль в процессах приготовления пищи. Опубликованная им в «Journal of Agricultural and Food Chemistry» работа до сих пор является самой цитируемой среди когда-либо вышедших в этом журнале статей.

Учёные по праву считают реакцию Май-яра одной из самых интересных и важных в химии пищи и медицине: несмотря на солидный возраст, она хранит ещё немало тайн. Достижениям в изучении реакции Майяра было посвящено несколько международных научных форумов. Последний, одиннадцатый по счёту, состоялся в сентябре 2012 года во Франции.

Строго говоря, реакция Майяра — это не одна, а целый комплекс последовательных и параллельных процессов, происходящих при варке, жарке и выпечке. Каскад превращений начинается конденсацией восстанавливающих сахаров (к ним относятся глюкоза и фруктоза) с соединениями, молекулы которых содержат первичную аминогруппу (аминокислоты, пептиды и белки). Образующиеся продукты реакции претерпевают затем дальнейшие превращения при взаимодействии с другими компонентами пищи, давая смесь разнообразных соединений — ациклических, гетероциклических, полимерных, которые и отвечают за запах, вкус и цвет подвергшихся термической обработке полуфабрикатов. Понятно, что в зависимости от условий протекают разные реакции, приводящие к разным конечным продуктам. В реакции Майяра образуются как интенсивно окрашенные, так и бесцветные продукты, которые могут быть вкусными и ароматными или, напротив, прогорклыми и неприятно пахнущими,быть как антиоксидантами, так и ядами. Таким образом, реакция Майяра может повышать питательную ценность пищи, но может и делать её опасной для употребления.

Любая хозяйка знает, что цвет блюда существенно зависит от того, как оно готовилось, иными словами — от условий проведения реакции Майяра. Например, если грибы обжарить в оливковом масле на открытой сковороде, то они приобретут аппетитный золотистый оттенок. Если же их готовить при помешивании под крышкой, содержащаяся в грибах влага не позволит им подрумяниться.

Известен любопытный психологический эксперимент, когда стол, уставленный аппетитными закусками, осветили так, что цвета последних изменились до неузнаваемости: мясо приобрело серый оттенок, салат стал фиолетовым, а молоко — фиолетово-красным. Участники эксперимента, только что испытывавшие обильное слюноотделение в предвкушении роскошной трапезы, были не в силах даже попробовать столь необычно окрашенную пищу. Тот же, чьё любопытство пересилило неприязнь и кто всё-таки осмелился отведать угощение, чувствовал себя скверно.

О роли запаха в привлекательности блюда знает каждый, у кого хотя бы однажды закладывало нос: пища в этот момент кажется абсолютно безвкусной. Как правило, за запах того или иного блюда отвечает набор соединений. Так, восхитительный аромат кофе представляет собой букет более тысячи (!) душистых веществ. А запах свежеиспечённого хлеба формируют около двухсот компонентов, относящихся к различным классам органических соединений. Среди них спирты, альдегиды, кетоны, сложные эфиры, карбоновые кислоты. Только последних в нём не один десяток: муравьиная, уксусная, пропионовая, масляная, валерьяновая, гексановая, октановая, додекановая, бензойная...

Хотя единой теории ароматов до сих пор не создано, химики установили, что даже незначительная модификация структуры молекулы способна иногда существенно изменить запах вещества. Наиболее яркие примеры подобного рода, имеющие отношение к еде, — терпеновый углеводород лимонен и его кислородсодержащее производное карвон. Так, (R)- и (S)-лимонены, различающиеся только пространственным расположением заместителей, имеют апельсиновый и лимонный аромат соответственно. Оптические изомеры карвона также пахнут по-разному: один из них, (S)-карвон, имеет запах тмина и укропа, а его антипод пахнет остролистной мятой. Хотя, конечно, правильнее говорить, что запах всех этих фруктов и растений обусловлен присутствием упомянутых соединений.

Очевидно, что, «играя» с запахами, химики могут заставить любое блюдо источать неповторимый аромат. Например, при смешивании двух частей (R)-карвона и трёх частей бутанона запах мяты исчезает, уступая место ... тминному аромату.

Со вкусом тоже всё не так просто. Известны вещества, имеющие «несколько вкусов». Например, бензоат натрия кому-то кажется сладковатым, кому-то кислым, у кого-то после дегустации во рту остаётся горечь, а некоторые вообще находят его безвкусным. Рассказывают, что некий химик любил пошутить, предлагая своим гостям попробовать раствор этой соли (до сих пор солидные компании и предприятия пищевой промышленности используют её в качестве консерванта). К радости хозяина, после дегустации этого угощения между гостями разгоралась перебранка: каждый пытался доказать, что его ощущения от напитка — самые верные.

Четверть века назад появилась заманчивая идея разделить тот или иной продукт на составляющие его компоненты, а затем сложить из них блюдо с оригинальным букетом вкусов и запахов. Так родилась научная дисциплина, получившая название «молекулярная гастрономия». Её основателями считаются профессор физики Оксфордского университета Николас Курти и французский физикохимик Эрве Тис. Основные цели новой науки Э. Тис изложил в диссертации «Молекулярная и физическая гастрономия», которую успешно защитил в 1995 году в Университете Пьера и Марии Кюри. Среди членов жюри по присуждению ему учёной степени были нобелевские лауреаты Жан-Мари Лен (премия по химии 1987 года) и Пьер-Жиль де Жен (премия по физике 1991 года). Фундаментальную задачу молекулярной гастрономии её создатели видели в исследовании различных процессов, происходящих при кулинарной обработке пищевых продуктов, и применении полученных результатов для приготовления оригинальных яств. Иными словами, предлагали подойти к кулинарии с научной точки зрения.

Методы обработки и консервации продуктов, применяемые в молекулярной гастрономической химии, заметно отличаются от привычных. Одним из впечатляющих результатов синтеза кулинарии и естественных наук стал низкотемпературный способ приготовления мясных блюд. Оказалось, что самое сочное и нежное мясо получается при 55°С. Более высокая температура способствует интенсивному испарению воды и разрушению мясного сока. Знание физико-химических свойств пищевых продуктов позволяет заменять один ингредиент другим. Так, при приготовлении крутого заварного крема вместо куриного белка, который, как известно, является аллергеном, можно с успехом использовать агар-агар. Эта смесь полисахаридов, добываемая из красных и бурых морских водорослей, — эффективный природный пенообразователь.

В 1992 году в Италии прошёл первый Международный семинар по молекулярной и физической гастрономии. С тех пор встречи приверженцев этой науки стали регулярными. На них собираются учёные, диетологи, повара и рестораторы, заинтересованные в использовании новых технологий для достижения баланса вкусов, близкого к идеальному, и создания настоящих кулинарных шедевров.

Не так давно престижные европейские рестораны открыли у себя специальные кулинарные лаборатории. Предполагается, что к 2014 году в Испании распахнёт двери первая в мире Академия гастрономических наук. Однако уже сегодня в некоторых университетах и колледжах мира начали готовить бакалавров кулинологии. Новая дисциплина объединяет кулинарное искусство и науку о продуктах питания и технологии их переработки. Возможно, со временем кулинология выльется в новый раздел органической или пищевой химии.

Несмотря на достаточно активную пиар-кампанию в прессе, идеи молекулярной гастрономии не стали пока модным трендом современной кулинарии: большинство шеф-поваров (не говоря уже о домашних хозяйках) по-прежнему готовят по известным рецептам, передающимся от повара к ученику, не прибегая к помощи химии и физики для улучшения уже существующих фирменных блюд или разработки новых рецептур.

Впрочем, химики не только лучше других разбираются в процессах, происходящих при приготовлении пищи, но и, как правило, гурманы и искусные кулинары. Так, основоположник химической термодинамики Джозайя Гиббс увлекался приготовлением салатов, которые удавались ему лучше, чем кому-либо из его домочадцев. Приготовленные учёным аппетитные кушанья назывались незамысловато: «гетерогенные равновесия».

Конечно, вопросов о том, что происходит с питательными веществами при нагревании в кастрюле и на сковородке, пока остаётся много. Понимание этих процессов необходимо не только для традиционной кухни, но и для развития новых технологий приготовления пищи.

Авторы: Александр Рулев и Михаил Воронков