VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Молекулярная кухня
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
"Беда нашей цивилизации в том, что мы в состоянии измерить температуру атмосферы Венеры, но не представляем, что творится внутри суфле на нашем столе".
Николас Курти
«Каждый химик должен протянуть руку кухарке и пожать ее как своему коллеге».
Вильгельм Фридрих Оствальд
Введение
Химия и кулинария - две тесно связанные науки, порождающие новую отрасль - кулинохимию. Во время приготовления любой еды нас окружают химические процессы, от простой жарки до добавления диоксида титана в зеркальную глазурь. Я очень люблю готовить и думаю, что будущая моя профессия – это кондитерское дело. Но окунувшись в мир кулинарного искусства, я заметила некоторую проблему, объединившую, по моему мнению, все тонкости этого дела. Проблема состоит в том, что многие люди, видя яркий цветной торт или лососевое суфле, произносят с отвращением фразу: "Это одна химия". При этом, совершенно не зная ни состава данного блюда, ни происхождения самих ингредиентов. Да, химия на кухне обычное дело - использование даже соды и уксуса считается ею. Думаю, рассказывав о компонентах, входящих в сами продукты и о других, вполне естественных процессах в кулинарии, можно доказать, что фраза "Это одна химия" не уместна, т.к. почти все, что мы наблюдаем в создании любых кулинарных изделий, это химия и слово "химия" не всегда должно означать что - то небезопасное и вредное для человека.
В этой работе я бы хотела рассмотреть химические процессы и химические вещества как часть кулинарии, а также в виде исследования разобрать процессы, происходящие при приготовлении различных блюд, и составы часто используемых на кухне веществ и доказать с помощью приготовления любимых блюд, что знания по химии помогают в кулинарном деле. Связывать и изучать химию в кулинарном деле начали давно, еще в 18 - 19 веках, этим занимались ученые, в особенности, из Франции. Но, не смотря на это, человек стал понимать сами химические процессы и их природу относительно недавно.
"Беда нашей цивилизации в том, что мы в состоянии измерить температуру атмосферы Венеры, но не представляем, что творится внутри суфле на нашем столе". Это изречение принадлежит Николасу Курти, физику, который сыграл важную роль в изучении кулинарии как науки, старался объяснить процессы приготовления пищи и свойства их составляющих. Услышав эту фразу, я задумалась над составом тех блюд, которые готовлю сама, и как объяснить явления, наблюдаемые во время приготовления пищи. Думаю, люди, которые связаны с этим искусством, должны знать нюансы кулинарного дела. В этом я и постараюсь разобраться
Глава 1 Описание основных органических и неорганических веществ
Все пищевые продукты, которые мы употребляем, состоят из шести основных компонентов. Эти компоненты, входящие в состав любого продукта называют пищевыми веществами. К пищевым веществам относятся:
Белки (животные и растительные).
Углеводы (простые и сложные, включая клетчатку).
Жиры (насыщенные и ненасыщенные).
Витамины (жирорастворимые и водорастворимые).
Минеральные вещества.
Вода.
При знакомстве с основными компонентами пищи, я узнала, насколько важны и необходимы эти вещества для нормальной жизни, меня поразила сложность их структуры. Оказывается, все белки, жиры, углеводы и витамины – это вещества органические, минеральные вещества и вода – неорганические. Сложность их структуры заключается в том, что это большие макромолекулы. Макромолекулы представляют собой огромные молекулы с повторяющимися единицами. Такие молекулы - полимеры, а их звенья - мономеры. Два процесса, связанные с ними - это конденсация, а то есть соединение звеньев друг с другом, и гидролиз - иначе говоря, присоединение воды. Существуют три вида главных макромолекул: полисахариды, белки и нуклеиновые кислоты. Их мономерами являются моносахариды, аминокислоты и нуклеотиды.
Рассмотрим каждые из органических веществ.
Белки состоят из аминокислот. Некоторые аминокислоты могут поступать в наш организм только в составе пищи. Они получили название незаменимых. Другие аминокислоты синтезируются в нашем организме. Поэтому полноценность белковых продуктов определяется наличием в них незаменимых аминокислот.
Чем ближе аминокислотный состав белков пищи к составу белка нашего организма, тем он ценнее. С этой точки зрения самыми ценными источниками белка являются яйца, молоко, мясо и рыба. В растительных белках часто не хватает некоторых незаменимых аминокислот, поэтому необходимо стремиться к правильному сочетанию продуктов животного и растительного происхождения, чтобы получить оптимальное соотношение аминокислот.
Углеводы - это вещества, в состав которых входит углерод, водород и кислород, с общей формулой C x(H2O)y, где x и y могут иметь разные значения. Название пошло от того, что соотношение водорода и кислорода равно соотношению этих же веществ в воде. Три главных класса углеводов: моносахариды, дисахариды и полисахариды. Класс " сахаров " (это моносахариды и дисахариды ) объединяет сладкий вкус, кристаллизация, легкое растворение в воде. Класс полисахаридов объединяют противоположные факторы.
Моносахариды - это простые сахара. Их общая формула - (CH2O)n, где n = 3 - 9. Все относятся к редуцирующим (восстанавливающим) сахарам. Моносахариды важны как источник энергии, а также "сырье" для синтеза более крупных молекул. Среди моносахаридов нам интересна гектоза C6H12O6, например глюкоза, фруктоза, галактоза, которые широко распространены в кулинарии.
Дисахариды образуются в результате реакции конденсации между двумя моносахаридами, обычно гексозами ( глюкоза ). Обычно общей формулой является C12H22O11, некоторые редуцирующие и некоторые нередуцирующие.
Мальтоза (солодовый сахар) образуется из крахмала при его переваривании под действием ферментов.
Лактоза или молочный сахар, содержится только в молоке, является важным источником энергии для млекопитающих.
Сахароза, или тростниковый сахар - это самый известный в мире полисахарид. Так как она практически не вовлекается в метаболизм, может откладываться в виде питательного вещества. Её получают из сахарного тростника или сахарной свеклы, это просто тот "сахар", который мы покупаем для использования в приготовлении пищи.
Полисахариды нужны для резервации питательных веществ и энергии (крахмал и гликоген) и как строительный материал (целлюлоза). Они могут быть превращены в сахара путем гидролиза.
Целлюлоза или клетчатка - это полисахарид с формулой (C6H10O5)n. Используется как пищевая добавка, чаще диетического характера, работает неким очистителем организма. Рекомендуется к употреблению людям с сахарным диабетом или ожирением.
Липиды - это группа органических соединений, к ней относятся жиры и масла. Такие компоненты липидов, как жирные кислоты являются "строителями" организма, сохраняют энергию. Они бывают насыщенные и ненасыщенные.
Минеральные вещества - это вещества, имеющие неорганическую природу. Их содержание в организме мало, поэтому они поступают с пищей и питьевой водой. Их недостаток ведет к болезням и нарушениям функциональности желудочно-кишечного тракта.
Глава 2 Основные вещества (ингредиенты) на кухне (в кулинарии)
Разобравшись с важными компонентами продуктов, при подборе ингредиентов следует задуматься о том, каким образом они действуют на другие продукты и для чего требуется их добавления. Эти явления я предлагаю рассматривать на используемых всеми составляющих многих рецептов.
К обыденному и доступному для всех химическому процессу, который проводят на кухне при приготовлении блюд, можно отнести использование уксуса.
Уксус - это продукт, содержащий уксусную или же этановую кислоту с формулой CH3COOH (натуральный), синтетический уксус производится путем разведения синтетической уксусной кислоты, при этом употребление такого уксуса рекомендуют сокращать до минимума. В кулинарии он используется для подкисления блюд, как разрыхлитель для теста и консервант для фруктов и овощей. Многие считают опасным потребление уксуса в чистом виде, но по - настоящему уксус содержит немалое количество витаминов для защиты сердца, а также уксус (в большинстве случаев яблочный) лечит повышенное артериальное давление.
Известно применение крахмала в повседневном приготовлении пищи. Крахмал накапливается в растительных клетках в виде крахмального зерна. Его молекулы состоят из амилозы и амилопектина (полимеры глюкозы). В кулинарии с крахмалом могут происходить следующие изменения: клейстеризация (разрушение структуры и набухание), гидролиз (при варке) и декстринизация (при нагревании от 1100 C и выше ). Крахмал используется как загуститель для соусов и киселей, а также добавляется в мучные изделия. Чаще всего применяют два вида крахмала: картофельный и кукурузный.
Сода или гидрокарбонат натрия - это натриевая кислая соль с формулой NaHCO3. Несколько опасный компонент в выпечке, так как при добавлении соды в большом количестве может пострадать вкус изделия. Ее кладут в тесто в качестве разрыхлителя, ведь при нагревании сода разлагается и в качестве продуктов распада появляются вода и углекислый газ, за счет которого в тесте образуются пузырьки, которые придают пористость и воздушность тесту. Но, бывает, появляется вопрос, для чего же тогда нужно использовать способ "гашения" соды уксусом? Выделение углекислого газа до добавления соды в тесто делается для того, чтобы точно соблюсти порцию добавления соды в тесто, и чтобы тесто точно поднялось.
Лимонная кислота - это трехосновная карбоновая кислота, с формулой (HOOCCH2)2C(OH)COOH. В кулинарии используется как консервант для увеличения срока годности, а также для подкисления продуктов и улучшения вкуса. Известна как пищевая добавка E330. Если употреблять ее в небольших количествах, лимонная кислота может улучшать обмен веществ, способствовать сжиганию углеводов, повышению иммунитета. Но при употреблении в большом объеме может привести к раздражению дыхательных путей и слизистой оболочки желудка. В природе содержится в ягодах, фруктах и цитрусовых особенно.
Во время приготовления различных желе, суфле и кремов нужно желируюшее вещество, которое станет "основой" такого блюда. Есть три самых известных загустителя - это желатин, агар - агар и пектин. Некоторые считают, что все три вещества способны заменять друг друга, но это мнение несколько ошибочно. Все связано со свойствами каждого загустителя.
Желатин - это гидролизованный белок коллаген, иначе - продукт переработки соединительной ткани животных. При нагревании может появиться запах, а кипячение желатина приводит к исчезновению его желирующих свойств.
Агар - агар - это растительный продукт, получаемый путем смешивания полисахаридов агарозы и агаропектина, путем извлечения с помощью раствора из красных и бурых водрослей. Для его растворения, наоборот, требуется нагревание, так как агар - агару не страшны высокие температуры.
Пектин - это полисахарид из остатков галактуроновой кислоты. Используется как загуститель в пастиле, зефире, мармеладе. Добавляется в смесь при нагревании, в большинстве случаев не растворяется в воде.
Нежелательность замены этих трех веществ состоит в том, что каждое имеет свой способ "активизации" и свои особенности. Так, добавив в "птичье молоко" вместо агар - агара, но в том же соотношении желатин, можно получить мясной привкус у десерта, а то и вовсе отсутствие желирующего эффекта. Но эти загустители объединены тем, что для человека вовсе не опасны и даже имеют полезные свойства для нашего организма.
Красители
После использования химических добавок во время приготовления пищи, также несколько "скандальной" темой в кулинарии считается применение красителей. Многие считают, что ныне часто используемые синтетические красители вредны для организма и способны вызывать отрицательную реакцию. Если честно, полностью отрицать такое воздействие красителей я не могу, но все же скажу, что большинство красителей принято называть красителями, идентичными натуральным, а синтетические красители все же редки в использовании, так как люди не желают использовать добавки, во время применения которых риск увеличивается. И для осторожного выбора надо всего лишь знакомиться с составом продукта.
Проанализировав состав имеющихся у меня красителей, я выявила некоторые детали. Например, часто используемый красный краситель. Большинство людей настораживает то, что он изготавливается из кармина (пищевая добавка E120), получаемого из карминовой кислоты, которую в свою очередь производят самки насекомых кошинели. Но не стоит сразу пугаться, ведь получаемый порошок обрабатывают растворами аммиака или карбоната натрия, а после фильтруют. Также кармин является пигментом, получаемым из природных источников, что также подтверждает обыденность и даже некоторое преимущество использования. Помимо этого, в составе красных красителей можно заметить добавку E162 или свекольный бетанин. Это краситель, получаемый из экстракта сока пищевой свеклы и цвет которого зависит от кислотной среды. Наличие такого пигмента в составе красного красителя признано совершенно безвредным для человека. В составе зеленого красителя натуральным является добавление хлорофилина (E140), а в желтых красителях безопасным считается такой компонент, как куркума. Еще важным фактором можно назвать одобрение использования различных пигментов, и в каждой стране имеется свой перечень запрещенных добавок, не допускаемых к производству.
В качестве исследования я решила узнать о действии двух красных красителей - натурального из сока свеклы и гелевого пищевого красителя на одно тесто, с помощью чего выявить, почему использование гелевых пищевых красителей более распространено, нежели ранее популярных натуральных. Для того, чтобы видеть различия я выбрала рецепт, выделяющийся своим цветом - мраморное печенье "красный бархат". Все рецепты "красного бархата" объединяет характерный ярко красный оттенок. Для натурального красителя я отварила свёклу, почистила и протерла на терке, для более легкого отжима сока. После того, как сок отжат, в краситель нужно добавить лимонную кислоту. Это делают по причине обесцвечивания сока от окисления кислородом. Следуя дозировке по рецепту, добавив к молоку, а после - к тесту одну чайную ложку красного пищевого красителя, я получила насыщенный красный цвет. Но во время добавления натурального красителя в той же дозировке у меня вышел розовый цвет, и для приближения цвета натурального красителя к гелевому мне пришлось добавить его в дозировке шести чайных ложек. И даже после этого, в результате смешивания с тестом натурального красителя вышел грязноватый оттенок ближе к коричневому, чего нельзя сказать о гелевом красителе. После выпечки печенья результат показал отклонение цвета натурального красителя из сока свеклы в коричневый цвет вместо должного красного, и неизмененный все также ярко красный цвет от гелевого красителя. Это происходит из - за отрицательного воздействия тепла, кислорода и света на свекольный сок. В современной кулинарии требуется выразительность и точность не только вкусов блюд, но и их цветов, почему люди и используют красители, которые точно дадут нужный цвет изделия без его изменений.
Я считаю, что любой кулинар берет на себя большую ответственность за здоровье людей, которые едят приготовленные им блюда. Любой ингредиент рецепта может быть опасным для определенных лиц, по причине инвидидуальной непереносимости и аллергический реакций. Таким образом, каждый повар должен думать о здоровье потребителей, и если есть риск для их организма, стоит отказываться от данной рецептуры или же искать альтернативу.
Глава 3 Молекулярная кухня
Рассмотрев компоненты многих всем доступных блюд и осознав, что это - тоже химия, но вовсе не в отрицательном ее проявлении, а в сочетании с положительными качествами, мы подошли к самой "химичной", по мнению некоторых людей, части. Эта часть напрямую связана с разделом трофологии, науки о пище, а именно - это молекулярная кухня, термин, введенный в употребление ранее упоминавшимся Николасом Курти в 1969 году.
Молекулярная кухня - явление ныне распространенное, вид кулинарного искусства, стремящийся скорее удивить людей тем, насколько это искусство связано с различными химическими процессами. Большинство людей с сомнением относятся к еде, приготовление которой - это одна большая лабораторная работа, пугаются и недооценивают основные факторы молекулярной кухни, ее формы и вкусовые сочетания, как кофе с чесноком, острые конфеты, соленые по факту продукты со вкусом сладких, ее инновационность и технологичность, включающая в себя самые разные способы приготовления, такие как блюда с жидким азотом или приготовленные путем длительной низкотемпературной обработки. Не подозревая, что молекулярная кухня, по сути, считается правильной и полезной. Ведь компоненты для такого действия над продуктами подбираются не только по их химическим свойствам, но и по происхождению и влиянию на человеческий организм. Все добавки натуральные, не содержащие в себе вреда. Доказать это легко, лишь присмотревшись к их составу и использованию. Так, хлорид кальция или добавка E509 всего лишь вид пищевой соли, используемый на молекулярной кухне как компонент, превращающий жидкости в сферы, как и добываемый из водрослей альгинат натрия (E401). Вместо желатина добавляют агар - агар, который все же полезнее, из - за растительного происхождения. Жидкий азот содержится в воздухе, почему и не является особенным веществом для нашего организма. Тримолин - это всего лишь инвентированый сироп, удобный тем, что не кристализуется, а ксантин - экстракт сои и кукурузы, играет роль стабилизатора.
В основе молекулярной кухни стоит разделение продуктов на молекулы, с помощью чего они приобретают необычные вкусы и формы. Не менее важным фактором является способ приготовления и используемые приборы. Кроме вкуса молекулярные шедевры известны своей дороговизной. Их цены высоки, так как большинство используемых продуктов и добавок натуральные, а также технологии, применяемые во время готовки, не являются дешевой техникой.
Например, эмульсификация блюд очень известна. Эспума - это пена, получаемая из совершенно любого продукта, будь то хлеб или помидоры. Происходит это с помощью добавления соевого лецитина, вещества из отфильтрованного соевого масла. С применением заморозки можно сохранить свойства продуктов, предотвращая их порчу. Для этого используют жидкий азот, который обладает температурой 196 градусов. Он не только моментально замораживает продукт, но и испаряется, а значит, жидкий азот безопасен. Сухой лед нашел применение в кулинарии не только для изготовления мороженого, которое не нужно выдерживать в морозилке, но и для обострения запахов. Так блюда делают более ароматными.
Вакумизация, возможно, может быть самым долгим процессом, ведь она означает длительную тепловую обработку на водяной бане в специальных пакетах.
Желатинизация представляет собой создание блюд из продуктов, с первого взгляда не предназначенных для этого, например, шоколадная икра или суфле из бородинского хлеба.
Ротный испаритель – прибор, с помощью которого, как можно менять давление во время приготовления пищи. Таким образом, жидкости кипят при низких температурах, а мясо приобретает яблочный аромат.
Центрифуга – необходимое устройство в молекулярной кухне, оно необычно только для поваров, несвязанных с этим делом, но с использованием центрифуги продукты превращаются в пену или пасту.
Глава 4 Мой практический вклад в кулинохимии
Как пример процесса приготовления блюда молекулярной кухни, я решила в домашних условиях повторить рецепт, не включающий в себя добавление химических ингредиентов, дабы доказать, что молекулярная кухня не держится на их применении, а продукты и само блюдо можно повторить без особых усилий, что доказывает доступность компонентов и их безопасность в употреблении.
Я выбрала блюдо, которое основывается на процессе желатинизации, а именно - это апельсиновые спагетти. Приложение 1. Привлекло меня то, что ингредиентов всего два: агар - агар и апельсиновый сок. А интересно, что форма приготовленного как у самых обычных спагетти. Этого добиваются, используя силиконовую трубку. Для начала требуется смешать агар - агар с апельсиновым соком. Из сказанной мной ранее информации, можно вспомнить, что агар - агар не имеет свойства растворяться в холодной воде, следовательно, следующим шагом было нагреть данную смесь. На этом этапе возникают некоторые нюансы, которые следует отметить. Перед приготовлением не следует забывать, что хоть агар - агар и выступает как заменитель желатина, тут этого нельзя делать, так как желатин теряет свои свойства про температуре кипения. И далее нужно отметить, что и агар - агар не следует кипятить долгое время, так как уже при температуре 120 градусов и он теряет свои желейные свойства. Когда смесь сока и агар - агара закипела, ее надо прокипятить буквально еще минуту для лучшей "активизации" его свойств. После предыдущих этапов начинается раскрытие возникающего ранее вопроса о форме спагетти, состоящих из жидкости. Дело в том, что ярко выраженное отличие агар - агара от желатина - это то, что ему свойственно превращаться в крепкий и довольно густой гель при температуре 38 - 40 градусов, а желатин при такой температуре только тает, почему его и не используют в этом рецепте. Для этого после кипячения смеси стоит действовать быстрее, а именно используя шприц без иглы наполнять трубку, после чего опускать ее в тару с холодной водой на пару минут. Преимущество агар - агара также в том, что в случае застывания его можно снова распустить на огне, и это никак не повлияет на желатинизацию. По прошествии времени в холодной воде, спагетти можно выдавить из трубки с помощью выталкивания их воздухом через шприц. Как можно видеть, ничего необычного и небезопасного для здоровья в рецепте нет, а приобретенная форма достигается естественными процессами, а не путем добавления химических компонентов, но, тем не менее, это остается молекулярной кухней.
Заключение
Всю кулинарию объединяет один химический элемент - углерод. Углерод расположен с шестым атомным номером в Менделеевской таблице. Не смотря на то, что я пока не начала изучение химии в школе, я решила узнать немного информации об этом объединяющем науку кулинарии элементе.
Ранее углерод был известен только как древесный уголь, а также его модификации - алмаз и графит. Но уголь был признан как вещество и назван углеродом лишь в 18 веке Антуаном Лавуазье. Термин "углерод" произошел от ранее используемого термина "углетвор". С латинского переводится как "уголь", что говорит о том, где изначально вывелся этот элемент. Углерод способен образовывать химические связи, почему в нем и есть разнообразие модификаций. Углерод - это основной компонент жизни. Он содержится в воздухе как диоксид углерода CO2, входит в состав растений и животных. Также углерод содержится в организме человека, попадая в него с пищей. Среди классов соединений на основе углерода встречаются упоминаемые мной ранее группы: углеводы, белки, жиры, углеводороды. Так, например углеводы являются фактическим соединением углерода и воды.
Думаю, в кулинарии важной частью должно считаться осознание и способность объяснять процессы, происходящие с едой, а особенно, тех веществ, которые входят в состав нашей пищи. Ведь без элементарного осознания действий приготовления будет сложно выявить причину неудавшегося этапа, как например, не поднявшееся тесто или жидкий крем. Зная основы ингредиентов можно заранее выявить отрицательные влияния на продукт, или же найти способ их предотвращения. На основе всего сказанного мной ранее можно смело заявить, что кулинария без химии - нескладное дело, и что химия - весьма завлекательная, не всегда опасная и в большинстве случаев безвредная на кухне наука.
Список используемой литературы:
Д. Тейлор, Н. Грин, У.Стаут Биология в 3 томах. Издательство: Лаборатория знаний, 2018
Интернет – ресурсы:
https://moscow.cataloxy.ru/firms/molecularmeal.ru.htm
wikipedia.org/wiki/Национальная_электронная_библиотека
https://wdomain.ru/chemege.ru
http://www.sbup.com/audit/foodandhealth.ru/
http://www.webviki.ru/pracooking.livejournal.com
http://www.breadsalt.ru/
https://aidigo.ru/
http://domenicus.ru/pripravkino.ru
Приложение1
Процесс приготовления апельсиновых спагетти (молекулярная кухня)
А это приготовление зеркальной глазури для покрытия муссового торта, глазурь доводится до определенной температуры, а после взбивается с добавлением красителя, убирая лишние пузыри на поверхности.
Это чешская выпечка - трдельники (сдобные спирали, обычно подаются с мороженым или вареньем).
Это грейпфруктовый крем, который надо взбить до определенной температуры, чтобы желатин не потерял свои свойства
А это мои работы…