Химия шашлыка

Вспомните, из каких химических веществ в основном состоит мясо.

Подумайте, что общего в составе маринадов, предлагаемых различными рецептами.

То, что мы просто называем мясом, с точки зрения биологии является скелетной поперечно-полосатой мышечной тканью с прилегающими к ней жировой, соединительной, а иногда и костной тканями. Если считать, что для шашлыка берут мясо без костей и с умеренным содержанием жиров, основным компонентом мяса можно считать белки.

Белки представляют собой результат взаимодействия сотен и тысяч молекул α-аминокислот: в результате биохимической поликонденсации аминогруппа одной аминокислоты взаимодействует с карбоксильной группой другой и образует связь, которую в биохимии белков принято называть пептидной, ну а с более широкой точки зрения эта связь амидная, и белки являются полиамидами. Чередование аминокислотных остатков в цепи белка определяет его первичную структуру.

Более высокоуровневые структуры белков, вторичная и третичная, — это способы упаковки белков в пространстве. Обычно белок имеет ту третичную структуру, в которой он выполняет свои биохимические функции; ее он принимает при определенных температуре, кислотности и концентрации солей в окружающей среде. Такая третичная структура называется «нативной». Изменение кислотности среды, температуры, содержания солей и других условий приводит к «расплетанию» нити белка и изменению его третичной структуры — то есть к денатурации. Мышцы должны выдерживать значительные механические усилия, поэтому основные мышечные белки — актин и миозин — формируют плотную и прочную волокнистую третичную структуру, которую достаточно сложно разрушить.

Когда мы говорим, что мясо «нежное», это означает, что его легко разжевать, то есть нашим челюстям требуется малое количество усилий для размалывания пищи. «Сочным» на уровне наших ощущений мы считаем шашлык (как, впрочем, и любую другую пищу) с достаточно высоким содержанием воды (основным компонентом «мясного сока», бульона или сока ягод и фруктов всё равно является вода). Таким образом, процедура маринования размягчает мышечные волокна и либо увеличивает содержание воды в готовящемся на огне мясе, либо препятствует потере шашлыком воды при готовке. Как это может происходить?

Практически во всех жидкостях, которые мы используем для маринования мяса перед шашлыками, кислотность среды выше, чем необходимо для формирования рабочей третичной структуры мышечных белков: у кефира и у вина среда слабокислая за счет соответственно молочной и фруктовых кислот; маринады на основе уксуса (если исключить специи) можно просто рассматривать как разбавленный раствор уксусной кислоты. Третичные структуры белков (актин и миозин не исключение) чувствительны к кислотности среды (содержанию образующихся при диссоциации кислоты ионов Н⁺), и в присутствии кислот происходит денатурация белков: плотно упакованные волокна актина и миозина меняют форму, расплетаясь и становясь более рыхлыми. В результате наши челюсти легче справляются с шашлыком.

Параллельно денатурации в кислой среде незначительно протекает гидролиз белков: длинные белковые нити укорачиваются, что тоже облегчает и растирание мяса челюстями, и его переваривание, в процессе которого белки под действием кислоты и ферментов желудочного сока расщепляются до отдельных аминокислот. Правда, нужно учитывать, что глубокий гидролиз может слишком сильно разрушить нити белка, облегчив потерю воды из мяса, жарящегося на огне, и маринование достигнет противоположного эффекта — сделает мясо только жестче (именно поэтому длительно выдерживать мясо в маринаде не рекомендуется).

Минеральная вода менее кислая по сравнению не только с вином, кефиром и уксусом, но и с характерным уровнем кислотности мышечных волокон. Это также будет отчасти способствовать денатурации актина и миозина: нарушение нативной третичной структуры белка происходит при любых отклонениях от значения pH, которое для этого белка является «рабочим». Однако основной фактор, обеспечивающий денатурацию белков при мариновании в минеральной воде, — это ионная сила минеральной воды. Содержание в воде растворимых солей, распадающихся при диссоциации на ионы, выше, чем в клеточной и внеклеточной жидкостях мышечной ткани, а ионы солей также являются фактором денатурации.

Маринование также позволяет увеличить сочность мяса за счет процесса, известного как осмос. Вкратце его суть можно объяснить так: в мышечной ткани присутствуют ионы растворимых солей и ионизированных форм этих солей, однако их концентрация меньше, чем концентрация солей в маринаде (особенно если это маринад на основе минеральной воды). Различие в концентрациях будет приводить к тому, что маринад будет поглощаться мясом до достижения равновесного состояния — выравнивания концентраций ионов в волокнах мяса и в маринаде. Ну а поглощение мясом маринада, в свою очередь, приведет к увеличению в нем содержания воды. Даже если часть этой воды потеряется при жарке, термическая обработка не пересушит наше блюдо (опять же, конечно, всё хорошо в меру).

Вымачивание же мяса в воде, содержащей растворимых солей меньше, чем мышечная ткань (кипяченая вода, деионизированная вода), напротив, снизит содержание воды в мясе благодаря тому же осмосу: чтобы выравнялись концентрации, содержащая соли жидкость из мышечных волокон будет уходить наружу, в воду, приводя к понижению содержания воды в мясе, и шашлык станет жестким еще до того, как мясо приготовится и будет пригодно для еды.

Упоминания о применении маринадов можно встретить практически во всей письменную историю человечества. Уже в документах эпохи Древнего Египта описывается, что мясо, перед тем как жарить, нужно выдержать в слабом растворе уксуса. В Китае и Японии тоже существовала традиция маринования мяса и морепродуктов, правда для азиатской кухни главным ингредиентом маринада был соевый соус. Оно и понятно: такие рецепты разрабатывались с учетом местных особенностей и сырья и специй, которые были доступны тем или иным культурам (в доколумбовой Мезоамерике, например, для маринада брали листья папайи). Первоначальная задача маринадов заключалась отнюдь не в облагораживании вкуса мяса или его размягчении — до изобретения холодильников и холодильных установок это был способ сохранения продукта, наряду с засаливанием. Уксусная и другие кислоты, этиловый спирт (если маринование проводили в вине или пиве) и вещества, выделяющиеся из специй, подавляют рост бактерий или убивают их.

Собственно говоря, и сейчас многие используют маринад для сохранения продуктов, правда это касается не мяса, а домашнего консервирования овощей. Любой человек, кто хоть раз закатывал огурцы или помидоры на зиму, знает, что при правильном соблюдении рецепта маринованные овощи можно хранить без холодильника.

Слово «маринад» появилось в Европе в XVII веке. В это время активизация морской торговли сделала восточные пряности более доступными для европейцев, что, вероятно, привело к созданию новых рецептов. «Маринад» происходит от латинского слова mare — «море», но связано ли это с морской водой (aqua marina), которая иногда тоже применялась для консервирования мяса, или с заморским происхождением некоторых компонентов маринада — неясно. Со временем маринады стали использоваться не только для консервирования продуктов, но и просто в кулинарии: стало понятно, что одни компоненты рецепта делают мясо нежнее, другие — ароматнее, третьи — выполняют обе функции сразу.

В некоторых рецептах советуют добавлять в маринад немного растительного масла — и это тоже можно объяснить с точки зрения химии. Моно- и диглицериды жирных кислот, которые входят в состав многих растительных масел (в первую очередь — оливкового), являются эмульгаторами и могут облегчать компонентам маринада прохождение клеточных мембран, таким образом делая процесс насыщения мяса специями и водой более быстрым и эффективным. Впрочем, с таким же успехом можно использовать и подсолнечное масло — всё равно кислая среда маринада будет способствовать гидролизу содержащихся в нем жиров и частично превратит триглицериды жирных кислот в ди- и моноглицериды. Та же судьба будет ждать и триглицериды из состава животных жиров. Кроме того, в масле лучше растворяются некоторые компоненты пряностей и специй — сложные эфиры, терпеноиды и другие неполярные вещества. Обычно добавлять растительное масло рекомендуется в маринады для птицы, рыбы или очень постного красного мяса. Если для шашлыка берется свинина или баранина «с жирком», тратить на маринад растительное масло нет необходимости.

Сравнение различных рецептов маринада — это не только кулинарный поединок приверженцев различных способов приготовления шашлыка, но и вполне серьезная научная задача, которой посвящают научные статьи. Так, существует работа, в которой сравнивалось действие коммерчески доступных и самодельных маринадов на куриное мясо (J. Tomaszewska-Gras, P. Konieczny, 2012. Effect of marination on the thermodynamic properties of chicken muscle proteins studied by DSC). В рамках этой статьи качество маринада определяли не субъективными методами, а вполне научными — например, измеряли прочность приготовленного куриного шашлыка на разрыв. Наилучший результат показал самодельный маринад, содержащий 20,7% яблочного уксуса, полученного из яблочного сидра, 16% лимонного сока, а также оливковое масло, коричневый сахар, чеснок и горчицу. Рецепты других маринадов в статье также приводятся, так что желающие могут их опробовать и сравнить результаты самостоятельно.

Подобного рода исследования проводят не просто для увеличения числа публикаций и увеличения индекса Хирша, а для разработки новых рецептур маринадов для пищевой промышленности. Многие промышленные рецепты приготовления мясных продуктов тоже включают в себя стадию маринования, правда на производстве мясо обычно не замачивают в маринаде — его впрыскивают в мясо с помощью специальных шприцов. Это ускоряет процедуру обработки мяса и экономит ингредиенты маринада.