Зачем маринуют мясо для шашлыка химия кратко

Обновлено: 05.07.2024

Ооо, по моей части. Вспомнились пары "Технологии. ". Мясо содержит белки соединительной ткани-коллаген, эластин и ретикулин. (Это, простым русским языком сухожилия и белок в самой толще мяса, от которого оно становится жестким) . При обычной тепловой обработке оно размягчается, но не сильно. А вот кислоты-другое дело! Они способны их смягчать. Соответственно, при помощи маринования мы смягчаем мясо и сокращаем время тепловой обработки (жарки, варки. ).

маринуют уксусом так, уксус растворяет твердые части оно стает мягче

маринуют атнють не только уксусом . при правильном мариновании мясо становится мягче,

может специи "убивают" микробы, которые могут быть в мясе

Любая кислота (маринад) нарушает структуру белков мяса, оно становится рыхлым, а значит, более мягким.

Наступило лето, а с ним и время походов на природу — за свежим воздухом, теплой погодой и, конечно же, шашлыками. Есть десятки различных рецептов и советов, как правильно жарить шашлык, а также сотни их комбинаций. Споры о том, какое мясо выбирать, с какими специями его мариновать и сколько держать над углями, мы оставим искушенным любителям и профессионалам, а вместо этого попробуем разобраться, какие химические превращения происходят с шашлыком на всех этапах его приготовления.

Приготовление шашлыка, с точки зрения химика, — сложный процесс, на каждом этапе которого происходит большое количество тонких и взаимосвязанных реакций. Если подойти к делу с умом, рецепт хорошего шашлыка будет сопоставим, а то и превзойдет, отдельные методики органического синтеза. И, как в полноценном научном эксперименте, в приготовлении шашлыка есть множество деталей, от которых зависит оптимизация процесса — а значит, вкус и аромат конечного продукта.

Итак, чтобы приготовить шашлык, необходимо выполнить два основных действия: замариновать мясо и обжарить его на углях. Но сперва давайте разберемся, что такое мясо — с точки зрения химии.

То, что мы называем мясом и покупаем в магазине под видом свинины и говядины, на самом деле является скелетной поперечно-полосатой мускулатурой животных. Если, конечно же, мы не будем рассматривать субпродукты, например сердце, которые не используются для шашлыка. Кроме собственно мышечной ткани, к мясу относят еще жировую и соединительную ткань, которая к ним прилегает.

Мышечная ткань имеет любопытное строение. Мы привыкли к тому, что клетки нашего организма обычно очень малы, не различимы глазом. Структурной единицей мышцы является мышечное волокно — и это одна большая клетка длиной несколько сантиметров и диаметром сотни микрометров. Она образуется при слиянии тысяч других клеток, из-за чего в мышечном волокне может быть несколько тысяч ядер.

Главное свойство мышечных волокон — способность сокращаться. Именно так мы (и другие животные) двигаем конечностями — и не только. Это обеспечивают специальные белки — актин и миозин. Это вытянутые молекулы, формирующие длинные пучки внутри клеток. Под действием внешних факторов (нервного импульса) эти пучки начинают двигаться друг относительно друга, стягиваясь к центру. Все волокно разбито на отдельные звенья — саркомеры, скрепленные между собой.

Кроме того, мясо содержит большие количества белков эластина и коллагена в соединительной ткани. Они во многом отвечают за механические характеристики мяса (жесткость и так далее). За цвет мяса отвечает белок миоглобин. В общем, мясо — во многом белковый продукт, но, конечно, и жировых прослоек в нем хватает.

Маринование

Мясо маринуют для того, чтобы решить сразу несколько задач: сделать его мягче, придать ему дополнительный аромат и провести первичную антимикробную обработку.

Молекулы коллагена, определяющего твердость мяса, в норме образуют прочные волокна, фибриллы. Эта сборка происходит под действием водородных связей — притяжения между частично заряженными (поляризованными) фрагментами аминокислот. Точно такие же связи возникают между молекулами воды — между атомом водорода одной молекулы и кислородом другой.

Многие маринады обладают кислой реакцией из-за наличия в них кислот — чаще всего уксусной (например, в вине, майонезе или уксусе), лимонной и молочной. Кислой средой обладает и соевый соус, а также соус терияки — они содержат большое количество пироглутаминовой кислоты, а также янтарной, лимонной, муравьиной и уксусной. Это означает, что в маринадах есть много катионов водорода, которые способны связываться с молекулами белков, протонировать их. Это изменяет распределение зарядов в молекулах и нарушает тонкую структуру водородных связей, что приводит к изменению геометрии белковых молекул. В результате происходит денатурация белков: волокна коллагена и актина разбухают, размягчаются, коллаген постепенно растворяется.

Того же эффекта можно достигнуть и без применения кислот. Например, некоторые тропические фрукты, такие как папайя и ананас, содержат ферменты, разлагающие эластин и коллаген до одиночных аминокислот, а протеазы бактерий и грибов способны аналогичным образом разрушать белки мышечных волокон. Есть и физические методы смягчения мяса — выдерживание при давлениях порядка нескольких тысяч атмосфер, которое тоже приводит к денатурации белков.

Скорость, с которой происходит маринование мяса, также зависит от состава маринада. Например, было показано, что наличие спирта в маринаде ускоряет процесс маринования. Это связано с тем, что липидная оболочка клеток лучше растворяется в спирте, чем в воде. Также свою роль в смягчении мяса играют различные вспомогательные вещества — такие как таннины в вине и пиве.

Второй по важности эффект — антимикробный. Но за него ответственны не только кислоты, но и другие компоненты маринада, такие как лук. Различным способам уничтожения вредоносных организмов в мясе посвящено довольно много исследований, в одном из самых любопытных авторы предлагали добавить к стандартной схеме маринования мяса в пиве еще и обработку в ультразвуковой ванне.

Надо заметить, что на втором этапе приготовления шашлыка запускается синтез некоторых канцерогенов — вредных веществ, потенциально способных вызвать рак. В особенности это относится к продуктам обугливания жира, капающего на угли. Среди них есть бензо[a]пирен и другие полиароматические углеводороды. Другой класс канцерогенов, возникающий при обугливании мяса — гетероциклические амины. Эти вещества способны образовывать комплексы с ДНК и влиять на жизнедеятельность клеток. Одно из исследований даже обнаружило корреляцию между частым употреблением копченого или жаренного на гриле мяса с некоторыми видами рака. Соответственно, рекомендуется по возможности уменьшить употребление таких веществ. Но и тут может помочь маринование.

Есть несколько исследований, проведенных португальскими и испанскими химиками, которые указывают на то, что некоторые виды маринада уменьшают вероятность образования этих канцерогенов. Например, маринование в темном пиве отчасти ингибирует образование полиароматических углеводородов, а чтобы уменьшить долю образующихся гетероциклических аминов, следует выбирать маринады на основе вина, пива или даже содержащие чай. В целом же влияние маринадов на образование полиароматических углеводородов в целом все еще не так хорошо изучено. В число других возможных ингибиторов входят лук, чеснок, специи и маринады с лимонной кислотой.

Жарка

Маринование, за счет денатурации большой части белков, значительно ускоряет процесс готовки мяса. Это позволяет избежать длительного воздействия тепла и испарения слишком большого количества воды. Вместе с ускорением денатурации белков, жарка на углях инициирует в мясе много других химических процессов.

Первый из них — известная реакция Майяра. Именно она отвечает за образование сильно пахнущих органических веществ, придающих особый запах жареному мясу. В эту реакцию вступают аминокислоты, находящиеся в мясе, и сахара. В результате образуются сложные гетероциклические соединения, производные фурана, тиофена, алкилпиридины и пиразины.

Существует огромное количество рецептов шашлыка, и практически все они сводятся к тому, что мясо, перед тем как нанизывать на шампуры и жарить, нужно промариновать. Можно выдержать мясо в вине, пиве, уксусе, кефире и даже минеральной воде. Конечно, шашлыки, приготовленные по разным рецептам, будут различаться тонкими оттенками вкуса, но всегда мясо, зажаренное на открытом огне после маринования, на вкус получается более нежное и сочное.

Если же вымочить мясо в обычной кипяченой воде, то таким мягким и сочным оно не станет. Как с точки зрения химии объяснить необходимость стадии маринования мяса для получения вкусного шашлыка?

То, что мы просто называем мясом, с точки зрения биологии является скелетной поперечно-полосатой мышечной тканью с прилегающими к ней жировой, соединительной, а иногда и костной тканями. Если считать, что для шашлыка берут мясо без костей и с умеренным содержанием жиров, основным компонентом мяса можно считать белки.

Белки представляют собой результат взаимодействия сотен и тысяч молекул α-аминокислот: в результате биохимической поликонденсации аминогруппа одной аминокислоты взаимодействует с карбоксильной группой другой и образует связь, которую в биохимии белков принято называть пептидной, ну а с более широкой точки зрения эта связь амидная, и белки являются полиамидами. Чередование аминокислотных остатков в цепи белка определяет его первичную структуру.

Практически во всех жидкостях, которые мы используем для маринования мяса перед шашлыками, кислотность среды выше, чем необходимо для формирования рабочей третичной структуры мышечных белков: у кефира и у вина среда слабокислая за счет соответственно молочной и фруктовых кислот; маринады на основе уксуса (если исключить специи) можно просто рассматривать как разбавленный раствор уксусной кислоты. Третичные структуры белков (актин и миозин не исключение) чувствительны к кислотности среды (содержанию образующихся при диссоциации кислоты ионов Н+), и в присутствии кислот происходит денатурация белков: плотно упакованные волокна актина и миозина меняют форму, расплетаясь и становясь более рыхлыми. В результате наши челюсти легче справляются с шашлыком.

Параллельно денатурации в кислой среде незначительно протекает гидролиз белков: длинные белковые нити укорачиваются, что тоже облегчает и растирание мяса челюстями, и его переваривание, в процессе которого белки под действием кислоты и ферментов желудочного сока расщепляются до отдельных аминокислот. Правда, нужно учитывать, что глубокий гидролиз может слишком сильно разрушить нити белка, облегчив потерю воды из мяса, жарящегося на огне, и маринование достигнет противоположного эффекта — сделает мясо только жестче (именно поэтому длительно выдерживать мясо в маринаде не рекомендуется).

Маринование также позволяет увеличить сочность мяса за счет процесса, известного как осмос. Вкратце его суть можно объяснить так: в мышечной ткани присутствуют ионы растворимых солей и ионизированных форм этих солей, однако их концентрация меньше, чем концентрация солей в маринаде (особенно если это маринад на основе минеральной воды). Различие в концентрациях будет приводить к тому, что маринад будет поглощаться мясом до достижения равновесного состояния — выравнивания концентраций ионов в волокнах мяса и в маринаде. Ну а поглощение мясом маринада, в свою очередь, приведет к увеличению в нем содержания воды. Даже если часть этой воды потеряется при жарке, термическая обработка не пересушит наше блюдо (опять же, конечно, всё хорошо в меру).

Вымачивание же мяса в воде, содержащей растворимых солей меньше, чем мышечная ткань (кипяченая вода, деионизированная вода), напротив, снизит содержание воды в мясе благодаря тому же осмосу: чтобы выравнялись концентрации, содержащая соли жидкость из мышечных волокон будет уходить наружу, в воду, приводя к понижению содержания воды в мясе, и шашлык станет жестким еще до того, как мясо приготовится и будет пригодно для еды.

Упоминания о применении маринадов можно встретить практически во всей письменную историю человечества. Уже в документах эпохи Древнего Египта описывается, что мясо, перед тем как жарить, нужно выдержать в слабом растворе уксуса. В Китае и Японии тоже существовала традиция маринования мяса и морепродуктов, правда для азиатской кухни главным ингредиентом маринада был соевый соус. Оно и понятно: такие рецепты разрабатывались с учетом местных особенностей и сырья и специй, которые были доступны тем или иным культурам (в доколумбовой Мезоамерике, например, для маринада брали листья папайи). Первоначальная задача маринадов заключалась отнюдь не в облагораживании вкуса мяса или его размягчении — до изобретения холодильников и холодильных установок это был способ сохранения продукта, наряду с засаливанием. Уксусная и другие кислоты, этиловый спирт (если маринование проводили в вине или пиве) и вещества, выделяющиеся из специй, подавляют рост бактерий или убивают их.

Собственно говоря, и сейчас многие используют маринад для сохранения продуктов, правда это касается не мяса, а домашнего консервирования овощей. Любой человек, кто хоть раз закатывал огурцы или помидоры на зиму, знает, что при правильном соблюдении рецепта маринованные овощи можно хранить без холодильника.

Когда ты маринуешь мясо и жаришь его на огне, ты осуществляешь целый ряд сложных химических махинаций. Как выглядит процесс приготовления мяса на огне глазами ученых-химиков?

Не имеющие отношения к науке люди не задумываются, когда делают шашлык, они просто маринуют мясо и жарят его на огне или углях. Они не предполагают, что совершают целый ряд сложных манипуляций и запускают множество химических реакций. Если доверить приготовление шашлыка ученым, то процесс заиграет новыми красками. Разобравшись в научном аспекте шашлыка, ты сможешь пожарить его более вкусно и ароматно. Начнем с самого начала.

Что такое мясо?

Мясом называют поперечно-полосатую мускулатуру, помимо мышечной ткани кусок мясо может включать в себя жировую и соединительную ткань. У каждой из тканей есть своя единица, для мышц – это мышечное волокно, клетка достаточна большая, в длину она может достигать нескольких сантиметров, а в диаметре – сотни микрометров.
Мышцы могут сокращаться, благодаря этому люди и животные могут двигаться, сокращение мышц обеспечивается двумя белками – актином и миозином. Эти белки соединяются в пучки, под действием импульса от нервной системы пучки совершают движения. Помимо этих белков в мясе присутствуют эластин и коллаген, в совокупности они отвечают за структуру мяса, определяют степень жесткости. Цвет мяса определяется белком миоглобином.

Зачем нужно маринование?

Молекулы коллагена образуют волокна, их называют фибриллы. Образование фибрилл происходит под воздействием водородных связей, притягивания заряженных элементов аминокислот. Большинство маринадов представляют собой кислую среду, вино и уксус включают в свой состав уксусную кислоту, сметана и майонез – молочную кислоту, соевый соус и терияки - пироглутаминовую кислоту, сок лимонов – лимонную кислоту. Зачем мы погружаем мясо в кислую среду?
В маринадах на кислотной основе присутствует высокая концентрация катионов водорода, эти частички с положительным зарядом связываются с белками. В результате заряд перераспределяется, водородные связи теряют свою исходную структуру, белковые молекулы подвергаются денатурации. Актин и коллаген в мясе становятся более мягкими, затем коллаген начинает растворяться.

Воздействие на мясо с целью его смягчения может производиться без кислотной среды. Ананас и папайя содержат в составе особые вещества, которые расщепляют коллаген и эластин до аминокислот. Таким же действием обладает выдерживание мяса под высоким давлением – около нескольких тысяч атмосфер, на основе этого принципа работают маринаторы для мяса.
Как быстро мясо замаринуется, зависит от концентрации и состава маринада, к примеру, спирт ускоряет процесс, поэтому в вине или пиве мясо маринуется очень быстро. Если среда маринада будет обладать слишком высокой кислотностью, то мясо станет не мягким, а жестким. Происходит то же самое, что и в случае с пережаренным мясом, из него уходит большая часть воды, структура меняется. Мясо маринуется не только для смягчения, но и для избавления от микробов. Антимикробным эффектом обладает не только кислая среда и маринада, но и добавки, к примеру, лук.

Как жарить шашлык?

Замаринованный шашлык готовится гораздо быстрее, чем сырое мясо. После денатурации белковых соединений мясо становится более чувствительным к воздействию тепла. Если жарить шашлык слишком долго, то мясо потеряет слишком много воды и станет жестким. Во время жарки шашлыка происходит реакция Майяра, благодаря ей мясо получается очень ароматным. Характерный запах шашлыка – это результат реакции аминокислот с сахарами, в результате образуются гетероциклические соединения, обеспечивающие аромат.

Аромат шашлыка зависит не только от соотношения аминокислот, сахаров и ароматических добавок, немаловажную роль в приготовлении мяса на огне играют продукты горения. Выделяемые при горении вещества сирингол и гваякол образуются при распаде лигнина, это вещество находится в древесине для связи молекул целлюлозы. Именно присутствие лигнина обеспечивает аромат дыма. Вкус и запах готового блюда зависит не только от химических реакций, но и от физических аспектов – времени мариновки, температуре и продолжительности тепловой обработки. Именно поэтому лучшие рецепты шашлыка рождаются опытным путем, приготовление шашлыка по новому рецепту или смелая импровизация – это настоящий научный эксперимент.

Таким образом, процедура маринования размягчает мышечные волокна и либо увеличивает содержание воды в готовящемся на огне мясе, либо препятствует потере шашлыком воды при готовке. Как это может происходить?

Третичные структуры белков (актин и миозин не исключение) чувствительны к кислотности среды (содержанию образующихся при диссоциации кислоты ионов Н ), и в присутствии кислот происходит денатурация белков: плотно упакованные волокна актина и миозина меняют форму, расплетаясь и становясь более рыхлыми. В результате наши челюсти легче справляются с шашлыком.

Правда, нужно учитывать, что глубокий гидролиз может слишком сильно разрушить нити белка, облегчив потерю воды из мяса, жарящегося на огне, и маринование достигнет противоположного эффекта — сделает мясо только жестче (именно поэтому длительно выдерживать мясо в маринаде не рекомендуется).

Содержание в воде растворимых солей, распадающихся при диссоциации на ионы, выше, чем в клеточной и внеклеточной жидкостях мышечной ткани, а ионы солей также являются фактором денатурации.

Читайте также: