У хімії тисячі іменних реакцій, але більшість з них нічого не скажуть пересічному громадянину. Але є одна реакція, з якою всі прекрасно знайомі, – це реакція Майяра. З нею ми стикаємося, коли ароматну каву п’ємо, їмо свіжовипечений хліб і підсмажений стейк. І навіть коли п’ємо пиво з друзями. Хімічна реакція Майяра – сама «смачна», і саме вона робить їжу ароматною і красивою. І хоча вона оточує нас всюди – утворення гумусу, торфу, лікувальних грязей, ми поговоримо про її магії на кухні.
Перший стейк та антропогенез
Зоологами давно помічено, що людиноподібні мавпи воліють термічно оброблену їжу сирої. Та і всі домашні тварини із задоволенням їдять людську їжу. Вогонь, вертіла і каструлі давно стали невід’ємною частиною життя людини. І з того самого моменту стартувало культурне становлення нашої цивілізації. Адже термічна обробка їжі різко підвищила ККД переварювання продуктів харчування, вивільнивши для наших предків час для роздумів і пізнання світу. Можна сказати, що праця не зробив нас людиною розумною, а тепла і смачна тарілка супу і засмажений завдяки хімічній реакції Майяра стейк.
Цукор, жир і білок – зустріч на сковорідці
До складу харчових продуктів входять три головних компоненти – білки, жири і вуглеводи (цукру). Всі вони важливі для забезпечення життєдіяльності людини, але мова в статті не про це.
Вуглеводи і жири мають в своїй хімічній структурі специфічні карбонільні групи С=О і мають хоч і складну структуру молекул, але в цілому лінійну. А ось білки – це сложномолекулярные з’єднання, ланцюжки з амінокислот у них утворюють складні третинні і навіть четвертинні освіти (глобули). До складу білків входить 20 амінокислот, 4 з яких (лізин, аргінін, триптофан, гістидин) мають вільні аміногрупу NH2 і гуанидиновую групу З(NH2)2, які роблять їх легко уразливими.
Це означає, що вони легко вступають в реакцію з карбонільної групою цукрів і жирів. Саме ця реакція сахароаминной конденсації носить ім’я Майяра. Реакція протікає при одній умові – необхідна температура. І саме це відбувається у нас на плиті при смаженні, варінні або випічці. Саме «смачною» хімічної реакції Майяра ми зобов’язані появи золотистої скоринки на котлетки і булочках.
Заплутана історія відкриття
Працюючи над вивченням шляхів синтезу білків, в 1912 році молодий француз, лікар і хімік Луї Камілл Майяр змішував амінокислоти та цукру, нагрівав розчини і спостерігав за реакцією. Майяр помітив освіта в пробірці сполук коричневого кольору. Але це були не пептиди, а речовини визначають колір і запах готових страв. Що за речовини утворилися в процесі реакції, Майяр не встановив. Він зазначив лише їх схожість з гуминами грунту.
В естафеті визначення продуктів реакції Майяра взяли участь вчені С. П. Костичев і В. А. Діамант з Петербурзького університету (1914), які вивчали дріжджове бродіння. Але реакція не названа з ім’ям, адже першовідкривач не зупинився на досягнутому.
З 1912 по 1913 рік виходить більше 30 публікацій і докторська дисертація Майяра «Генезис білків. Дія гліцерину і цукрів на амінокислоти», де автор встановив кілька стадій у протіканні цієї взаємодії.
Шкода за життя вченого слава не дісталася, хімічною реакцією Майяра зацікавилися більш детально хіміки в 1946 році. Саме тоді в журналі Journal of Agricultural and Food Chemistry вийшла стаття американського хіміка Джона Джорджа про стадіях і значення цієї реакції в приготуванні їжі. Ця стаття про реакції Майяра і сьогодні є найбільш цитованою в історії журналу.
Але сахароамінна конденсація все ж гордо носить ім’я француза першовідкривача.
Трохи хімії простою мовою
Сьогодні відомо, що реакція Майяра – це каскад послідовних і паралельних реакцій, які відбуваються на сковорідці, в каструлі або духовці. Все починається з конденсації цукрів (глюкози, сахарози і фруктози) первинними аміногрупами білків і пептидів. Утворилися з’єднання зазнають ряд перетворень, в результаті яких утворюються ациклічні, гетероциклічні, полімерні речовини. Саме вони й роблять «смачною» хімічну реакцію Майяра. Вони можуть бути безбарвними і пофарбованими, ароматними або з неприємним запахом. Кожна господиня знає, що це буде залежати від умов приготування.
Карамелізація і стейк
Комплекс реакцій, відкритих вченим Майяром, носить назву не ферментативного побуріння продуктів з утворенням меланоидов (забарвлених речовин). Хімія процесу складна, утворюється сотні хімічних сполук, більшість з яких і сьогодні не ідентифіковано.
Карамелізація – перетворення простих цукрів при нагріванні – це не тільки цукерки. Цей процес відбувається при смаженні м’яса на грилі і при обсмажуванні овочів. Утворилися мальтол і изомальтол – надають запах печеного хліба, а 2-Н-4-гідрокси-5-метилуретаном пахне смажене м’ясо.
Каскад реакцій призводить до утворення все більшої кількості меланоидов і скоринка на стейку стає все темніше. У воді реакція Майяра йде повільніше, зате в маслі і на відкритому вогні вона протікає швидко. Тільки стежте, щоб м’ясо не пригоріло!
Меланоиды з’явилися – реакція пройшла
Ці речовини за своєю природою нерегулярні полімерні освіти, мають колір від червоного до темно-коричневого. Структура багатьох і сьогодні залишається загадкою. Ми споживаємо в день до 10 грам меланоидов, які містяться в каву, пиво, квас, вино, хліб, смаженою рибі та м’ясі.
Супутніми при їх утворенні стають ароматичні речовини: фурфурол, ацетальдегід, альдегіди, діацетил і безліч інших. Їжа стає не тільки красивою, але і ароматною.
Шкода або користь?
Саме з наявністю меланоидов пов’язані побоювання про шкоду смаженої їжі. Так шкідливі вони чи ні?
Накопичено безліч даних про користь меланоидов, які мають антиоксидантні, антибактеріальними, імуномодулюючими властивостями. Вони також здатні зв’язувати іони важких металів.
Наприклад, антимікробну дію меланоидов, що містяться в каві, пов’язане з утворенням у ході реакції Майяра перекису водню. Саме вона пригнічує розмноження і ріст бактерій.
З давніх часів меланоиды широко застосовувалися в народній медицині. Згадайте, всі цілющі відвари на травах мають коричневий колір і це за рахунок присутності в них саме цих складних хімічних сполук.
Меланоиды не всмоктуються в кишечнику і погано піддаються ферментативному розщепленню. Таким чином, вони виконують функцію пребіотиків – як і харчові волокна, стимулюють ріст біфідобактерій в кишечнику.
Чи шкідливо їсти смажене?
Але є й мінуси. По-перше, при реакції Майяра знижується біологічна цінність білків, які зв’язуються цукрами і стають менш доступними для ферментів нашого організму. Але хіба це не варто аромату і смаку стейка або свіжої булочки?
По-друге, при підвищених температурах (понад 180 °C) відбувається їх розкладання. І ось тут-то і утворюються токсичні і канцерогенні речовини. Саме при таких температурах смаження м’яса утворюється токсичний акриламід. Ось чому не варто пересмажувати продукти.
