Трансформация огурца

Трансформация огурца

На первый взгляд это скромный овощ, на 95% состоящий из воды, с ограниченным репертуаром употребления. На деле это 3000 лет истории культивации, индустрия консервов и целое направление в русской кулинарии – рассольные блюда. Ну, и, помимо этого, стрит-фуд в Стамбуле и идеальная закуска к водке.

Всё начинается с линолевой и линоленовой кислот. Они принадлежат к классу омега-6 жирных кислот и являются компонентами мембран растительных клеток. При разрушении клеточных мембран (откусили или отломали-отрезали) запускается многоступенчатый ферментативный процесс распада этих кислот на более мелкие, в том числе летучие, соединения. Типы ферментов в растениях одни и те же – липоксигеназы и гидропероксидлиазы. Но продукты распада зависят от конкретного ботанического вида. Пройдя этот путь в огурце мы получим (E)-2-ноненаль и (E)-2-(Z)-6-нонадиеналь, отвечающие за характерный огуречный аромат, и (Z)-3-гексеналь, отвечающий за обще-травянистый аромат. Тот же класс ферментов, но другие его представители, в помидоре даст другие – помидорные - ароматы.

одна из веток распада линолевой кислоты с образованием (E)-2-ноненаля
через промежуточные продукты: 9S-гидропероксид и (Z)-3-ноненаль
 LOX - липоксигеза
HPOL - гидропероксидлиаза
Enal isomerase - изомераза

Но так заканчивается жизнь не всех огурцов. Для некоторых история складывается более сложным образом. Их помещают в 5-6% солевой раствор, который изменяет как текстуру, так и аромат огурца. Этот раствор, еще называемый рассолом, - довольно агрессивная среда как по отношению к огурцу, так и по отношению к микроорганизмам его окружающим. Огурец пройдёт через явление осмоса, а также через процесс молочнокислого брожения.

Молочнокислое брожение – это процесс развития особых видов бактерий, которые способны жить и размножаться в кислой среде, к тому же бедной кислородом. Они сами производят молочную кислоту как метаболит, который подавляет рост конкурирующих микроорганизмов. К счастью для нас подавляются патогены, а молочнокислые бактерии неопасны для человека. В процессе жизнедеятельности молочнокислые бактерии кроме молочной кислоты производят массу других продуктов: углекислый газ, уксусную кислоту, алкоголи и пр.

Что же происходит с огурцом, когда он попадает в такие условия? Пока концентрация бактерий и их продуктов не очень велика, происходят в основном текстурные изменения, связанные с осмосом. Вода из огурцов переходит в рассол, соль проникает в огурцы. Помимо этого происходит изменение пектинов клеточных стенок. С одной стороны, под действием соли они становятся более прочными. С другой, происходит их распад под действием ферментов. При росте кислотности среды происходит изменение ароматов. Весь путь линолевой кислоты в кислой среде работает значительно хуже, т.к. дезактивируется фермент липоксигеназа. В итоге ноненаль и нонадиеналь образуются в значительно меньшей концентрации и малосольные и соленые огурцы уже не имеют свежего огуречного запаха. Но зато растет концентрация других соединений - как метаболитов бактерий, так и продуктов химических реакций в самом огурце. Растет концентрация линалоола,   вездесущего терпена с фруктово-цитрусовым ароматом, растет концентрация молочной и уксусной кислот, фенилэтилового спирта, который сам по себе пахнет цветочно.  Помимо этого, образуются и новые вещества, такие как (E)-4-гексеновая кислота и её изомер (Z)-4-гексеновая кислота, путь образования которых, пока не ясен. Проходит время, кислотность вырастает до того уровня, что уже и сами молочнокислые бактерии не могут в ней жить. Растёт и достигает пика  концентрация вторичных ароматов. Если этот процесс не затормозить холодом или не остановить консервацией, то в конечном итоге опять начнут преобладать текстурные изменения. Клеточные стенки окончательно разрушаются, и огурец потеряет хрусткость и превратится в овощную тряпку.

Некоторые огурцы ждет более скучная и прогнозируемая жизнь – они попадут в уксусный маринад. Ферменты липоксигеназы также потеряют свою способность производить свежий огуречный аромат, а во вкусе станет преобладать уксусная кислота. Чтобы как-то скрасить жизнь огурцам, в маринад добавляют различные специи, но это уже другая история.

Специи, кстати, добавляют и в молочнокислые огурцы, и не только специи, а еще листья дуба, хрена или смородины. Предполагается, что танины в этих листьях способствуют сохранению упругости клеточных стенок огурца, т.е. большей их хрусткости. Не с этим ли связано особое качество огурцов, засоленных в дубовых бочках?

Вот такой путь, вроде бы никаких уникальных процессов (ферментный распад и бактериальная ферментация в каких только продуктах не происходят), но химия всё равно получается уникальной. В этом разнообразии и состоит особенная притягательность химии в еде.

Алкалоиды

Алкалоиды

Писать про алкалоиды применительно к еде непросто – с одной стороны, это, возможно, самая захватывающая группа природных веществ, это опиаты и яд кураре, это кодеин и стрихнин, ЛСД и так далее, но это всё-таки не про еду. С другой стороны, там, где алкалоиды - это компоненты повседневных продуктов, мы сталкиваемся со сложными физиологическими эффектами, до конца ещё не понятными.  В этом обзоре я попробую сильно не заходить в область кокаина, ядов и лекарств. И про еду есть о чём поговорить.

Алкалоиды как химическая группа – довольно широкое понятие, в эту группу входят низкомолекулярные вещества с обязательным содержанием азота, чаще всего в гетероцикле, и с щелочными свойствами. Почти все алкалоиды обладают теми или иными физиологическими эффектами. Вот, пожалуй, и всё, что их объединяет.

Алкалоиды, как никакая другая группа веществ, проявляет разнообразие физиологических воздействий на человека, которые с первого взгляда можно назвать неприятными даже в сфере кулинарного применения – горечь, жжение, наркотическая зависимость, лёгкое отравление. И часто мы не говорим о побочных явлениях, а говорим о свойствах, которых и ждут от этих алкалоидных компонентов.

Горечь, пожалуй, самый простой пример. Горький вкус – один из самых парадоксальных вкусов человека, он универсально неприятен, и биологически как раз и является признаком потенциально опасных веществ, в первую очередь, алкалоидов. Исследования, да и просто наблюдения за детьми, показывают, что человек должен учиться воспринимать горький вкус как не отвратительный. Основываясь на личном опыте, даже после обучения толерантности к горькому вкусу, он не становится приятным, только интересным. В еде горькие вкусы алкалоидов несут как положительную, так и отрицательную коннотации. Пример положительного горького вкуса, вызываемого алкалоидами, это хинин, компонент тоника. Хинин изначально использовался как профилактические лекарство против малярии, получив со временем ассоциацию с алкоголем и коктейлями. А вот в картофеле горечь – нежелательный вкус. Алкалоиды соланин и чаконин накапливаются при неправильном хранении и обладают не только горьким вкусом, но и токсическим действием. Горький вкус вызывается не только алкалоидами, более того, основные горькие растения, употребляемые в пищу, обязаны своей горечью другим классам соединений, так что мы будем возвращаться к этой теме не раз.

хинин

С жжением мы уже сталкивались – это капсаицин и родственные капсаициноиды. К алкалоидам принадлежит и пиперин – действующее вещество в чёрном перце. Надо не забывать, что пиперин отвечает именно за жжение, он действует схожим образом с капсаицином, воздействуя на ионные каналы TRPV в ноцицепторах. Аромат чёрного перца – это другие вещества, преимущественно из терпеновой группы.

пиперин

Среди алкалоидов с физиологическими свойствами самыми широко употребляемыми являются кофеин, теофиллин и теобромин. Это горькие алкалоиды кофе, чая, матэ, ореха кола и множества современных безалкогольных напитков. Разговоров вокруг этих веществ масса – некоторые клеймят их наркотиком, другие доступным лекарством от многих болезней. Что не вызывает сомнения, так это их физиологическое действие как стимулятора, причём в разных концентрациях действие происходит по разным биохимическим путям.

Пример алкалоида-яда у всех на слуху, но мало кто с ним в реальности сталкивался. Это тетродотоксин в рыбе фугу. Говорят, что знатоки стараются достичь такого потребления этого сильнодействующего яда с рыбой, чтобы начал проявляться его эффект, но не дошло дело до смерти. Слишком ярые знатоки перебарщивают и умирают. Не столь ярые в массе своей утверждают, что ничего особенного во вкусе рыбы нет и весь смысл в потенциальной опасности.

тетродотоксин

Подавляющее большинство алкалоидов к еде всё-таки прямого отношения не имеет. А, когда имеет, то это посторонние, токсичные вещества. Мускарин, например, в мухоморе или амиды лизергиновой кислоты в спорынье.

Молоко и его ароматы

Молоко и его ароматы

Парное молоко – это предмет буколических картин с крынками, бабушками и довольными внучатами с белым ободком над верхней губой. Надо признать, отчасти справедливые ассоциации. Молоко – один из тех продуктов, которые существуют в разных вкусах в зависимости от времени и температуры, органолептически оставаясь по-прежнему молоком. И некоторые его стадии можно почувствовать только сразу после получения, желательно в сельской местности. Возьмём для примера коровье молоко, во-первых, оно самое популярное в Европе, во-вторых, моё любимое. Первая стадия – парное молоко,  длится только до тех пор, пока молоко не охладили и не начался процесс отстаивания сливок. Да и фаза охлаждённого, но цельного молока длится недолго – два-три дня. Чтобы продлить жизнь молока его пастеризуют. Пастеризация – это процесс уже кардинально меняющий вкус, какой бы она ни была – щадящей с небольшим нагревом, и уж тем более пастеризацией кипячением. Но и жизнь пастеризованного молока не длительна – неделя-две. В конечном итоге молоко перейдёт в следующую фазу своей жизни – скисания, после чего уже потеряет название «молоко» и станет простоквашей. Чтобы максимально продлить жизнь молоку используют ещё один процесс – ультрапастеризации (UHT). Другой вопрос, что многие уже этот продукт не считают молоком.

А теперь отложим переменные по другой оси – по породно-терруарной. Порода коровы, её питание, сезон года, время до или после отёла. Отражаются ли эти вариации на вкусе молока? Несомненно. Готовы ли мы описать эти вкусовые различия на химическом языке? Пока нет, несмотря на детальное изучение химии молока и молочных продуктов. И, возможно,  никогда не сможем. Вкус – это не только химия, но и сенсорная физиология. Там, где один не видит ничего, другой находит десять отличий, но в нюансах. Современная пищевая химия отлично справляется с объяснением групповых свойств, но химия терруара пока не описана должным образом.

Что же определяет хотя бы групповой вкус молока и чем химически отличаются разные стадии и типы молока? Начнём с того, что же мы понимаем под вкусом. Вкус в широком смысле этого слова – это мультимодальное сенсорное ощущение, складывающееся из собственно вкусового восприятия в узком смысле этого слова, ретроназального обоняния, текстурных и температурных ощущений. Вы уже наверняка знаете, что большая часть вкусовых ощущений в широком смысле  - это ретроназальное обоняние, возникающее когда летучие молекулы с пищей попадают изо рта в нос. Но в случае молока это не так. Мы увидим, что, хотя некоторые ароматические молекулы действительно влияют на различия между разными типами молока, текстурные ощущения не менее важны.

Например, что отличает парное молоко от охлажденного? Именно текстура и температура.  Одно из самых значительных отличий между свежим молоком и ультрапастеризованным также в текстуре. Обработанное молоко имеет привкус мела, который вызван изменениями составляющих молока – мицелл белка казеина и фосфата кальция. Также нельзя забывать, что пастеризованное молоко обычно подвергают процессу гомогенизации, что позволяет избежать расслоения сливок, но также влияет на текстуру.  

Аромат цельного молока – это смесь летучих жирных кислот, сложных эфиров, альдегидов и серосодержащих компонент. Их концентрация не должна быть высока, т.к. это нарушает баланс аромата, и сами по себе вещества пахнут спорно и иногда странно. Среди летучих жирных кислот присутствует, например, масляная кислота. Мы уже знакомились с ней, да, это та самая с запахом рвоты и прогорклого молочного жира. Как часто бывает – дело в концентрациях и относительном вкладе. Среди альдегидов – гексаналь с ароматом травы, опять же вклад есть, но не превалирует.

Из серосодержащих соединений самый важный компонент – это диметилсульфид. Эта же молекула содержится в повышенной концентрации в пастеризованном молоке и отличает его от свежего. Диметилсульфид – это запах вареных овощей, кукурузы в частности. Я давно отмечал повышенный кукурузный дух в пастеризованном молоке. Что более странно, диметилсульфиду приписывают аромат морского побережья, вызван он выделениями морских водорослей. В целом, содержание серосодержащих ароматических компонент – главное отличие свежего молока от пастеризованного и, в особенности, от стерилизованного. Привычный, но всё-таки побочный аромат нагрева.

диметилсульфид

В ультрапастеризованном молоке присутствует еще один класс соединений, не содержащийся в свежем молоке – метил кетоны, в частности, 2-гептанон, 2-нонанон, 2-гексанон. С этими соединениями ассоциируется немного затхлый, выдохшийся аромат молока.

2-гептанон

Всё, пора остановиться. Переход в любой другой продукт – будь то топлёное молоко, или молочнокислые продукты привнесёт много своей химии.

Земляничные ароматы

Земляничные ароматы

Известный кондитер Пьер Эрме как-то сказал в интервью, что держит в памяти 20 вкусов земляники. Не знаю, насколько он был искренен, но есть по крайней мере два вкуса земляники настолько разные, что, наверное, каждый их различает. Это земляника садовая (Fragaria ×ananassa) и земляника лесная (Fragaria vesca). Может, даже три, с учётом клубники (Fragaria moschata). Я бы даже сказал, что по аромату – это совершенно разные ягоды, даром, что близкие родственники. В книге «Нация фаст-фуда; темная сторона американской еды» описано 50 химических веществ, якобы входящих в состав искусственного земляничного ароматизатора. Кстати, всё равно получается непохоже, не имитирует ароматизатор настоящий аромат земляники. Даже если этот список не точен, то научные данные говорят о полутора сотнях идентифицированных компонентов и о полутора десятках важных для создания земляничного аромата.

Тем не менее, попробуем хоть немного познакомиться с ароматическими компонентами. Тем более это будет повод представить ещё две важные группы ароматических соединений.  В обеих этих группах скрывается такое богатство, что мы ещё не раз будем к ним возвращаться. Но с чего начинать с ними знакомство, как не с земляники.

Первая группа соединений, которая имеет большое значение для ароматов большинства фруктов и ягод, это сложные эфиры. В землянике сложные эфиры, пожалуй, самые важные компоненты ароматов. С химической точки зрения сложный эфир – это продукт реакции органической кислоты и спирта. Какой угодно кислоты и какого угодно спирта, так что сложных эфиров огромное разнообразие. И даже не только спиртов, но и фенолов. Как писал Лука Турин, названия сложных эфиров складываются из имени и отчества, как у русских. Александр Михайлович – это не то же самое, что Михаил Александрович. Также и здесь, этил бутаноат – это сложный эфир масляной кислоты и этанола, а бутил этаноат – это эфир уксусной кислоты и бутанола. С ароматической точки зрения сложные эфиры характеризуются фруктовыми ароматами, а также тем, что редко только единственный эфир определяет запах того или иного фрукта, обычно это смесь в разных концентрациях. В землянике садовой в основном три эфира определяют аромат. Это метил бутаноат, этил бутаноат и этил-2-метилбутаноат. А вот в землянике лесной свой вклад вносит еще один эфир – метил антранилат.

сложный эфир этил бутаноат

сложный эфир метил антранилат

Вторая существенная группа соединений в землянике – это фураны. Фураны с точки зрения ароматов – это карамель, жженый сахар и кленовый сироп. А с точки зрения химии – это пятичленный гетероцикл с атомом кислорода. Два фурана определяют аромат земляники - 2,5-диметил-4-гидрокси-3(2H)фуранон, иначе называемый фуранеолом, и мезифуран. Первый даже носит соответствующее бытовое название -  земляничный фуранон. Причем, чем больше фуранов и чем меньше гексеналя – тем более сладким кажется аромат земляники, при добавлении сахара, кстати, вклад фуранов в аромат увеличивается.

фуранеол

(Z)-3-гексеналь – это аромат зелёной травы, в землянике он отвечает за неспелые, травянистые тона. 

Еще одна существенная группа соединений в землянике – это терпены. Группа настолько важна для химии в еде, что про неё будет отдельный рассказ. Здесь же отметим, что по содержанию терпенов земляника садовая и земляника лесная различаются наиболее сильно. В садовой существенный вклад вносят только линалоол и частично неролидол. А в лесной номенклатура уже шире, помимо двух вышеназванных, это альфа-пинен и миртенол.

Вот такое разнообразие. А вы не задумывались, почему земляника садовая носит ботаническое название ananassa? За ароматическое сходство. Садовая земляника по аромату ближе к ананасу (Ananas comosus), чем к своим близким родственникам. Химия нам в подтверждение. Сложные эфиры в ананасе частично пересекаются с земляникой – это этил бутаноат, этил-2-метилбутаноат. Фураны практически те же самые c преобладанием фуранеола. Ароматы, конечно, не полностью идентичны. Ведь в ананасе, помимо других сложных эфиров, таких как метил гексаноат, содержатся еще ундекатриен и деканаль.

Интересно, что нет какого-то идеального сочетания компонентов земляничного аромата. В некоторых исследованиях пытались сопоставить субъективные ощущения и объективную концентрацию летучих компонент. То факт, что перечисленные выше вещества важны для образования земляничного аромата, сомнений не вызывает, однако, нельзя сказать, что все сорта, например, с высокой долей метил бутаноата будут признаны идеальными.

Если вас впечатлила эта сложная химия ароматов, подумайте о таком продукте как земляничное варенье или джем. Там помимо родных ароматов земляники мы найдём ароматы реакции Майярда и других химических превращений.

земляника садовая локаворская