Znanost v kuhanju

Pozdravljeni v današnji oddaji Frequenza della Scienza, kjer bomo skupaj stopili v vsem priljubljen prostor, kuhinjo. Namesto kuhinjske knjige nam bodo v pomoč znanstveni postopki in izvedeli bomo nekaj več o tem, kaj sploh prinašamo domov iz trgovinskih polic, kako se spreminja kemijska sestava hrane, ko jo kuhamo, in nekaj trikov in zanimivosti, ki nam jih znanost daje v pomoč pri kuhanju naših najljubših jedi. Izvedeli bomo, zakaj imajo različne snovi, ki nas obkrožajo, okus in vonj, katere okuse poznamo in kako jih zaznavamo. Razumeli bomo, zakaj se hrana pokvari in kako smo se skozi čas temu prilagodili z različnimi načini konzerviranja. Torej pozorno prisluhnite, saj smo za vas pripravili pravo poslastico.

Hrana ima okus in vonj, za kar poskrbijo kemoreceptorji, prisotnimi na jeziku in v nosu, ki zaznavajo različne molekule, prisotne v živilih. Vsak od nas okus in vonj zaznava drugače in ta občutek se kar pomembno spremeni v našem življenju. Kot otroci so naši kemoreceptorji najbolj občutljivi, celo toliko, da ob dojenju razlikujemo mleko naše biološke matere od ostalih. Bolj kot se staramo, pa se kemoreceptorji slabijo.

Nekaj osnovnih konceptov v zvezi z okusom in vonjem nam predstavi profesor Rajko Vidrih, predstojnik Katedre za tehnologije, prehrano in vino z Biotehniške fakultete:

Izjava 1

Kot nam pove profesor Vidrih, so lažje hlapne snovi tiste, ki določajo vonj, in trdne snovi tiste, ki določajo okus. Naše senzorialne celice so odgovorne za to, da molekule teh snovi zaznamo in razlikujemo med sabo. Zgodi se proces, ki ga imenujemo signalna trasdukcija, kjer celice pretvorijo signale v električne impulze, ki jih prebere živčni sistem.

Pri vonju in okusu za to poskrbijo kemoreceptorji, prisotni na jeziku, mehkem nebu in epiteliju žrela, ki kemijske signale preberejo. Ko ugriznemo v naš najljubši kos torte, se najprej molekule, ki ga sestavljajo, raztopijo v sluznici, torej v slini. Tako lažje dosežejo brbončice, v katerih so prisotni okusni receptorji. Tu je vredno poudariti, da to, kar zaznava okus, niso majhne papile, vidne, ko sami sebi kažemo jezik v ogledalu. Te so le nekakšen ovoj, ki ščiti in nosi okusne receptorje.

Okusni receptorji so epitelijske receptorske celice, ki delujejo kot kemoreceptorji in so zgrajene iz dveh tipov celic. Apikalni del je tisti, ki s pomočjo mikrovil, podobnim laskom, zazna molekulo, ki s pomočjo sline pripotuje v okušalno poro. Bazalne celice so pa tiste, ki nadomestijo apikalne vsakih 10 dni, saj je to življenjska doba receptorskih celic. To je tudi razlog, zakaj se po tem, ko si z vročim čajem opečemo jezik in delno izgubimo občutek okusa, ta vrne po nekaj dneh. Receptorske celice sprejmejo kemijski impulz, ga pretvorijo v električnega in pošljejo v možgane.

Vonj zaznavamo podobno, a je tu proces veliko bolj natančen in kompleksen. Ko vdihnemo z nosom ali ko hrano žvečimo in nato pogoltnemo, se tvorijo hlapne molekule. Pri vdihu jih večina ostane zataknjena na nosnih dlakah. Ker sta ustna in nosna votlina povezani, lahko hlapi v obeh primerih dosežejo vrh nosne votline, kjer se raztopijo v sluznici, ki prekriva olfaktorni živec. Ta je sestavljen iz množice nevronskih receptorjev, izmed katerih je vsak specializiran za samo eno molekulo, torej en vonj. Molekula se preko sluznice veže na svoj receptor, če ga doseže, ta pa pošlje električni signal do možganov. Ker vonj zaznavamo natančneje, je ključen za prepoznavo in razlikovanje med živili. Tako nam tudi razloži profesor Vidrih:

Izjava 2

Okusi, ki jih lahko zaznamo, so omejeni na sladko, kislo, grenko in slano. Novodobna ugotovitev znanstvenikov je peti okus umami, ki bi ga lahko opisali kot “mesnat” okus, v japonščini pa pomeni ‘okusno’. Okus umami zasledimo pri hrani, ki vsebuje proste aminokisline, med katerimi so najpogostejši glutamati. Sam po sebi umami ni prijeten ali kaj posebej privlačen okus, vendar pa naredi hrano okusnejšo s tem, ko aromo intenzificira. Najmočneje se okus glutamatov opazi v kombinaciji z natrijem, zato so tudi paradižniki močnejšega okusa, ko jim dodamo sol.

Ravno zato, ker lahko zaznamo tako malo okusov, je vonj tisti, ki pretežno določa aromo hrane. Tako je aromo živil preprosto spremeniti ali manipulirati s spremembo vonja, ne pa dejanskega okusa. Vonj spreminjamo z različnimi umetnimi in naravnimi aromami, ki imajo specifične dišave, kot na primer sladila ali začimbe. Najpogosteje so snovi, ki nam to omogočajo, aldehidi, ketoni in estri. Najlažje si tak poseg predstavljamo, če pomislimo na gumijaste bombone, ki so po strukturi in okusu vsi enaki, a lahko, ko jih prežvečimo in se sprostijo hlapne molekule sladila, razlikujemo med njihovimi aromami.

Umetne arome ponavadi niso neposredno škodljive za zdravje. Organizmu lahko kdaj škodujejo zato, ker imata okus in vonj zelo pomembno vlogo pri prebavi, ki je na ta način, lahko bi rekli, pretentana. Ko zaznamo aromo določene molekule, naši možgani pošljejo signal, ki zažene mehanizem sprostitve primernih encimov in drugih snovi za razgraditev točno določene molekule. Ko na primer žvečimo gumijaste bombone in okusimo sladko, se celoten organizem pripravi na ogljikove hidrate, ki jih bo treba razgraditi. Želatina pa nikakor ni sestavljena iz ogljikovih hidratov, ampak iz proteinov.

Preference glede hrane niso odvisne le od okusa in vonja. Ali se vam je kdaj zgodilo, da ste v restavraciji pokukali za sosednjo mizo in si zaželeli naročiti prav tisto, kar je imela soseda na krožniku? Barva in izgled hrane sta ravno tako pomembna. O tem, zakaj meso na žaru tako lepo izgleda, bomo slišali nekoliko kasneje. Še dva pomembna faktorja, ki določata kvaliteto hrane, sta tekstura in njena struktura. Razloži profesor Vidrih z Biotehniške fakultete:

Izjava 3

Nekateri imamo radi svež hrustljav korenček, drugi ga raje skuhajo, da postane mehek. Od tega, kdaj bomo pri kuhi dodali katero od sestavin, je odvisno, ali je hrana prekuhana ali preveč zapečena.

Glasbeni vložek

Pri kuhanju na visokih temperaturah imamo torej učinke, ki so pozitivni, nekateri pa so lahko tudi negativni, kot je denimo izguba številnih hranilnih snovi in vitaminov. Lahko se celo tvorijo različne snovi, ki so za naš organizem škodljive, kot na primer poliaromatski ogljikovodiki pri prekomerni peki kruha, ki so rakotvorni, sprememba konfiguracije cis - trans, ki lahko pri povišani temperaturi iz popolnoma užitne snovi tvori toksično, in drugo. Profesor Vidrih nam razloži učinke kuhe na hrano:

Izjava 4

Temperaturni učinek na hrano je vsem dobro znan. Kako bi drugače sploh jedli sladoled, če ne bi imeli hladilnih skrinj? Konzerviranje hrane nam omogoča podaljšanje roka trajanja živil. Profesor Vidrih nam razloži, zakaj je to sploh mogoče:

Izjava 5

Konzerviranje hrane je torej danes ključen proces, ki je postal že skoraj samoumeven. Vsak od nas ima doma hladilnik, nekateri celo zamrzovalno skrinjo. Kako je bilo nekoč, ko teh pripomočkov še nismo imeli, pove doktor Rajko Vidrih:

Izjava 6

Še en način konzerviranja je uvedba konzervansov - snovi, ki se uporabljajo doma, v prehrambni industriji in kmetijstvu, da bi upočasnili biološke procese, kvarjenje hrane in mikroorganizme, ki to povzročajo. Najpogostejše konzervanse nam predstavi profesor Vidrih:

Izjava 7

Zdaj ko že nekaj več vemo o hrani in o tem, zakaj ima tak okus, se lahko za nekaj minut sprostimo ob glasbi, medtem ko pijemo svež kozarec sadnega soka, pa če je njegov okus naraven ali ne.

Ostanite z nami in izvedeli boste še veliko več zanimivosti, morda se celo naučite kak nov trik, s katerim lahko očarate in razvajate svoje najdražje in sebe.

Glasbeni vložek

Molekularna gastronomija. Pojem, ki bi lahko zbegal marsikaterega mimoidočega. Beseda gastronomija izvira iz devetnajstega stoletja in opisuje umetnost izbiranja, pripravljanja, serviranja in uživanja v dobri hrani. Vendar bi, kot namiguje končnica “-nomija”, ki v latinščini pomeni “vedenje o nečem”, pričakovali, da gre za vedo oziroma znanost o kuhanju. Zato sta leta 1989 angleški fizik Nicholas Kurti in francoski kemik Herve This z dodatkom “molekularna” oziroma “fizikalna” gastronomijo postavila na temelje znanosti. Od takrat je umetnost kuhanja prerasla v znanstveno raziskovanje kuhe.

Za zgodovinski pridih osnov kuhanja smo se obrnili na Jureta Matuliča, kuharja z ogromno izkušnjami in solastnika pivnice Lajbah:

Izjava 8

Da bi lažje razumeli znanstvene procese v kuhanju, bomo na kratko obnovili, iz česa je hrana sploh sestavljena. Hranilne stvari v hrani v glavnem delimo na tri skupine: ogljikove hidrate, maščobe in proteine. Nekje v ozadju leži še alkohol, ki pa ga ne prištevamo osnovnim hranilnim snovem. Kljub temu se ga pri kuhi uporablja pogosto. Več o tem profesionalni kuhar Jure Matulič:

Izjava 9

Ogljikovi hidrati, s tujko tudi karbohidrati, so kemične snovi, ki delujejo kot osnovne biološke skladiščnice energije. Kompleksne ogljikove hidrate imenujemo tudi polisaharidi, med tem ko so osnovni ogljikovi hidrati monosaharidi. Klasičen primer srednješolske kemije narekuje, da ob združitvi monosaharidov fruktoze in glukoze dobimo saharozo, bolje znano kot kuhinjski sladkor.

Maščobe so v biokemiji opredeljene z generičnim terminom lipidi. Nastanejo zaradi organskih procesov v živalih in rastlinah, so netopljive v vodi in imajo od nje manjšo gostoto. Večina jih je sestavljena iz trigliceridov, v njih pa najdemo tudi mono- in digliceride, ki nastanejo kot produkt estrifikacije. Estrifikacija je reakcija med kislinami, v glavnem karboksilnimi, in maščobami, pri kateri nastanejo estri. Sestavine z veliko nasičenimi maščobami so pri sobni temperaturi trdne, nenasičene pa tekoče. Nasičene maščobe so sestavljene iz dolgih ogljikovodikovih verig, ki so med seboj povezane z eno vezjo, kar jih naredi manj reaktivne. Nenasičene maščobe pa imajo vmes dvojne ali trojne vezi, zaradi česar so bolj reaktivne.

Nenasičene maščobe so bodisi mono- ali polinenasičene. To pomeni, da v te dolge verige ogljikovih atomov dodamo dvojno ali trojno vez. Ena dvojna ali trojna vez predstavlja mononenasičene maščobe, več teh vezi pa polinenasičene.

Nasičene maščobe, ki jih zaužijemo s hrano, so bogat vir energije, vendar ne spadajo med nujno potrebna hranila, saj jih je človeško telo sposobno tvoriti samo od sebe. Nasprotno pa nenasičene maščobe spadajo med esencialna hranila. Telo jih je sicer sposobno pretvarjati iz manj v bolj nenasičeno obliko, vendar pa moramo osnovne nenasičene maščobe dobiti s hrano, saj v človeškem telesu ne morejo nastati same.

V zadnjem času se je veliko govorilo tudi o transmaščobah. Transmaščobe v osnovi nastanejo, ko proizvajalci rastlinskemu olju dodajo vodik. Temu procesu rečemo hidrogeniranje. Hidrogeniranje podaljša rok trajanja živil in deluje kot stabilizator okusa.

Transmaščobe se kljub temu da so nenasičene, obnašajo kot nasičene maščobe. S tem dvigajo raven “slabega” holesterola in pripomorejo k povečanemu tveganju za obolenja krvožilnega sistema.

Glasbeni vložek

Pa se posvetimo še zadnji pomembni skupini - proteinom. Proteini so kompleksne organske spojine, sestavljene iz aminokislin, ki so združene s peptidno vezjo. Proteini so nujni za strukturo in funkcioniranje vseh živih celic, nekateri igrajo celo mehansko vlogo, kot na primer tisti, združeni v keratinske tvorbe, ki sestavljajo naše nohte. So vir energije in ne nastanejo kot stranski produkt fotosinteze. Od ogljikovih hidratov se razlikujejo v vsebnosti dušika in sledeh žvepla ter predstavljajo glavno komponento diet mesojedih živali. O pripravi mesa smo povprašali Matuliča:

Izjava 10

Ker smo obdelali osnove, se lahko posvetimo znanstvenemu ozadju samega kuhanja. Začnemo lahko kar s prvim vsakdanjim vprašanjem, zakaj hrana porjavi?

Rjavenje hrane delimo na neencimsko, kot sta karamelizacija ali Maillardova reakcija, ali encimsko. Karamelizacija je neencimska reakcija, kjer toplotno obdelamo sladkorje v hrani. V procesu gretja sladkorja iz njega odstranimo vodo, čemur sledita izomeracija in polimerizacija sladkornih molekul.

Maillardova reakcija je kemična reakcija med aminokislino in sladkorjem, ki deluje kot reducent. Da ponovimo srednješolsko znanje kemije: reducent pri redoks reakciji izgubi svoje elektrone in se oksidira, s tem pa oksidant, v našem primeru aminokislina, te elektrone sprejme ter oksidira. Produkt dane reakcije so nove molekule vonja in barva živila. Reakcija je osnovna za pridobivanje okusa v prehrambni industriji, saj vrsta aminokisline narekuje okus molekule, ki bo ob procesu oksidacije nastala. V procesu je ustvarjenih več sto različnih molekul. Te molekule nato razpadejo, s čimer dobimo še več novih spojin, ki narekujejo nove okuse. Vsaka vrsta hrane ima specifičen set okusnih spojin, ki nastanejo med Maillardovo reakcijo. In ravno te spojine so skozi stoletja večni cilj znanstvenikov, ki ustvarjajo umetne okuse. Ker Maillardova reakcija poteče zgolj ob določeni temperaturi, smo profesionalnega kuharja Jureta Matuliča povprašali, v čem je razlika med hitrim in počasnim kuhanjem:

Izjava 11

Prehajamo še k zadnjemu procesu rjavenja hrane. Encimsko rjavenje nastane, ko encim polifenol-oksidaza ali drugi podobni encimi katalizirajo oksidacijo fenolov v sadju, da dobimo spojine, imenovane kinoni. Kinoni lahko nato polimerizirajo, da dobimo melanine, ki povzročajo rjav pigment. Navadno se takemu rjavenju izogibamo, saj povzroča močne izgube okusa, ga pa s pridom koristimo za pridobivanje okusa v čaju s fermentacijo ter razvijanje barve in okusa v suhem sadju, kot so fige in rozine.  

Od skrajno znanstvenega okolja rjavenja pa se premikamo k bolj vročim tematikam. Rdeči feferoni, čiliji! Le zakaj so tako pekoči?

Kemična spojina, ki povzroča pekel v ustih po zaužitju kakega ekstra antideviško hudega čilija, se imenuje kapsaicin. Kapsaicin in njemu podobne spojine se imenujejo kapsaicinoidi in so produkt sekundarnega presnovka čilijevih paprik, najverjetneje kot detergent proti rastlinojedcem. Čisti kapsaicin je hidrofobičen, brez barve, v kristalni ali voskasti obliki.

Bolečina, ki jo začutimo v ustih, je rezultat molekularne interakcije z nevronskimi senzorji za bolečino. Molekula kapsaicina je članica vaniloidne skupine in se veže na temu primeren receptorski nevron, imenovan TRPV1. Dan receptor med drugim sprožijo tudi temperature, višje od 43 stopinj Celzija, zelo kisle stvari in spojine v gorčici, hrenu in vasabiju. Aktivacija tega receptorja povzroča goreč občutek. Molekula kapsaicina tako v ustih povzroča občutek, podoben tistem, kot bi se opekli ali fizično poškodovali.

V daljši izpostavljenosti kapsaicinu se nevroni spraznijo nevrotransmitorjev in tako zmanjšajo občutek bolečine, a si ob prenehanju zauživanja kapsaicina zopet opomorejo. Na srečo kapsaicin ne povzroča kemičnih opeklin, le daje nam občutek, kot da smo se opekli.

Zvesti spremljevalci kuharskih oddaj že veste, da je večina kapsaicina shranjena v notranjem delu feferona, na nitkah, na katere so pritrjena semena. Ker je raztopljiv v alkoholu, vam ob zaužitju prevelike količine feferonov toplo priporočamo splakovanje z višjealkoholnimi pijačami, vendar servirano z ledom, saj lahko topli napitki bolečino še povečajo. Ali pa z mlekom, tudi to pomaga, saj mleko vsebuje protein kasein, ki pomaga razbiti kapsaicin z vrhov vaših nevronov.

Ko se sprašujemo o “pekočnosti” čilija, pa nam pri tem pomaga Scovillova lestvica. Sprva je bila lestvica skrajno subjektivna, dandanes pa bazira na približni koncentraciji 18 mikromolov na en scofield.

Ob preboju skozi vročo in zadimljeno kuhinjo pa pridemo še do najpomembnejšega dela današnje oddaje: nasvetov za kuhanje!

Prvi in najpomembnejši: ne pozabite na sol. Sol je pomembna pri cvrtju oziroma praženju! Tudi če marinirate, ne pozabite dodati soli! Sol je namreč odgovorna za to, da meso prevzame okus marinade, med tem ko kisline z encimsko reakcijo razgradijo zgolj zunanji del mesa. Jure Matulič nam razloži, da je ob soli treba biti pozoren tudi na kis in sladkor:

Izjava 12

Nasvet številka dve: ko delate kekse, maslo predhodno stopite. Če hočete mehke kekse, je najpomembneje, da maslo stopite, saj je maslo sestavljeno iz približno 18 odstotkov vode, ki se ob stapljanju in mešanju z moko poveže s proteini, pri čemer nastane gluten - molekula, odgovorna za mehkost keksov!

Za intenzivnejši okus začimb jih najprej popražite na vročem olju. Večina začimb namreč vsebuje veliko okusa v sestavinah, ki se raztopijo v maščobah, in ne v vodi, zato jih je pametno dodati čim prej. To še posebej velja za posušene in zdrobljene začimbe. Na tak način boste iz njih iztisnili več okusa!

Če vam gredo na živce emulzije pri prelivih, jih lahko rešite s kančkom majoneze. Emulzija nastane pri mešanju vode in olja, ki se sicer med sabo ne mešata, vendar na njuni meji dobimo neko zmes, ki takoj po mešanju še ostane “pomešana”, kasneje pa se zopet razdeli na dva dela. Da bi dobili lep in enakomeren dresing, se poslužimo emulgatorja lecitina, ki ga najdemo v beljakih, torej v majonezi. Lecitin pospeši mešanje vode in olja in zaradi svoje kemične narave deluje kot neke vrste lepilo, ki ju drži skupaj.

Tako smo se s skupnimi močmi prebili skozi biologijo, kemijo in gospodinjstvo! Upam, da ste se ob poslušanju načili kakšnega novega in koristnega kuharskega trika, hkrati pa vas na tem mestu vabim, da se nam v petek ob polnoči pridružite pri nočnem programu, kjer bomo govorili o pivu! Ker je to za časa festivala piva, se nam bodo v studiu pridružili tudi nekateri pivovarji!

Frekvenco sta pripravila vajenca Dunia in Nejc, do naslednjič, pa ne pozabit: vse je super, dokler ne razjeziš Gordona Ramseya!

Brala sva AMG in Benjamin, tehniciral je Makis.