Химия по жизни. Как устроен наш быт, отношения, предметы и вещи с точки зрения химических реакций, атомов и молекул

Если вы до сих пор помните процесс фотосинтеза из своего университетского курса биологии, то уже, наверное, догадались, как производится глюкоза. Растения используют солнечную энергию для преобразования воды и углекислого газа в кислород. Это одна из причин, почему кислород является самым распространенным моносахаридом на Земле. Глюкоза содержится в кукурузе, винограде и даже в нашей крови.

Фруктоза как моносахарид присутствует во всех фруктовых сахарах. Она содержится в сахарном тростнике, свекле, меде, а также во фруктах и ягодах.

Вещество, которое чаще всего используется в начинках пирогов, а также в кофе и чае, – это дисахарид, называемый сахарозой (C₁₂H₂₂O₁₁) или столовым сахаром. Сахароза не настолько сладкая, как фруктоза (фрукты), но намного слаще глюкозы (содержится в большинстве овощей). Сахароза – это результат соединения молекул глюкозы и фруктозы. Вот почему она называется дисахаридом (буквально «два сахара»). (Если вы подумали, что моносахарид – это один сахар, то вы правы.)

Фруктоза, глюкоза и сахароза являются простыми сахарами. Они могут соединяться друг с другом с помощью реакции конденсации, образовывая полисахарид или длинную цепочку моносахаридов. Обычно мы называем полисахариды крахмалами, а крахмал содержится в картофеле, бобах и рисе.

Сахар тоже реагирует на тепло. Например, когда я ставлю пирог в разогретую духовку. Этот процесс называется карамелизацией, и обычно при данном процессе изменяется цвет выпечки, а помещение наполняется невероятными запахами. Если вы готовите карамель, то обратите внимание, что со временем твердое белое вещество превращается в густую, вязкую желтую жидкость, а затем в вещество темно-коричневого цвета. Когда темно-коричневое вещество застывает, получается карамель; это происходит после того, как в воздух выбрасываются все ароматные соединения.

Но что происходит на самом деле? Начнем с того, что белое твердое вещество в начале, сахар, начинает расщепляться. При взаимодействии с теплом связи в сахаре постепенно рвутся, из-за чего образуются глюкоза и фруктоза. Эта смесь представляет собой желтую жидкость, которую мы видим на промежуточном этапе. Если мы посмотрим на этот процесс под микроскопом, то увидим, что полисахаридные цепочки моносахаридов начинают медленно распадаться на молекулы – сладкие, горькие, ароматные – именно поэтому мы чувствуем яркий запах пирога.

Когда я ставлю пирог в духовку, то молекулы белка, о которых мы уже говорили ранее (например, в муке), тоже реагируют на тепло. Это приводит к началу денатурации: тепло духовки начинает разрушать связи внутри молекул белка в муке.

Если вы хотите представить этот процесс, то подумайте о теплой, сладкой булочке с корицей (в классической форме рулета). Когда духовка нагревается до определенной температуры, рулет начинает вибрировать. Дополнительная энергия от тепла духовки разрушает межмолекулярные взаимодействия, которые помогали булочке поддерживать свою форму. Тогда она начинает увеличиваться в размере, словно рулет решил раскрутиться в прямую линию. Такие изменения происходят во всем пироге на молекулярном уровне. Трехмерные белки превращаются в плоские двухмерные (то же самое происходит с яйцами при приготовлении омлета). Это важно, поскольку в ходе процесса все атомы в молекулах обнажаются.

Вы когда-нибудь ломали булочку корицей перед тем, как съесть? Если бы вы в детстве играли со своей едой, как это делала я, то увидели бы, что пекарь посыпал булочку корицей и намазал сверху маслом (или глазурью) перед тем, как закрутить из теста рулет. Вот так выглядят молекулы кондитерской муки после завершения денатурации. Вкуснятина на атомном уровне.

Когда белки полностью денатурируют, то начинается другой процесс – коагуляция. Белки, по форме напоминающие развернутые булочки с корицей, начинают сталкиваться друг с другом. Как я уже говорила, тепло духовки заставляет молекулы вибрировать, так что им не сложно столкнуться друг с другом.

В ходе подобных столкновений образуются водородные связи. Создается длинная цепочка связанных между собой атомов с пустыми карманами, а также больших белков. Что самое интересное, все молекулы воды, находящиеся в пироге, заполняют эти пустые карманы. Комбинация воды и цепочек из белков представляет собой «испеченный пирог» и имеет плотную рассыпчатую текстуру (обычно люди называют ее основой пирога).

Пекари не знают точно, когда происходят эти молекулярные взаимодействия. Так как все это происходит на микроскопическом уровне, мы не можем просто открыть духовку и понять, на каком этапе сейчас пирог. В кулинарных книгах никогда не упоминаются процессы денатурации и коагуляции. Там просто говорится, что необходимо разогреть духовку до 180°C и выпекать пирог в течение пятидесяти минут. Вот поэтому готовая выпечка может быть невкусной, так как может с легкостью пригореть или не приготовиться до конца.