Идеальный хруст

Почему вообще яблоко хрустит? Чтобы это понять, взглянем на мякоть яблока поближе. Под микроскопом она напоминает пену. Большую часть объёма клеток занимают вакуоли. Это резервуары с запасом воды, сахаров и кислот. Когда концентрация сахара или кислоты повышается, то вода устремляется внутрь резервуара, чтобы разбавить раствор, и внутри повышается давление жидкости: это называется тургорным давлением.

У свежесорванного яблока тургор высокий: клеточные оболочки максимально натянуты. Соседние клетки удерживаются вместе с помощью клея из пектина и укреплены кальцием. Когда мы откусываем яблоко, вакуоль лопается, как воздушный шарик, натянутая клеточная стенка резко разрушается, а сок разбрызгивается во все стороны. 

Куда уходит хруст

Со временем плод теряет первозданную плотность. Превращение сочной мякоти в рыхлую, мучнистую ткань — это результат двух процессов: испарения воды и распада пектина. В процессе хранения яблоко продолжает расходовать влагу на дыхание. Резервуары-вакуоли истощаются, и тургорное давление падает практически до нуля. Оболочки клеток теряют натяжение, становятся мягкими и дряблыми. Сдутая клетка больше не способна накапливать потенциальную энергию: при сдавливании она просто пластично сминается, не издавая звука.

Главная эволюционная задача плода — привлечь животных и птиц для распространения семян. Пока семена внутри яблока не сформировались, ему выгоднее быть несъедобным. Для этого растение насыщает мякоть яблочной кислотой и танинами. Они вызывают вяжущее ощущение во рту, связывая белки слюны. Когда семена готовы к распространению, у яблока начинается выработка гормона созревания — этилена. Кстати, именно поэтому с помощью яблок можно ускорить созревание бананов и авокадо, если положить их вместе.

Этилен запускает массовую выработку пектиназ. Это ферменты, которые разрушают межклеточный клей пектин. Птицам, мелким млекопитающим и обезьянам намного проще съесть мягкую мякоть без лишних затрат энергии и риска повредить зубы или клюв. Растворяя пектиновый межклеточный каркас, ферменты превращают твёрдую ткань незрелого плода в мягкую и привлекательную для поедания.

Пектиназы вырабатываются и в черешке, когда растению нужно сбросить старые листья, отцветшие лепестки или созревшие плоды. Ферменты растворяют пектиновый слой между клетками, и яблоко отрывается от ветки под порывом ветра или когда мы трясём ветку.

Но из-за этилена и пектиназ пропадает источник хруста. При укусе трещина огибает клетки по границам, происходит межклеточное расслоение. Сдутые клетки легко скользят и отделяются друг от друга целыми, без разрыва клеточной стенки. Вакуолярный сок остаётся запертым внутри изолированных клеток, а сама ткань распадается во рту на сухие крупинки целых клеток. В результате мы ощущаем ватную текстуру.

А почему мы любим хрустящее?

Людям нравится хруст в пище, потому что он служит сигналом свежести и вкуса. На подсознательном уровне звук и ощущение хруста ассоциируются со свежесрезанным или недавно сорванным плодом, в котором клетки находятся под высоким тургорным давлением. Напротив, отсутствие хруста, мягкость и мучнистость воспринимаются как признаки перезревания, длительного хранения или порчи.

Нам нравится двойное восприятие звука. Звуковые волны от лопающихся клеточных стенок передаются во внутреннее ухо не только по воздуху, но и через кости челюсти и черепа. Это создаёт объёмный и задействующий сразу несколько органов чувств ответ в головном мозге. Громкий хруст возникает только тогда, когда трещина разрывает натянутые клетки посередине, а не огибает их. Поэтому для нашего мозга звук хруста неразрывно связан с одномоментным выплеском сладкого сока.

Для оценки качества фруктов физики и материаловеды проводят эксперименты, где мякоть яблока рассматривается не как еда, а как напряжённая пористая среда. Образцы яблочной мякоти помещают в испытательные прессы с датчиками. Когда машина сжимает ткань, приборы регистрируют растрескивания клеточных стенок в ультразвуковом и звуковом диапазонах, замеряя частоту, амплитуду и энергию каждого отдельного «микровзрыва» клетки. Учёные строят трёхмерные модели мякоти, чтобы оценить точную геометрию межклеточных пор и толщину пектиновой прослойки между клетками. Челюстное жевание и раскусывание моделируют специальными сенсорами, соединёнными с высокочастотными микрофонами.

Гиперклетки и нехватка газа

Исследования показывают, что именно хрусткость и сочность стоят для нас на первом месте при выборе свежих фруктов и овощей. Большинство традиционных сортов яблок неизбежно подвергаются размягчению. Но в 1991 году селекционеры Дэвид Бедфорд и Джим Луби из Университета Миннесоты после 30-летних исследований представили сорт «ханикрисп» («медовый хруст»), который сохраняет хрустящую текстуру до 6–7 месяцев.

Секрет этого сорта кроется в сочетании двух свойств — гиперобъёма клеток и «сна» пектиназы. Исследование с помощью сканирующей электронной микроскопии показало, что мякоть «ханикриспа» состоит из аномально крупных клеток. Средний диаметр клеток у «ханикриспа» в 2–3 раза больше, чем у традиционных сортов. Когда трещина ломает такую гигантскую клетку, единовременно разрывается большой участок натянутой оболочки и выплёскивается внушительный объём сока, формируя тот самый громкий хруст.

Сорт «ханикрисп» имеет мутацию по гену биосинтеза этилена, поэтому гормон почти не вырабатывается. А без этилена не образуется и пектиназа. В результате пектиновый межклеточный клей не разрушается даже после полугода в холодильнике, и клетки продолжают лопаться с громким хрустом.

Как опознать хрустящее яблоко

У крепкого яблока есть и внешние признаки. Его кожица должна быть гладкой и туго натянутой. Любые мелкие морщинки свидетельствуют о потере воды. Хрустящее яблоко всегда ощущается тяжёлым для своего размера, поскольку его клетки до предела заполнены вакуолярным соком.

Можно проверить тургор на ощупь. Для этого нужно взять яблоко в руку и слегка надавить пальцем. Свежее яблоко с высоким тургорным давлением ощущается твёрдым и плохо поддаётся нажатию. Если мякоть слегка проминается или пружинит, значит вакуоли потеряли воду, клетки сдулись. Слегка щёлкните ногтем по боку яблока. Сочное яблоко с туго натянутыми клетками издаёт звонкий звук. Если звук выходит глухим, это означает, что в мякоти увеличился объём воздушных пор, а межклеточный клей разрушился. 

И ещё несколько лайфхаков, связанных с биохимией яблок:

• Холод замедляет клеточное дыхание: в холодильнике метаболизм яблока и выработка этилена замедляются. Это позволяет сохранить тургор и пектиновый клей. 

• Одно повреждённое или перезревшее яблоко выделяет в 20 раз больше этилена, чем остальные, и запускает цепную реакцию размягчения во всей корзине. 

• Не храните яблоки в одном отсеке с овощами. Морковь становится горькой, огурцы — жёлтыми и мягкими.

Понимание природных механизмов — от роли тургорного давления до генного механизма синтеза этилена — дало селекционерам возможность выводить яблоки, сохраняющие хрусткость месяцами. А для нас знание биохимии плода превращается в практический навык: оценивая вес, упругость кожицы и звук от щелчка, можно выбрать действительно свежее и хрустящее яблоко.