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

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.

Например, вам когда-нибудь приходилось выпекать (или есть) сухой пирог с мокрым дном? (Или вы с ужасом наблюдали за тем, как такой пирог получился у вашего фаворита в «Лучшем пекаре Британии»?) Мокрое дно получается не из-за того, что пирог достали из духовки слишком рано, а из-за того, что надолго оставляли пирог на противне.

Почему же так случается? Дело в том, что при денатурации у белков появляются пустые карманы, в которые может попасть вода. Эти белки также коагулируют. Если пекарь отвлекается и пирог остается в духовке на несколько минут или даже секунд дольше, чем необходимо, – это приводит к образованию большого количества межмолекулярных взаимодействий. Когда на десерт воздействует лишнее тепло, расстояние между белками уменьшается и они практически выдавливают воду из карманов.

Когда вода испаряется из вашего десерта, существует два варианта развития событий. Первый вариант довольно очевиден: вода испаряется, а выпечка становится сухой и, быть может, даже подгоревшей. Второй вариант не так очевиден, поэтому сильнее расстраивает многих пекарей, в том числе и меня.

Так как вода является относительно плотной молекулой, она может покинуть карман атома, опуститься на дно противня и сформировать водородные связи с другими молекулами воды. Если на дне противня соберется достаточное количество жидкости, то основа пирога превратится в кашу. Думаю, Пол Голливуд, судья «Лучшего пекаря Британии», посмеялся бы над этой ситуацией.

Стоит заметить, что иногда мокрое дно не является результатом межмолекулярных взаимодействий. Иногда это просто ошибка пекаря: например, он решил добавить чуть больше воды, чем требовалось. К примеру, если в рецепте указано, что нужно добавить четыре чаши малины, то не стоит заменять малину на ежевику. Да, даже если вам не нравится вкус малины. Все дело в том, что ежевика намного сочнее малины. Так что, если вы добавите сочную ежевику, то вместо вкусного пирога получите непонятную кашу.

Свежие ягоды vs замороженные ягоды

Вы когда-нибудь задумывались над тем, почему в одних рецептах желательно использовать замороженные ягоды, а в других – свежие? Между черникой в морозильной камере и черникой в холодильнике есть большая разница. Дело в длине водородных связей, существующих между молекулами воды. В жидком веществе водородные связи занимают меньше места, чем водородные связи в твердом веществе. Это свойство воды очень необычное: большое расстояние между молекулами в твердом веществе позволяет льду плавать на поверхности воды. Знаете, это полностью противоположно тому, что обычно делают твердые вещества в жидкостях, так как большинство из них просто утонут.

Это означает, что при замерзании вода расширяется (при этом большинство твердых тел сжимается). Именно поэтому нельзя оставлять в морозилке бутылку шампанского. Жидкость замерзает, расширяется и выталкивает пробку. И тогда в вашей морозилке происходит большой взрыв. Даже когда у меня уже имелись обширные знания по химии, я на собственном опыте узнала, что же на самом деле происходит с банками пива в морозилке. Я допускала ужасные ошибки.

А теперь давайте посмотрим, как все это влияет на вкус свежих и замороженных ягод. В свежей чернике есть обычное содержание воды (около 85 %), поэтому ягода очень сочная. С замороженными ягодами все обстоит иначе. Когда чернику кладут в морозилку, то вода внутри нее замерзает. Образованный лед распирает клетки ягоды, иногда повреждая или разрывая их.

Когда ягоды