Молекулярная кухня: химия масел на сковородке

Зачем люди используют жиры при готовке? 

Масло работает как проводник. Сковорода никогда не бывает идеально ровной, как и поверхность продукта. Масло заполняет все микротрещины и пустоты, создавая мостик для передачи тепловой энергии от огня к еде. Благодаря этому продукты на сковородке нагреваются равномерно. 

Для того чтобы еда стала вкусной, появился аромат жареного мяса и румяная корочка на картофеле, должна произойти химическая реакция Майяра — взаимодействие белков и сахаров. Реакция активно начинается при температуре выше 140–160°C, поэтому вареная еда так сильно отличается по вкусу от жареной. При реакции Майяра создается сухой обезвоженный слой — та самая хрустящая корочка, которая удерживает соки внутри продукта.

Многие вкусовые и ароматические соединения в специях, чесноке и луке жирорастворимы. Если просто бросить специи в воду, их вкус раскроется слабо. В горячем масле эфирные масла из пряностей высвобождаются и равномерно распределяются по всему блюду. Именно поэтому повара часто начинают готовку с обжарки лука или специй в масле.

Свойства жира зависят от строения жирных кислот, которые входят в его состав. Жирные кислоты, как и все органические соединения, состоят из углеродных цепочек. Главный параметр здесь — двойные связи между атомами углерода.

Насыщенные жирные кислоты не имеют двойных связей. Каждый атом углерода в них насыщен водородом до предела. Геометрически такие молекулы представляют собой прямые цепочки. Благодаря своей ровной форме, они плотно укладываются друг к другу. Именно поэтому насыщенные жиры (сливочное, кокосовое масло, говяжий жир) становятся твердыми при комнатной температуре.

Ненасыщенные жирные кислоты содержат одну или несколько двойных связей. В природе они обычно находятся в cis-конфигурации: атомы водорода расположены по одну сторону от двойной связи, что создает жесткий излом в цепи. Из-за этих изгибов молекулы не могут прижаться друг к другу плотно. Расстояние между ними увеличивается, силы притяжения ослабевают, и вещество остается жидким. Жиры с одной такой связью называют мононенасыщенным (в оливковом масле), а с несколькими — полиненасыщенными (содержатся в подсолнечном и льняном масле).

Транс-изомеры жирных кислот (ТЖК), или трансжиры — это молекулы-мутанты. В них атомы водорода при двойной связи стоят по разные стороны (диагонально). Это выпрямляет изогнутую ненасыщенную цепочку и делает её похожей на насыщенную. Раньше маргарин создавали методом гидрогенизации: жидкое растительное масло насыщали водородом под давлением. Из-за этого химические связи ломались и часть молекул меняла свою структуру, превращаясь в транс-изомеры. Эти молекулы имеют неестественную для организма форму — наши клетки эволюционно заточены под работу с цис-изомерами. Когда транс-изомеры встраиваются в оболочки клеток, они нарушают их работу: провоцируют воспаления и накопление «плохого» холестерина. Сегодня в большинстве стран действуют строгие нормы: содержание ТЖК в маргарине не должно превышать 2% от общего содержания жира.

Часто говорят, что трансжиры образуются при обычной жарке. Однако химический анализ показывает: при однократном нагреве масла до 180–200°C их количество практически не растет. Опасные концентрации трансжиров возникают только при экстремальном перегреве в течение многих часов, что случается в недобросовестных точках фастфуда, где масло во фритюре не меняют сутками.

Конкуренция в тарелке: баланс Омега-3 и Омега-6

Человек не может синтезировать некоторые жирные кислоты самостоятельно, поэтому они называются незаменимыми (эссенциальными). К ним относятся семейства жирных кислот Омега-3 и Омега-6. Различие между ними заключается в структуре молекулы: позиции первой двойной связи от первого углерода.

Проблема современной диеты — в дисбалансе этих жиров. В процессе эволюции, в период палеолита, человек потреблял Омега-6 и Омега-3 в пропорции примерно 1:1. Мясо, которое употребляли древние люди, получали от диких животных, которые питались исключительно травами и дикой растительностью. В отличие от современного скота, которого кормят зерновыми культурами, богатыми Омега-6, ткани диких животных содержали значительные уровни Омега-3. Дикая зелень и плоды также были естественными источниками Омега-3. Сегодня же в рационе преобладают рафинированные масла семян, поэтому соотношение сдвинулось до 10:1, а иногда даже до 20:1, в пользу Омега-6. 

Наш мозг состоит на 60% из жиров, и от 10 до 20% этих жиров составляют жирные кислоты Омега-3. А Омега-6 входит в состав клеточных мембран: обеспечивает их целостность и помогает регулировать, какие вещества попадают внутрь клетки, а какие выводятся. Также из Омега-6 образуются вещества — эйкозаноиды, которые запускают воспалительные реакции. Если вы поранились или подхватили вирус, именно Омега-6 помогает организму сузить сосуды и направить иммунные клетки к месту повреждения. Поэтому избыток производных Омега-6 приводит к развитию воспалительных процессов, в то время как Омега-3 отвечают за синтез молекул, которые воспаление подавляют. 

На биохимическом уровне эти кислоты конкурируют за одни и те же ферменты — белки, которые проводят химические реакции в клетках. Если Омега-6 слишком много, они занимают ферменты, не давая организму перерабатывать Омега-3 в формы, необходимые для работы мозга и защиты сосудов. Исследования показывают, что возвращение к соотношению 4:1 значительно снижает риск смертности от сердечно-сосудистых заболеваний. 

Точка дымления и токсичные последствия

На сковороде масло подвергается каскаду взаимосвязанных химических превращений: гидролиз, окисление, распад при точке дымления и полимеризация.

1. Гидролиз. Расщепление водой

Гидролиз — это химическая реакция расщепления жиров под воздействием влаги из продуктов или воздуха. В масле молекулы жирных кислот не плавают сами по себе, они сцеплены с якорем-глицерином. Молекулы воды разрывают связи в молекулах жиров и в результате образуются свободные жирные кислоты (СЖК) и глицерин. Эти кислоты активнее взаимодействуют с кислородом (окисляются), то есть масло начинает быстро разлагаться.

2. Окисление. Атака кислородом

Окисление — взаимодействие кислорода с ненасыщенными связями жирных кислот, который значительно ускоряется при нагреве. Это цепная реакция. Она может провоцироваться не только теплом, но и светом (фотоокисление) или металлами. Сначала образуются нестабильные первичные продукты — гидропероксиды, а затем они распадаются на токсичные вторичные продукты: альдегиды, кетоны и спирты. Масло становится прогорклым, меняет цвет, запах и накапливает токсичные вещества, опасные для здоровья.

3. Распад при точке дымления

Точка дымления — порог, при достижении которого масло начинает необратимо разлагаться с выделением видимого сизого дыма. Это массовое термическое разложение продуктов гидролиза (СЖК и глицерина). Достижение этой точки знаменует начало лавинообразного образования токсинов и канцерогенов. После того как масло «задымило», его питательная ценность падает, а вредность для организма многократно возрастает.

4. Полимеризация. Масло пора утилизировать

Если жарить на масле долго, оно густеет и темнеет. Это признак полимеризации. Окисленные фрагменты молекул жира сцепляются друг с другом прочными связями и образуют крупные структуры. При попадании в желудок такие «склеенные» жиры раздражают кишечник и перегружают печень. Для контроля качества масла в индустрии используют показатель TPC (Total Polar Compounds) — общее количество полярных соединений. Если их больше 24–25%, масло считается химически изношенным и должно быть заменено.

Выбираем подходящее масло

Устойчивость масла зависит от степени его очистки. В нерафинированных (неочищенных) маслах много примесей (белков, свободных кислот), которые начинают гореть рано. Рафинация удаляет эти компоненты, повышая точку дымления. Например, нерафинированное подсолнечное масло начинает дымить при 107°C, а рафинированное выдерживает до 232°C. Именно поэтому для жарки подходят только очищенные масла или масла с преобладанием насыщенных связей. 

Точки дымления и кулинарное применение различных масел

Долгое время считалось, что на оливковом масле холодного отжима (Extra Virgin) нельзя жарить. Однако эксперименты показали, что оливковое масло стабильнее многих рафинированных масел при нагреве до 240°C. Оливковое масло на 75% состоит из олеиновой кислоты, у которой всего одна двойная связь — это делает её устойчивой к окислению. В отличие от рафинированных масел, оливковое масло холодного отжима богато витамином E и полифенолами. Эти молекулы работают как щиты, принимая удары свободных радикалов на себя и не давая разрушаться жирным кислотам.

Химики постоянно ищут способы сделать жарку безопаснее. Одно из достижений — высокоолеиновые масла (HOSO). Это подсолнечник, выведенный селекционерами так, чтобы содержание устойчивой олеиновой кислоты в нем достигало 80–90%. HOSO не имеет вкуса оливкового масла, но обладает его стабильностью и очень высокой точкой дымления, свыше 230°C.

Практические выводы для химически грамотного кулинара:

• Нет повторному использованию. Каждая последующая жарка происходит в среде, уже скопились продукты распада после прошлой готовки. Эти вещества ускоряют разложение масла. 

• Удаление влаги. Продукты перед жаркой следует тщательно просушивать бумажным полотенцем, чтобы уменьшить количество масла, которое распадается под действием воды на свободные жирные кислоты.

• Выбор масла по ситуации. Например, для тушения и приготовления соусов идеально подходит оливковое масло холодного отжима. Для глубокого фритюра или стейков — масло авокадо или рафинированное высокоолеиновое подсолнечное масло.

• Правильный температурный режим. Если масло задымилось, лучше выбросить его и добавить новую порцию. 

• Правильное хранение. Масла с полиненасыщенными жирами (льняное, рыжиковое, конопляное) нестабильны. Свет и тепло запускают в них окисление мгновенно, поэтому их место — в темном стекле и в холодильнике. Следуйте инструкции на упаковке для правильного хранения масел.

Кулинарные масла и жиры — это активные биохимические агенты. Жиры очень важны для здоровья сердца, кожи, гормональной и нервной систем, поэтому не нужно исключать растительные масла из рациона. Главное, подобрать подходящее масло под тип блюда. Если правильно выбирать вид и состав масла, можно уменьшить вероятность образования токсинов и получить максимальную пользу для организма.