Что общего у поджаристого стейка, мумифицированного тела и автозагара? А у пармезана, испражнений динозавров, катаракты и темного пива?
Все эти вещи из разных вселенных объединяет одна-единственная, но очень важная для человеческой цивилизации химическая реакция. Еде она придает румяность и приятный вкус, мумии и бледных людей делает загорелыми, скрытые вещи — явными, а древние предметы — хорошо сохранившимися. Это, конечно же, реакция Майяра, открытая в 1912 году французским химиком Луи Камилем Майяром.
Миру реакция Майяра известна прежде всего тем, что делает еду поджаристой и вкусной. Но на самом деле ее влияние на нашу жизнь гораздо сильнее, а изучение начиналось и вовсе с медицины — с исследования нарушений обмена веществ. В этом тексте мы рассмотрим легендарную реакцию, не ограничиваясь готовкой: с нее начнем, но также уйдем и в другие области и даже затронем гипотезу о влиянии этой реакции на зарождение жизни на Земле. Будет новое и интересное — и полезные лайфхаки тоже будут.
Но сначала база.
Что такое реакция Майяра
Человек, лучше всего осведомленный об этом, скорее всего повар. Реакция Майяра — это химическая реакция между аминокислотами и сахарами, происходящая при нагревании продуктов. Это именно та реакция, которая превращает бледное куриное тело в зажаристое и благоуханное, а белое тесто — в покрытый хрустящей корочкой свежевыпеченный хлеб.
Если углубляться в химию, происходит вот что:
при нагреве сахар открытой формы (например, глюкоза) вступает в реакцию с аминокислотой белка;
образуются вода и нестабильное соединение — гликозиламин;
гликозиламин подвергается перегруппировке Амадори, образуя кетозамин;
кетозамины претерпевают дальнейшие превращения в альдегиды, кетоны, фураны, тиофены, пиразины, etc. — во что именно, зависит от реагентов, условий и типов реакции.
И человеческим языком — при нагреве белки и сахара взаимодействуют между собой и претерпевают ряд превращений. В результате образуются разнообразные вещества (большая их часть, к слову, неважно изучена). Именно эти соединения придают пище вкус и запах «приготовленной» — например, пиразины отвечают за тот самый «ореховый» вкус жареной картошки, а фурфурол — за аромат теплого хлеба. За цвет «поджаристости» в ответе полимеры меланоидины, образующиеся на поздних этапах готовки.
Интересно, что:
При комнатной температуре реакция Майяра тоже протекает. Это происходит очень медленно, но зато потом мы имеем такие вкусные результаты, как мисо-паста, сыр пармезан и хамон (впрочем, помимо Майяра, отдадим должное и ферментам).
При варке, тушении или запекании аналогично — мы имеем более медленную, но неизбежную реакцию Майяра. Именно поэтому бульон для фо бо для достижения нужной «коричневости» варят в ночь, а подливу долго томят.
Реакцию Майяра часто путают с карамелизацией и декстринизацией, а поэтому пара слов о том, как их отличить:
Реакция Майяра — взаимодействие аминокислот и сахаров при оптимальной температуре от 140 °C до 165 °C. Требует наличия как белков, так и углеводов.
Карамелизация — более простая реакция; тип пиролиза, или разложения сахаров под воздействием высокой температуры (обычно выше 160 °C) без участия белков.
Декстринизация — процесс расщепления крахмала на более простые углеводы (декстрины) под воздействием тепла. Придает продуктам сладковатый вкус.
Впрочем, обычно все эти три кита кулинарии плывут бок о бок. К примеру, если вы жарите чистый сахар — это карамелизация. Если картофель — это сочетание декстринизации и реакции Майяра. А вот когда вы готовите стейк — это преимущественно реакция Майяра.
Мертвецы и прочее несъедобное
Несложно догадаться, что если реакция Майяра протекает там, где есть и белки, и углеводы, то, возможно, ее территория не ограничивается продуктами. Если это верно, то можно прийти к страшным выводам: например, что в старости глазные яблоки должны пахнуть сыром. Или что трупы из болот можно есть. Но давайте разбираться.
Болотные тела
Да, реакция Майяра, как показывают некоторые исследования, действительно протекает в трупах, мумифицировавшихся в торфяных болотах, но, к счастью для гурманов, благоухать так, что текут слюнки, они от этого не начинают. Как предполагают некоторые исследования, в реакцию здесь вступают не слишком популярные в кулинарии ингредиенты: коллаген тканей реагирует с полисахаридами из торфов и мхов. Образовавшиеся соединения, наряду с танинами (дубильными веществами торфа), придают коже мертвецов оттенок стейка, похожий на коричневый, а волосам — рыжину.
Копролиты
Еще одно свойство реакции Майяра, тоже полезное — сохранение важных для археологии древних субстанций. А конкретно — испражнений динозавров (копролитов). Реакция приводит к образованию сложных полимеров, которые покрывают свидетельства питания древних животных и таким образом защищают их от разрушения временем.
Автозагар
Тот, кто наносит химические вещества на кожу, дабы выглядеть обласканным солнцем счастливцем, запускает процесс, не так уж и сильно отличающийся от поджаривания цыпленка. Принцип действия кремов для автозагара тоже основан на реакции Майяра. Вот как это работает: активный ингредиент средства, моносахарид дигидроксиацетон (DHA), реагирует с аминокислотами, присутствующими в верхнем (роговом) слое кожи. Этот процесс, называемый гликированием, приводит к образованию уже знакомых нам меланоидинов, которые придают коже коричневатый цвет.
Невидимые чернила
Да, Ленин писал про восстание пролетариата молоком и тем самым тоже эксплуатировал реакцию Майяра. Если молоко нагреть, содержащийся в нем молочный сахар и белки прореагируют, и текст проявится.
Реакция Майяра в медицине
Французский ученый Камиль Луи Майяр открыл свою реакцию в 1912 году. Будучи врачом, он специализировался на исследованиях нарушений обмена веществ и почечных болезней, долгое время изучая подагру. Майяр предположил, что реакция между сахарами и белками может протекать внутри человеческого организма. Спустя годы наука подтвердила, что при диабете повышенный уровень глюкозы в крови действительно ускоряет подобные реакции, что приводит к образованию гликированного гемоглобина. Измерение его уровня стало одним важных анализов для контроля диабета.
С возрастом белки наших тканей медленно реагируют с сахарами крови, образуя так называемые конечные продукты продвинутого гликирования (AGEs). Эти продукты накапливаются в тканях и считаются одной из причин старения и развития возрастных заболеваний. Например, накапливаясь в хрусталике глаза, они вызывают его помутнение — катаракту.
У диабетиков из-за повышенного уровня сахара в крови процесс гликирования идет быстрее. Именно поэтому измерение уровня гликированного гемоглобина (HbA1c) используется для контроля болезни — он показывает, сколько молекул гемоглобина вступило в реакцию с глюкозой крови.
Лайфхаки
Но вернемся к стейкам, если у вас еще пропал аппетит. Реакция Майяра — это процесс химических превращений, а значит, им можно управлять. Вот несколько условий, которые сделают пищу вкуснее и поджаристее:
Повышенная температура. Реакция активно идёт при 140–165 °C. Слишком низкая температура не запустит процесс, а слишком высокая затормозит реакцию за счет активизации карамелизации. Кроме того, при высоких температурах может образовываться канцерогенный полимер акриламид.
Щелочная среда. В слабощелочной среде реакция Майяра протекает быстрее. Именно поэтому немецкие крендели (брецели) перед выпечкой окунают в раствор пищевой соды или щелочи. И именно поэтому оладьи на кефире будут зажаристее, если добавить в тесто дполнительную соду. А вот с лимоном и уксусом лучше осторожнее — они замедляют реакцию.
Сухая поверхность. Излишняя влага препятствует достижению нужной температуры. Мясо перед жаркой лучше промакивать бумажными полотенцами, а нарезанный картофель — высушивать.
Умный выбор сахаров. Фруктоза значительно лучше вступает в реакцию Майяра, чем глюкоза. Поэтому в маринад для обжарки часто добавляют мед.
Наглядно — об ускорении реакции домашними средствами:
Почему нам так нравится вкус реакции Майяра
С учетом того, что соединения, образующиеся при реакции Майяра, и по сей день изучены только частично, о точном ответе на вопрос, почему человек в какой-то момент заинтересовался жареной пищей, речи не идет. Но у эволюционных биологов на этот счет есть три предположения:
приготовленная пища безопаснее сырой;
размягчившиеся при готовке волокна легче переварить;
многообразный и сложный аромат — свидетельство наличия в пище массы полезных веществ.
Реакция Майяра и зарождение жизни на Земле
Напоследок — еще одна эволюционная теория, связанная с реакцией Майяра. Это гипотеза о том, что именно такая реакция могла подтолкнуть развитие жизни на планете, “связав” углерод на морском дне и позволив кислороду накопиться в атмосфере.
Известно, что марганец катализирует реакцию Майяра, позволяя ей происходить при 25 °C . Основываясь на этом, Кэролайн Пикок (Caroline Peacock) и ее коллеги из Университета Лидса добавили минералы железа/марганца в раствор, содержащий глюкозу и аминокислоту глицин. Когда смесь инкубировали при температуре 10°C — примерной температуре древних океанов — минералы ускоряли реакцию Майяра примерно в 100 раз.
Далее они выдвинули предположение, что протекание этой реакции на дне моря (где и в наши дни присутствуют залежи марганца) способствовало созданию сложных полимеров, которые донные микроорганизмы не могли переработать. А значит, получающийся при их разложении углекислый газ не смог подняться в атмосферу и вытеснить кислород. Без этого процесса атмосфера Земли могла бы нагреться еще на 5°C за последние 400 миллионов лет.
Таким образом, без реакции Майяра могло бы не открыться окно для развития сложной жизни, которая жарит стейк. То есть для другой реакции Майяра. Возможно, вся суматоха с эволюцией и стейками — всего лишь способ саморепликации некоторых химических реакций, таких как эта — названная в честь реактора вида “человек”. Но это не точно.
