Chemie na špejli. Jak dobře vědci rozumí tomu, jak vařit šašlik?

Přišlo léto a s ním i čas vyrazit na čerstvý vzduch, teplé počasí a samozřejmě grilování. Existují desítky různých receptů a tipů, jak správně grilovat ražniči, a také stovky jejich kombinací. Debatu o tom, jaké maso zvolit, jakým kořením ho marinovat a jak dlouho ho uchovat nad uhlím, necháme na zkušených amatérech a profesionálech a místo toho se pokusíme přijít na to, k jakým chemickým přeměnám u kebabu vůbec dochází etapy jeho přípravy.

Vaření ražniči je z pohledu chemika komplexní proces, v jehož každé fázi dochází k velkému množství jemných a vzájemně propojených reakcí. Pokud k věci přistoupíte moudře, bude recept na dobrý ražniči srovnatelný, ba dokonce lepší, než jednotlivé metody organické syntézy. A stejně jako v plnohodnotném vědeckém experimentu je i při přípravě grilování mnoho detailů, které určují optimalizaci procesu – a tedy i chuť a vůni konečného produktu.

Chcete-li tedy vařit ražniči, musíte provést dva hlavní kroky: marinovat maso a smažit ho na uhlí. Nejprve si ale ujasněme, co to maso je – z chemického hlediska.

maso

To, čemu říkáme maso a kupujeme v obchodě pod maskou vepřového a hovězího, je ve skutečnosti kosterní příčně pruhovaná svalovina zvířat. Pokud ovšem nebereme v úvahu vnitřnosti, jako je srdce, které se ke grilování nepoužívá. K masu patří kromě samotné svalové tkáně také tuková a pojivová tkáň, která s ním sousedí.

Svalová tkáň má zvláštní strukturu. Jsme zvyklí, že buňky našeho těla jsou většinou velmi malé a nelze je okem rozlišit. Strukturální jednotkou svalu je svalové vlákno – a to je jedna velká buňka dlouhá několik centimetrů a stovky mikrometrů v průměru. Vzniká fúzí tisíců dalších buněk, a proto může mít svalové vlákno několik tisíc jader.

Hlavní vlastností svalových vláken je schopnost kontrakce. Takto my (a další zvířata) pohybujeme končetinami – a nejen to. Tu zajišťují speciální proteiny – aktin a myozin. Jedná se o podlouhlé molekuly, které tvoří dlouhé svazky uvnitř buněk. Pod vlivem vnějších faktorů (nervový impuls) se tyto svazky začnou pohybovat vůči sobě navzájem a stahovat se směrem ke středu. Celé vlákno je rozděleno do samostatných jednotek – sarkomer – navzájem spojených.

Maso navíc obsahuje velké množství elastinu a kolagenových proteinů v pojivové tkáni. Jsou z velké části zodpovědné za mechanické vlastnosti masa (tvrdost atd.). Protein myoglobin je zodpovědný za barvu masa. Obecně platí, že maso je z velké části bílkovinný produkt, ale samozřejmě má také dostatek tukových vrstev.

Marinování

Maso se marinuje, aby se vyřešilo několik problémů najednou: aby bylo měkčí, dodalo mu další chuť a provedlo se primární antimikrobiální ošetření.

Molekuly kolagenu, které určují tvrdost masa, normálně tvoří pevná vlákna, fibrily. K tomuto sestavení dochází pod vlivem vodíkových vazeb – přitažlivosti mezi částečně nabitými (polarizovanými) fragmenty aminokyselin. Úplně stejné vazby vznikají mezi molekulami vody – mezi atomem vodíku jedné molekuly a kyslíkem druhé.

Mnoho marinád je kyselých kvůli přítomnosti kyselin v nich – nejčastěji octové (například ve víně, majonéze nebo octu), citrónové a mléčné. Sójová omáčka a omáčka teriyaki mají také kyselé prostředí – obsahují velké množství kyseliny pyroglutamové, dále kyseliny jantarové, citrónové, mravenčí a octové. To znamená, že marinády obsahují mnoho vodíkových kationtů, které se mohou vázat na molekuly bílkovin a protonovat je. Tím se mění rozložení nábojů v molekulách a narušuje jemná struktura vodíkových vazeb, což vede ke změně geometrie molekul bílkovin. V důsledku toho dochází k denaturaci bílkovin: kolagenová a aktinová vlákna bobtnají, měknou a kolagen se postupně rozpouští.

Stejného účinku lze dosáhnout i bez použití kyselin. Například některé tropické ovoce, jako je papája a ananas, obsahují enzymy, které štěpí elastin a kolagen na jednotlivé aminokyseliny, a bakteriální a houbové proteázy mohou podobně rozkládat proteiny svalových vláken. Existují také fyzikální metody změkčování masa – udržování pod tlakem řádově několika tisíc atmosfér, což také vede k denaturaci bílkovin.

Rychlost marinování závisí také na složení marinády. Například se ukázalo, že přítomnost alkoholu v marinádě urychluje proces marinování. Je to dáno tím, že lipidová membrána buněk je rozpustnější v alkoholu než ve vodě. Na zkřehnutí masa hrají roli i různé pomocné látky, jako jsou třísloviny ve víně a pivu.

Stojí za zmínku, že marinování ne vždy maso změkne. V některých situacích při nadměrném moření (za přítomnosti příliš velkého množství kyseliny nebo alkoholu) tkáně ztrácejí vodu a jsou příliš tvrdé. Stejného efektu lze dosáhnout, pokud maso převaříte – většina vody z něj jednoduše „odletí“.

Druhým nejdůležitějším účinkem je antimikrobiální. Mohou za to ale nejen kyseliny, ale i další složky marinády, například cibule. Různým metodám ničení škodlivých organismů v mase bylo věnováno poměrně hodně výzkumů, v jednom z nejzajímavějších autoři navrhli přidat ke standardnímu schématu marinování masa v pivu ošetření v ultrazvukové lázni.

Je třeba poznamenat, že ve druhé fázi vaření kebabu se spouští syntéza některých karcinogenů – škodlivých látek, které mohou potenciálně způsobit rakovinu. To platí zejména pro produkty zuhelnatělého tuku kapající na uhlí. Mezi nimi je benzo[a]pyren a další polyaromatické uhlovodíky. Další třídou karcinogenů, které vznikají při spalování masa, jsou heterocyklické aminy. Tyto látky jsou schopny tvořit komplexy s DNA a ovlivňovat fungování buněk. Jedna studie dokonce objevila korelaci mezi častou konzumací uzeného nebo grilovaného masa a některými druhy rakoviny. V souladu s tím se doporučuje omezit používání takových látek, kdykoli je to možné. Ale i zde může pomoci marinování.

Existuje několik studií provedených portugalskými a španělskými chemiky, které naznačují, že určité druhy marinády snižují pravděpodobnost tvorby těchto karcinogenů. Například marinování v tmavém pivu částečně inhibuje tvorbu polyaromatických uhlovodíků a pro snížení podílu vzniklých heterocyklických aminů by se měly volit marinády na bázi vína, piva nebo i s obsahem čaje. Obecně platí, že vliv marinád na tvorbu polyaromatických uhlovodíků obecně stále není tak dobře objasněn. Mezi další možné inhibitory patří cibule, česnek, koření a marinády s kyselinou citronovou.

Smažení

Marinování, díky denaturaci velké části bílkovin, výrazně urychluje proces tepelné úpravy masa. Tím se zabrání dlouhodobému působení tepla a odpařování příliš velkého množství vody. Spolu s urychlením denaturace bílkovin spouští grilování na dřevěném uhlí mnoho dalších chemických procesů v mase.

První z nich je slavná Maillardova reakce. Je zodpovědný za tvorbu silně zapáchajících organických látek, které dodávají smaženému masu zvláštní vůni. Tato reakce zahrnuje aminokyseliny nacházející se v mase a cukrech. V důsledku toho vznikají složité heterocyklické sloučeniny, deriváty furanu, thiofenu, alkylpyridinů a pyrazinů.

Každý druh masa má svůj specifický aromatický profil, je dán poměrem koncentrací tisíců aromatických látek vzniklých při smažení. V případě smaženého kuřecího a vepřového masa hrají důležitou roli ve vůni kondenzační produkty cysteinu s cukry, jako je 2-methyl-3-furanthiol a jeho dimer a 2-furylmethanthiol. S cukry samozřejmě reagují i ​​jiné aminokyseliny. Methionin například interaguje s cukry a podléhá degradaci na methion – tato látka má vůni smažených brambor.

Je jasné, že bílkoviny a cukry se nenacházejí pouze v mase. Maillardova reakce proto hraje roli ve vůni jiných pokrmů. Například vůně pečiva (a některých druhů rýže) je způsobena 2-acetylpyrolinem, reakčním produktem mezi prolinem a cukry. Tato látka se v malém množství objevuje i ve smaženém mase.

Druhým chemickým procesem je zuhelnatění tuků. Tuky jsou estery glycerolu a organických mastných kyselin, jako je stearová, palmitová a tak dále. Při zahřívání se chemicky přeměňují na aldehydy, jako je hexadekanal, hexanal a tak dále. Zajímavé je, že pečené hovězí maso obsahuje více aldehydů než kuřecí a vepřové maso, a proto chutná jinak. A charakteristická vůně jehněčího masa vzniká z kyselin 4-methyloktanové a 4-methylnonanové.

Třetím procesem je reakce mezi produkty zuhelnatělého tuku a produkty Maillardovy reakce. Jsou to všechny druhy alkanthiolů, alkylpyridinů, alkylderivátů thiofenů, pyrrolů, thiopyranů, thiazolů a tak dále. Alkylová část v nich pochází z mastné složky a heterocyklická část pochází z Maillardovy složky.

Při pečení masa navíc dochází k dalším reakcím zahrnujícím aminokyseliny. Cystein a glutathion tak při tepelné úpravě tvoří trithiolany a dithiaziny, které také významně přispívají k zápachu.

Chuť a vůně kebabů je dána nejen produkty rozkladu aminokyselin, cukrů a tuků, ale také produkty spalování uhlí. Mezi nimi stojí za to zdůraznit syringol (jeho název mimochodem pochází z latinského názvu pro šeřík, Syringa vulgaris) a guajakol – vznikají rozkladem ligninu, pojiva pro molekuly celulózy ve dřevě. Tyto látky dodávají ražniči (nebo barbecue) charakteristickou kouřovou vůni.

Poměr aromatických látek v hotovém kebabu ovlivňují desítky technických detailů procesu vaření: teplota, doba pečení, výběr uhlí, maso, marináda, doba marinování. A to je skvělá příležitost, jak vyzbrojeni vědeckou metodou najít svůj vlastní optimální recept na kebab a možná o něm napsat i vědecký článek – s obzvlášť šťavnatým popisem experimentální části.