Текст книги "Всё о науке за 60 минут"

Холодный каравай – черствый каравай

Холодильники изменили наш подход к питанию и ведению хозяйства. Помещая продукты в ящик, где температура на несколько градусов выше точки замерзания воды, мы можем замедлить рост бактерий и плесени и увеличить срок хранения десятков видов продуктов – от йогурта до тушек цыплят. Низкая температура также помогает сохранить пищу влажной, уменьшая испарение. А в случае с фруктами она еще и активно препятствует их созреванию. Холодильники на кухне и рефрижераторы позволили нам наслаждаться любимыми продуктами в любое время года, где бы мы ни находились, ведь теперь они всегда есть в наших супермаркетах. И все же кое-что охлаждать в холодильнике не следует. Например, хлеб. Замораживание – прекрасная идея для длительного хранения хлеба, но никогда, повторяю, никогда не храните его в холодильнике.

Хлеб может включать в себя всевозможные ингредиенты, но в его основе лежит всего три компонента: мука, вода и дрожжи. Дрожжи представлены живыми микроорганизмами, которые растут и производят пузырьки углекислого газа, обеспечивая тем самым легкую «пушистость» выпеченному хлебу. Но ключевую роль в моем совете «не охлаждать хлеб» играют мука и вода.

Я надеюсь, все вы знаете, что муку изготавливают, перемалывая семена пшеницы. Они состоят из трех частей. Наружная оболочка семян (после обдирки отрубей) богата волокнами, но на этом ее ценность заканчивается. Под наружной оболочкой находится зародыш, который при посеве семени становится новым ростком пшеницы. Наконец, бóльшую часть внутреннего пространства семени заполняет крупный сгусток крахмала, смешанный с небольшим количеством белка. Для получения цельной пшеничной или ржаной муки используются все три части семени, а знакомая нам белая хлебопекарная мука (высшего или первого сорта) – это просто размолотый крахмалистый шарик с белком. Если смешать белую муку с водой и немного помесить ее, получится пружинистое тесто, а не клейкое месиво. Упругость этому тесту придает белок, называемый клейковиной или глютеном. Однако этот факт не имеет никакого отношения к теме охлаждения хлеба, поэтому я заканчиваю свое отступление, и мы продолжаем.

Что в данном случае действительно важно, так это форма, которую молекула крахмала принимает в семенах пшеницы, прежде чем их размелют для получения муки. Крахмал в растениях образуется путем соединения глюкозы в длинные цепочки, а затем «сшивания» этих цепочек друг с другом. Растение формирует крошечные гранулы крахмала в семени как запас питания, и, именно из-за того, что крахмал «упаковывается» в гранулы, его описывают как кристаллическую структуру. При смешивании гранул крахмала, составляющих основную массу муки, с водой, вода проникает между длинными цепочками глюкозы, расщепляя тем самым аккуратную кристаллическую структуру, и крахмальные гранулы набухают и становятся более мягкими и студенистыми. Можно увидеть это, если залить кипятком кукурузный крахмал – он сразу же превратится в липкую слизь. Да, звучит не очень-то аппетитно, но именно это крахмалистое вещество делает хлеб мягким и влажным.

Если оставить хлеб на столе, он начнет черстветь. В значительной степени потому, что вода в нем постепенно испаряется, но причина также и в том, что крахмал очень медленно возвращается к своей кристаллической структуре. Этот второй процесс называется ретроградацией. В ходе него вода выжимается из студенистого крахмала, и, хотя какое-то ее количество все еще может оставаться в хлебе, тот становится более сухим и черствым. Решающим моментом здесь является то, что ретроградация резко ускоряется при температуре от –8 до 8 °C. Таким образом, в холодильнике, при температуре около 5 °C, крахмал быстрее ретроградирует и хлеб становится черствым. Даже если его плотно завернуть в пластиковый пакет, чтобы предотвратить высыхание из-за испарения воды, хлеб в холодильнике все равно будет черстветь быстрее, чем при комнатной температуре. Он также покажется сухим на вкус, хотя содержание воды в нем почти не изменится.

Однако все не так уж и плохо, поскольку при температуре намного ниже –8 °C крахмал не ретроградирует. Так что вполне разумно, если вы хотите продлить жизнь хлеба, просто заморозить его (при температуре около –20 °C). Вы также можете восстановить хлеб, который зачерствел в холодильнике, осторожно нагревая его: поместите буханку в духовку на пять минут, и хлеб не только станет хрустящим, но и по вкусу будет напоминать свежеиспеченный. Конечно, хлеб, хранящийся при комнатной температуре, заплесневеет гораздо быстрее, чем охлажденный, поэтому тут уже кому что больше нравится – заплесневевший или черствый.

Острее острого

В обычной коллекции кухонных специй может скрываться немало природных сильнодействующих средств. Для фармацевта некоторые из них полезны тем, что обладают очень специфическим биохимическим действием, тогда как для всех остальных – лишь приятной пикантностью, которую они придают различным блюдам. Самое известное из этих средств – капсаицин, и содержится он в перцах чили всех форм и размеров. Относительная острота перца чили зависит от того, сколько в нем капсаицина. Эту остроту можно измерить с помощью разработанной в 1912 году американским химиком Уилбуром Сковиллом системы для сравнительной оценки степени жгучести перцев капсикум – так называемой шкалы Сковилла. По ней болгарский перец имеет 0 ЕШС (единиц шкалы Сковилла), перец «халапеньо» – около 2 500 ЕШС, а карибский красный перец (известен также как «шотландская шляпа») – от 100 000 до 350 000 ЕШС. Тем не менее эти перцы – «дети» по сравнению с суперострыми сортами. Нынешний рекордсмен мира – перец сорта «каролинский жнец». Этот уродливый ярко-красный сморщенный перчик чили набрал более 2 000 000 ЕШС.

К сожалению, шкала Сковилла довольно ненадежна, поскольку жгучесть оценивается группой из пяти дегустаторов, пробующих разбавленные экстракты тестируемого перца. Когда трое из пяти дегустаторов соглашаются, что ощущают лишь тепло во рту, определяется степень разбавления экстракта и, собственно, величина остроты перца по шкале Сковилла. В зависимости от выбранных дегустаторов результаты могут сильно отличаться. Есть мнение, основанное на результатах другого теста, что чистый капсаицин наберет 16 000 000 ЕШС, что, безусловно, умопомрачительно остро даже для самого ярого поклонника перчиков чили.

Далеко не просто так в английском языке вкус перца чили и капсаицина, который он содержит, описывается словом hot, что значит «горячий». На языке и в слизистой оболочке рта у человека находятся нервные окончания, позволяющие нам чувствовать также высокую температуру. Благодаря им, если вы наберете полный рот супа и он окажется слишком горячим, вы сразу узнаете об этом. На самых кончиках нервных клеток есть клеточные мембраны, которые включают в себя белок. Защитный механизм запускается при температуре 43 °C: белок начинает менять форму и открывает отверстие в мембране нервных клеток, позволяя ионам кальция проникать внутрь. Это, в свою очередь, запускает нервный импульс, «выстреливающий» в ваш мозг сообщение, которое вы расцениваете как тепло и боль. Этот белок носит крайне незапоминающиеся названия: «катионный канал с транзиторным рецепторным потенциалом», «ванилоидный рецептор 1»[3]3
  Дело в том, что TRPV1 и другие представители семейства TRPV активируются химическими соединениями, содержащими ванилиновую группу (например, капсаицином).


[Закрыть] и «терморецептор», а для ученых – TRPV1. Оказывается, что не только тепло активирует TRPV1, но и капсаицин, когда «прилипает» к этому белку. Таким образом, перец чили ощущается во рту точно так же, как что-то горячее, по той причине, что и то и другое обнаруживается одними и теми же нервными окончаниями.

Однако перец чили – не единственная острая на вкус специя. Черный перец, имбирь, горчица и даже сычуаньский перец тоже вызывают жар во рту, хотя и за счет разных химических веществ. А связывает все эти вкусовые ощущения то, что в основе защитного механизма лежит уже знакомый нам белок TRPV1. Каждая острая специя содержит соединение, активизирующее нервные окончания, которые позволяют нам распознавать тепло. В черном перце есть пиперин (его жгучесть оценивается в 100 000 ЕШС), а в имбире – гингерол (60 000 ЕШС). Представители семейства капустные, к примеру горчица, хрен и васаби, содержат аллилизотио-цианат, или аллилгорчичное масло. Хотя это соединение тоже активирует наши чувствительные к теплу нервные окончания, оно более летуче, то есть легко превращается в газ. Поэтому, когда вы съедаете ложку горчицы, аллилизотиоцианат превращается в газ и проникает в нос, где активирует тепловые рецепторы, которые в свою очередь заставляют вас плакать и обычно очищают ваши носовые пазухи.

Последний в моем «горячем» списке – сычуаньский перец. Оказалось, что он не так уж и прост. Эта специя встречается в азиатской кулинарии и является одним из компонентов знаменитой китайской приправы из пяти трав[4]4
  В ее состав входит фенхель, корица, гвоздика, бадьян и сычуаньский перец.


[Закрыть]. Его выделяют из кожицы крошечных ягод дальнего родственника семейства цитрусовых[5]5
  Плод деревьев рода зантоксилум (Zanthoxylum, желтодревесник).


[Закрыть]. Активное химическое соединение гидрокси-α-саншул имеет знакомый нам острый вкус капсаицина, а также создает во рту ощущение странного онемения или покалывания. За тепло, которое мы чувствуем, ответственен наш старый знакомый – белок TRPV1. Однако удовлетворяющего всех научного заключения о том, что вызывает онемение, пока не сформировалось. Похоже, гидрокси-α-саншул может воздействовать на другие белки в нервных окончаниях – те, что отвечают за наши тактильные чувства, то есть ощущение прикосновений.

По иронии судьбы все растения, которые «производят» перечисленные мной специи, обзавелись жгучими веществами в ходе эволюции, чтобы с их помощью отпугивать животных. Но так случилось, что многим людям очень даже понравилось испытывать ощущения, похожие на боль от ожога, и теперь они щедро добавляют эти пряности в различные блюда.

Слезливая тема лука

Лук – один из тех овощей, что человечество культивирует с давних времен. О нем писали римляне и древние греки, а египтяне 5 000 лет назад использовали семена лука в своих ритуалах мумификации и рисовали изображения лука на стенах гробниц. Его история началась даже раньше бронзового века: лук обнаружили в останках 7 000-летней давности в Палестине. Казалось бы, за несколько тысячелетий люди уже должны были бы справиться с его основной проблемой – тем, что он заставляет нас плакать.

Возьмите нож и начните резать мякоть лука. Делая это, вы вскрываете множество необычно больших его клеток. Внутри клеток есть два химических вещества, которые обычно не вступают во взаимодействие, поскольку содержатся в разных клеточных отсеках. Разрезая клетки, вы разрушаете целостность отсеков, так что химические вещества смешиваются. Первое из этих веществ – группа аминокислот, белковых строительных блоков, имеющих в своем составе атомы серы и кислорода. Когда эти аминокислоты соединяются с ферментом аллииназа, они производят высокоактивные сульфокислоты. Кстати, английское слово alliinase («аллииназа») происходит от латинского allium – это научное название рода лук.

Образование сульфокислот еще не конец химической цепочки. Далее в дело вступает второй фермент. Величественно названный «синтаза слезного фактора», он начинает взаимодействовать с сульфокислотами и производит, как вы уже наверняка догадались, этот самый «слезный фактор». Учитывая, что по-научному его именуют syn-propanethial-S-oxide, или «пропантиальный оксид серы», я полагаю, что в данном случае разумно ограничиться названием «слезный фактор». Итак, мы подходим к концу нашей истории, поскольку это соединение – очень летучая жидкость, которая моментально превращается в газ, достигающий наших глаз (и других слизистых оболочек).

Возможно, вы удивитесь, но передняя прозрачная часть наружной оболочки вашего глаза, роговица, заполнена сенсорными, или чувствительными, нервными окончаниями. Они нужны, чтобы выявлять все, что касается нежной роговицы. Когда происходит контакт чего-либо с роговицей, мы бессознательно моргаем и у нас появляются слезы, чтобы смыть раздражитель. Слезный фактор же прилипает к нервным окончаниям, заставляя их поверить, будто роговицы коснулось что-то горячее. Мы чувствуем это как жгучую боль, хотя никакого тепла на самом деле нет, и наши глаза начинают слезиться. Есть много химических веществ, способных вызывать такую же реакцию, например капсаицин, но лишь лук и родственные ему растения являются источниками летучих слезоточивых веществ, или лакриматоров.

С химией разобрались. Однако пока совершенно неясно, почему в луке эволюционировала столь запутанная цепь химических событий, ожидающих своего часа. Для этого нам нужно обратиться к ботанике, а также к пониманию природы травоядности животных. Лук – растение двулетнее. В первый год он вырастает из семени в веер толстых, но полых зеленых листьев и попутно создает себе запас пищи в основании этих листьев, поскольку, набухая, именно листья формируют под землей луковицу. Она перезимовывает и весной пускает побег, затем еще больше листьев и, наконец, цветонос. Цветы в свою очередь дают семена, и весь цикл начинается снова. Очевидно, что с точки зрения выживания растения крайне важно, чтобы луковица, переполненная накопленной энергией, оставалась в земле невредимой в течение всей зимы. С этой целью в ходе эволюции у лука выработалась способность последовательно выделять неприятные химические вещества. Если какое-либо животное начинает жевать луковицу, из нее высвобождаются слезоточивые летучие соединения, и глаза травоядного начинают гореть. В итоге оно благоразумно оставляет растение в покое.

Но к несчастью для лука, после разрушения слезоточивых соединений проявляется восхитительный вкус и аромат. Так что ради этого мы готовы терпеть боль и дискомфорт.

Людям так нравится лук, что они то и дело пытаются придумать, как избежать слез. Эти методы варьируются от причудливых и бесполезных, таких как покусывание деревянной ложки во время измельчения лука, до чрезвычайно неудобных, например резки лука под проточной водой. Однако есть и несколько вполне научных методов. Поскольку слезный фактор воздействует на слизистую оболочку глаз, обычные очки для плавания полностью избавят вас от слез. Выглядеть вы будете довольно глупо, так что, если вам это не подходит, попробуйте открыть окно или включить вентилятор, чтобы создать ветерок и сдуть слезный фактор.

Решение проблемы, популярное среди профессиональных поваров, еще проще – быстро измельчать лук. Проходит около 30 секунд, прежде чем в ходе химической реакции начнет выделяться слезный фактор. Владея очень острым ножом и отточенной техникой, опытный шеф-повар способен нарезать луковицу даже быстрее. Добавлю также, что крайне важно сразу же выложить нарезанный лук на сковородку, залить его маслом и начать готовить. Если же вы оставите лук на доске, все ваши усилия окажутся напрасными.

Существует и еще один научный подход. В 2008 году в Новой Зеландии Колин Иди и его команда биологов нашли способ генетически модифицировать лук так, чтобы остановить производство синтазы слезного фактора. Нет фермента – нет слез. Кроме того, ученые утверждают, что все остальные вкусовые и ароматические вещества в луке останутся, он будет даже более вкусным. Поскольку пока получены лишь первые результаты, пройдет еще много лет, прежде чем на полках супермаркетов появится по-настоящему бесслезный лук. Ну а до тех пор носите очки и учитесь резать его быстрее на ветру.

02 Что в сердце кухонных наук

Изобретение, изменившее нашу кулинарию

Охлаждение не просто помогает сохранить напитки и продукты холодными. Этот процесс – краеугольный камень западной культуры питания. Возьмите что-то существенное, скажем пакетики с листьями салата. Я, например, никогда не ел ничего более потрясающего, чем мягкий салат латук в его естественном виде. Если оставить пакет с салатом не в холодильнике, уже через несколько дней он превратится в отвратительную черную слизь. С точки зрения биологии это увлекательная и совершенно волшебная метаморфоза, тогда как для нас – скорее проблема. Охлаждая смешанные листья японской листовой капусты мизуна (салат мицуна) и ароматную зелень салата рокет, мы замедляем процесс клеточного распада и роста бактерий. Без охлаждения было бы невозможно собрать, вымыть, упаковать и довезти салат до потребителя.

Конечно, в охлаждении нуждается не только пакетированный салат. Без него половина полок супермаркетов была бы пуста. Одни из самых популярных фруктов в мире – бананы. Однако без охлаждения до 13 °C при перевозке они превратились бы в перезрелую черную кашицу еще до того, как доберутся до потребителей.

Идея использования низких температур для продления срока хранения пищевых продуктов известна на протяжении многих веков. Великому Фрэнсису Бэкону, эрудиту начала XVII века, а не художнику XX века, обычно приписывают изобретение замороженной курицы. Конечно, это не все, что он сделал, но единственное в его творческой биографии, что имело отношение к охлаждению продуктов питания. Ранней весной 1626 года, направляясь в деревеньку Хайгейт на севере Лондона, Бэкон по неизвестным нам причинам решил купить выпотрошенного цыпленка и набить его снегом. Тем самым он продемонстрировал, что охлаждение – это замечательный способ дольше сохранять пищу свежей. К несчастью, этот эксперимент стал одним из последних, проведенных Бэконом. Должно быть, он был одет неподобающе легко для сильного снегопада и подхватил простуду, которая переросла в пневмонию. Вскоре, все еще находясь в Хайгейте, ученый умер. Так что, к сожалению, история не донесла до нас записи о первом в мире приготовлении в печи замороженного цыпленка.

Холод, который производят холодильники, – результат довольно простого процесса, а именно испарительного охлаждения. В следующий раз, когда выйдете из душа, остановитесь на мгновение, ощутите холод и подумайте, почему вам холодно. В конце концов, когда вы раздевались, чтобы пойти в душ, вам же не было так холодно. Так почему же, когда вы выходите из душа, вам становится холоднее? Это не температура в комнате падает, а вода, которая испаряется с кожи, охлаждает вас.

Впервые данный эффект продемонстрировал хитрый шотландец по имени Уильям Каллен – в 1756 году на публичной лекции о том, как охлаждать различные вещи. Это произошло в Эдинбурге, в Шотландии, так что слушателям наверняка была очень близка тема холода. На лекции Каллен продемонстрировал интересный факт. Если позволить жидкости, которую мы сегодня называем диэтиловым эфиром, испариться, она остынет настолько, что ее можно будет использовать для замораживания воды. То есть ученый делал лед прямо на лекции. Причина, по которой он использовал именно диэтиловый эфир, заключается в том, что у него очень низкая температура кипения – 35 °C, даже ниже нормальной температуры тела человека. Выступление Каллена прошло отлично по всем статьям. Но, увы, лед, который он получил на глазах у собравшейся публики, не смог зажечь ни одной изобретательской искры, так что потребовалось целых 150 лет, чтобы этот принцип воплотился в механизме.

Таким образом, действие наших домашних холодильников основано на принципе, представленном Калленом и реализованном в практичной, удобной для всех нас форме. Специальная жидкость, называемая хладагентом, в ряде трубок попеременно испаряется и охлаждается, а затем конденсируется и нагревается. Хладагент по сути делает то же самое, что и диэтиловый эфир. Испарение происходит в вертикальной пластине внутри холодильника. Хладагент превращается в газ в трубках этой пластины, забирая тепло из внутренней части холодильника. И именно так в нем рождается холод. Далее газообразный хладагент направляется к металлической решетке, расположенной сзади. Я уверен, вы знаете, о чем идет речь. Это такая проволочная решетка, которая вечно покрыта толстым слоем пыли. В ней еще иногда застревают мелкие предметы, которые падают за холодильник. Но самое главное – она всегда теплая на ощупь. Внутри ее трубок происходит обратный процесс. Хладагент конденсируется из газа обратно в жидкость и высвобождает запасенную последним энергию. Эта энергия высвобождается в виде тепла, которое рассеивается в воздухе за нашими холодильниками. Чтобы заставить эту систему работать, нужно всего лишь прокачивать хладагент по трубкам. При соединении трубок разных диаметров внутри герметичной системы создаются зоны высокого и низкого давления, и хладагент можно заставить испаряться и конденсироваться в конкретных местах. Со временем расположение трубок и используемые хладагенты, конечно, изменились, но принцип, лежащий в основе холодильных установок, не поменялся.

Итак, можно ли создать более эффективный холодильник? Сейчас есть и другие технологии, которые позволяют охлаждать, – например, основанные на эффекте Пельтье, с прямым преобразованием электричества в разницу температур. Но конкретно эти технологии подходят лишь для изготовления очень маленьких холодильных установок (скажем, процессоров в компьютерах). Если же вы хотите сделать свой холодильник более эффективным, есть несколько доступных идей. Во-первых, не открывайте его. Конечно, это не самый практичный совет, но все же помните: каждый раз, когда вы открываете холодильник, холодный воздух буквально вырывается из него и заменяется теплым. Во-вторых – и это уже гораздо более реально, – постарайтесь держать холодильник полным. Тогда при его открывании внутри будет меньше воздуха, который вырвется наружу. И наконец, совет для действительно увлеченных: вы можете повысить теплоизоляционные свойства холодильника с помощью полистирольных листов. Это поможет оградить холодильник от просачивания в него тепла и почти вдвое снизит энергопотребление устройства. Но имейте в виду: если решите последовать этому совету, убедитесь, что не закрываете теплую решетку в задней части холодильника. Иначе она не сможет выполнять свою работу по рассеиванию тепла.

Возможно, холодильник и его сверхмощный брат – морозильник – и не самые блестящие и впечатляющие из многочисленных изобретений человечества, но то, что они оказали и продолжают оказывать невероятно значительное влияние на наш рацион питания, не вызывает ни малейших сомнений.