Наука и кулинария. Физика еды. От повседневной до высокой кухни

Мороженое – отличный пример того, как научный подход способен помочь приготовить что-то вкусное… но только в случае его правильного применения. На первый взгляд рецепт похож на головоломку: мы кладем в молоко сахар, чтобы мороженое было сладким, но это понижает точку застывания молока, и его труднее заморозить. Можно было бы положить мороженое в морозильник и просто подождать, пока оно застынет, но в идеале его надо постоянно перемешивать во время застывания, чтобы кристаллы не стали слишком крупными. Вместо этого можно положить смесь в ведро со льдом из морозильника, однако температура льда быстро достигнет точки плавления, 0 °C, а точка застывания мороженого ниже этой температуры. Решение в том, чтобы добавить в лед соль – много соли. Соль – еще одно растворимое вещество, как и сахар, и при добавлении в воду дает сходный эффект: понижает точку плавления. В краях с холодным климатом зимой дороги часто засыпают солью, чтобы не дать дождю и снегу смерзнуться. Разбрасываемая соль понижает точку застывания настолько, что проезжая часть и тротуары не покрываются льдом и не становятся скользкими.

Вот в чем фокус: в рецепт мороженого нужно добавить достаточно соли, чтобы точка застывания смеси воды и соли стала ниже, чем и без того низкая точка застывания смеси для мороженого. В данном случае нам везет: величина точки застывания зависит от количества молекул, добавленных в воду. Чем больше молекул, тем ниже точка застывания. Метод работает, потому что в каждой молекуле соли два иона – по одному иону натрия и хлора, – а у сахара всего одна молекула. Соль побеждает, и у вас получается мороженое: приятного аппетита!

Нагрев белков

Мы уже увидели, какую важную роль вода, углеводы и жир играют в фазовом превращении пищи. Теперь давайте рассмотрим последние из основных молекул пищи: белки. Можно утверждать, что белки – самые важные молекулы для жизни. Они – те машины, которые заставляют наш организм работать: белки помогают переваривать пищу, переносят сигналы в мозг и даже помогают легким метаболизировать кислород. Каждая клеточка нашего тела набита белками, которые заставляют клетки делиться, расти и делать все то, что необходимо, чтобы оно жило и здравствовало.

При нагревании, сильно превышающем комфортную для белков температуру, они перестают работать. Некоторые из них можно нагревать сильнее прочих: например, белки арктических пингвинов переносят жару гораздо хуже белков пустынных кактусов.

Белки не только важны для функционирования живого: пища, которую мы едим, также получается из живого. Это относится ко всем – веганам, вегетарианцам и мясоедам. Может, веганам и неприятно будет это услышать, но первое, что происходит при нагревании живой материи, которую мы едим, – как животного, так и растительного происхождения, – мы ее убиваем. Более того, смерть жизненно важна для безопасности еды. До тепловой обработки продукты полны микроорганизмов – бактерий и грибков, – часть из которых есть вредно. Очень небольшого количества тепла достаточно, чтобы работа белков внутри этих микроорганизмов дала сбой и микробы погибли. Если эти микробы не убить, они могут вызвать у нас болезнь, а со временем способствовать порче, а потом и гниению продукта. Большинство микроорганизмов живут и благополучно размножаются в диапазоне температур, начиная с чуть выше ноля и заканчивая примерно 50 °C. Это объясняет, почему пища, оставленная при комфортной комнатной температуре 25 °C, относительно быстро портится. Этим же объясняется и то, почему бактерии и грибки прекрасно себя чувствуют при температуре тела 37 °C – приятно теплой среде для микроба. Температура нашего тела обеспечивает выживание как полезных микробов, живущих у нас в кишечнике, так и вредных, которые вызывают заболевание. При температурах ниже этого диапазона холод не дает микробам выживать и расти. Вот почему холодильники и морозильники столь эффективны для хранения продуктов: чем ниже температура, тем медленнее могут расти микробы и тем дольше может храниться еда.

Когда температура всего на несколько градусов превышает 50 °C, работа белков, которые участвуют в основных химических реакциях, дает сбой, и организм погибает. Почему это происходит? Представьте себе молекулы белков. Это длинные цепочки аминокислот, которые свернуты в высокоспецифичные трехмерные структуры. Когда вы увеличиваете нагрев, тепловая энергия заставляет белок извиваться. Из-за такого движения белок растягивается и двигается во все стороны, и в конце концов часть связей, удерживающих эту конструкцию, рвется и белок начинает терять свою структуру или разворачиваться. Этот процесс можно увидеть на рисунке 5. На первый взгляд изменение структуры может показаться незначительным, почти незаметным. Однако, будь вы живым организмом, зависимым от работы этого белка, вы это определенно заметили бы, потому что белок больше не выполнял бы свою основную клеточную функцию и вы бы умерли.