ყოფითი ქიმიური ლაბორატორია

მაიერის რეაქცია, ანუ რატომაა შემწვარი საკვები ასეთი გემრიელი და მადის აღმძვრელი?

კულინარია – ეს ყოფითი ქიმიური ლაბორატორიაა და ყველა კულინარი გარკვეულწილად ქიმიკოსია. ყოველი კერძის მომზადება დაკავშირებულია ნივთიერებების გარდაქმნასთან, ანუ ქიმიური რეაქციის მსვლელობასთან. ამ პროცესთან ყოველდღიურად გვაქვს შეხება, როცა ქურასთან მივდივართ რაიმე გემრიელის მოსამზადებლად. ვგრძნობთ ახლად მოდუღებული ყავის, გამომცხვარი პურის თუ შემწვარი ხორცის არომატს, რომელიც შებრაწული პურის ქერქს ან ხორცის ნაჭერს ასდის. საოცარი გემო აქვს ამ პროდუქტებს. ეს ცვლილებები იწვევს პროდუქტების გარდაქმნას მაიერის რეაქციით. ფრანგმა ქიმიკოსმა და ექიმმა, ლუი კამილ მაიერმა, 1910 წელს ერთ-ერთმა პირველმა გამოიკვლია საკვების მომზადებისას მიმდინარე პროცესი. ამ რეაქციას მისი სახელი ეწოდა. მაიერის რეაქცია წარმოადგენს რეაქციათა ჯაჭვს, შაქარსა და ამინონაერთებს შორის (ამინომჟავები, პეპტიდები, ცილები), რომელიც, როგორც წესი, მიმდინარეობს გაცხელებისას. საკვები პროდუქტის გაცხელებისას, წარმოიქმნება დამახასიათებელი სუნი, ფერი და მზა საკვების გემო. მაიერის რეაქცია ჩვენთვის ცნობილია არა მარტო სამზარეულოში, არამედ ყველგან – ნიადაგის ჰუმუსის, ნახშირის, ტორფის, სამკურნალო ტალახების წარმოქმნა ამ რეაქციის წყალობით ხდება, მაგრამ ჩვენ საკვების თერმულ დამუშავებაზე შევჩერდებით.

თანამედროვე ადამიანის ცხოვრება კულინარიის გარეშე, ხოლო კულინარია კი ხარშვის, ცხობისა და შეწვის გარეშე, ძნელი წარმოსადგენია. აქვე უნდა ითქვას, რომ სხვა ყველა ცოცხალი არსება საკვებს თერმული დამუშავების გარეშე მოიხმარს. არსებობს მონაცემები, რომ ჯერ კიდევ სინანტროპები (Homo erectus pekinensis) იყენებდნენ ცეცხლს, ხოლო თანამედროვე Homo sapiens ცეცხლზე ამზადებდა იმთავითვე. ასე რომ, შემწვარ- მოხარშულის სიყვარული, უძველესი დროიდან ჩამოყალიბდა. მაინც რამ აიძულა პირველყოფილი ადამიანი, რომ საკვები ცეცხლზე დაედო და შემდეგ ეჭამა? და რატომ დაიწყო ყველამ საკვების დამუშავება?

რთულია გავიგოთ, როდის და რატომ მოხდა ეს. სავარაუდოდ, რაღაც მიზეზით უმი ხორცი ცეცხლში მოხვდა, შეიწვა, ჩვენმა წინაპარმა კი ცდუნებას ვერ გაუძლო და არომატული ნაჭერი დააგემოვნა. გასაგებია, რომ შემწვარი ნაჭერი გაცილებით გემრიელია უმზე, მარილის, კეტჩუპისა და საკმაზების გარეშეც კი. თუმცა ეს გასაგებია, მხოლოდ არაბიოლოგებისათვის. ევოლუციის თეორიის თანახმად, გემრიელი ის უნდა იყოს, რაც სასარგებლოა და შეიცავს ძვირფას კომპონენტებს (ტკბილეულის ჭარბად მიღება საზიანოა, თუმცა ჩვენს წინაპრებს ეს არ ემუქრებოდათ). რატომაა  შემწვარი გემრიელი? – ეს არატრივიალური კითხვაა. იქნებ სწორედ იმიტომ, რომ მომზადებული საკვები ადვილად ათვისებადია და გემოს რეცეპტორები ამას ხვდებიან. და მალე მომზადებულ საკვებს სარკალურად მიიჩნევდნენ, „ცეცხლით განწმენდილად“. მსხვერპლთ შეწირვისას, როცა პოტენციურ საკვებს წვავდნენ, მისი ნაწილი ცაში ადიოდა კვამლის სახით, როგორც ერთგვარი ძღვენი ღვთაებებისათვის. ასეა თუ ისე, ცეცხლი, ტაფა, ქვაბი და შამფურები, დიასახლისებისა და მზარეულების მთავარი ინსტრუმენტი გახდა, გემრიელი თბილი საკვები კი, ერთ-ერთი ყველაზე ხელმისაწვდომი სიამოვნება.

საკვების მომზადების ამგვარმა ხერხმა გამოიწვია კიდევ უფრო მნიშვნელოვანი, გლობალური შედეგები. არსებობს საინტერესო თეორია, რომლის თანახმადაც, საკვების თერმულმა დამუშავებამ გამოიწვია ანტროპოგენეტიკური ევოლუცია და დასაბამი მისცა ადამიანის კულტურულ განვითარებას. ჩვენი წინაპრები ყველაფრის მჭამელი ცხოველები იყვნენ. ეს აძლევდათ ევოლუციურ უპიატესობას, რადგან მოხმარების პროდუქტთა დიდი მრავალფეროვნება იყო, მაგრამ ბევრი უარყოფითი ჰქონდა: უმი და უხეში საკვები, ძნელი მოსანლებელი იყო, ამიტომ ბევრის ჭამა უწევდათ, დიდ დროს ხარჯავდნენ მის მოპოვებაზე. სპეციალისტებმა გაიანგარიშეს, რომ შიმპანზე საკვების მოხმარებაზე დღეში რამდენიმე საათს ხარჯავს, თანამედროვე ადამიანი კი საათზე ნაკლებს (რესტორანსა და ბარში გატარებული დრო მხედველობაში არ მიიღება, რადგან, ძირითადად აქ დრო ურთიერთობას ეთმობა). გამოდის, რომ საკვების თერმულმა დამუშავებამ, მნიშვნელოვნად  გაზარდა მონელების ხარისხი, შეამცირა რესურსებზე მოთხოვნილება და ჩვენს წინაპრებს აჩუქა თავისუფალი დრო და ენერგია, რომელიც შეეძლოთ დაეხარჯათ სამყაროსა და შემოქმედების  შეცნობაზე, აზროვნებაზე და სამუშაო იარაღის შექმნაზე. სხვაგვარად რომ ვთქვათ, საკვების მომზადებამ Homo sapiens-ს შესაძლებლობა მისცა, ჭეშმარიტად გონიერ არსებად ჩამოყალიბებულიყო.

კარგად დაბრაწული ხორცისა და ახლადგამომცხვარი პურის წარმოდგენაც კი საკმარისია, რომ ნერწყვი მოგვადგეს. რატომაა შემწვარი საკვები ასეთი გემრიელი და მადის მომგვრელი?

სამი უმთავრესი კომპონენტია მოხმარებული საკვების ორგანიკის შემადგენელი: ნახშირწყლები, ცხიმები და ცილები. ნახშირწყლები, რომლებსაც სხვაგვარად, როგორც ვიცით, ბუნებრივ ჰიდროქსილ-ალდეჰიდებს და პოლიჰიდროქსიკეტონებს უწოდებენ, ზოგადი ფორმულით (CH2O)n, თავიანთი მოლეკულების შედგენილობაში შეიცავენ არა მარტო ჰიდროქსილ ჯგუფებს -ОН, არამედ კარბონილურსაც С=О.

ბუნებრივი ცხიმების, ტრიგლიცერიდების (ერთფუძიანი ცხიმმჟავებისა და გლიცერინის რთული ეთერების) მოლეკულებში, ასევე არის კარბონილური ჯგუფები.

ცილები გაცილებით რთული აგებულებისაა. ეს ის პოლიმერებია, რომელთა ჯაჭვებიც აგებულია სხვადასხვა ამინომჟავით. ცილის თვისებები პირდაპირ კავშირშია, მის აგებულებასთან, თუ რომელი ამინომჟავები და რა მიმდევრობითაა მის შემადგენლობაში. 20 ამინომჟავას შორის, რომლებიც ცილის შემადგენლობაშია, არის რამდენიმე, ქიმიური თვალსაზრისით დაუცველი. ესენია: ლიზინი, არგინინი, ტრიპტოფენიდა ჰისტიდინი. მათი მოლეკულები შეიცავენ თავისუფალ ამინოჯგუფებს (-NH2), გუანიდურ ჯგუფს (-С(NH2)2), ინდოლურ და იმიდაზოლურ რგოლებს.

ჩამოთვლილი ჯგუფები დაუცველი არიან, რადგან ცილის მოლეკულის შემადგენლობაშიც კი, ადვილად შედიან რეაქციაში, ნახშირწყლების კარბონილ-ჯგუფთან (С=О), ალდეჰიდებთან და ლიპიდებთან. სხვა ამინომჟავების ამინოჟგუფი რეაქციაში შედის მხოლოდ მაშინ, თუ ეს ამინომჟავა თავისუფალია ან პოლიპეპტიდური ჯაჭვის ბოლოშია. საჭიროა მხოლოდ მაღალი ტემპერატურა, ცეცხლი ან ქურა. სწორედ ესაა კვებით ქიმიაში ცნობილი, შაქარ-ამინური კონდენსაციის რეაქცია, ანუ იგივე მაიერის რეაქცია. დღეს მაიერის რეაქციის შესახებ ბევრი რამაა ცნობილი. უპირველესად, ეს არაა ერთჯერადი რეაქცია, არამედ პროცესების მთელი კომპლექსია, რომლებიც მიმდინარეობს თანმიმდევრულად და პარალელურად, ფერმენტების მონაწილეობის გარეშე და სარეაქციო მასას ყავისფერ შეფერილობას აძლევს. მთავარია, რომ სარეაქციო ნარევში იყოს კარბონილური ჯგუფები (შაქრის, ალდეჰიდების ან ცხიმების შემადგენლობაში) ან ამინოჯგუფები (ცილები). ნათელია, რომ რეაქციების ასეთი ნაკრები იწვევს განსხვავებული აგებულების მრავლობითი პროდუქტის წარმოქმნას, რომლებიც სამეცნიერო ლიტერატურაში „გლიკირების საბოლოო პროდუქტებად“ იწოდება. ამ ჯგუფში შედის ალიფატიური ალდეჰიდები და კეტონები, ასევე ამიდაზოლის, პიროლისა და პირაზინის ჰეტეროციკლური წარმოებულები. სწორედ ეს ნივთიერებები – შაქარამინული კონდენსაციის პროდუქტებია პასუხისმგებელი პროდუქტების თერმული დამუშავებისას  ფერის, არომატისა და გემოს ფორმირებაზე. ეს რეაქცია ტემპერატურის მატებისას სწრაფად მიდის და ამიტომ, ხარშვისას, შეწვისას და ცხობისას ინტენსიურად მიმდინარეობს. მოყავისფრო-ოქროსფერი გარსის პურზე, შემწვარ თევზზე, ხორცზე, გამომშრალ ხილზე ყავისფერი შეფერილობა – მიუთითებს, რომ მაიერის რეაქციას ჰქონდა ადგილი. თერმულად დამუშავებულ პროდუქტს, მუქ შეფერილობას ანიჭებს, მაღალმოლეკულური ნივთიერება მელანოიდინები (ბერძნული დასახელებაა „მელანოს“, რაც ნიშნავს „შავი“), რომლებიც მაიერის რეაქციის ბოლო სტადიაზე წარმოიქმნებიან. უნდა აღინიშნოს, რომ სტანდარტული მელანოიდინების ფერი შავი კი არა, მოწითალო-მოყავისფრო, მუქი ყავისფერია. ისინი წარმოქმნიან შავ პიგმენტებს იმ შემთხვევაში წარმოქმნიან, თუ ცეცხლი იყო ძლიერი და საკვები უყურადღებობით  დაგვეწვა. თავად ტერმინი „მელანოიდინი“, 1897 წელს ო. შმიდენბერგმა შემოიტანა. ყავა, კაკაო, ლუდი, ბურახი, სადესერტო ღვინო, პური, შემწვარი თევზი და ხორცი…. სანამ ჩვენ ამ ყველაფერს მივირთმევთ, მაიერის რეაქცია და მისი პროდუქტი მელანოიდინი ჩვენთანაა. ყოველდღიურად ჩვენ 10 გრამამდე მელანოიდინებს მოვიხმართ, ამიტომ აუცილებელია ვიცოდეთ მათი სარგებლობისა და ზიანის შესახებ.

ქიმიური თვალსაზრისით, მელანოიდინები, განსხვავებული აგებულების არალეგულარული პოლიმერების ფართო სპექტრს წარმოადგენენ, რომლებიც ასევე მოიცავენ ჰეტეროციკლურ და ქინოიდურ სტრუქტურებს, მოლეკულური მასით 0,2-დან 100 ათასამდე დალტონი. მათი წარმოქმნის მექანიზმი, საკმაოდ რთულია და ბოლომდე შესწავლილიც არაა. საკმაოდ ბევრი შუალედური პროდუქტი არსებობს, რომლებიც ერთმანეთთან და საბოლოო ნივთიერებებთან ურთიერთქმედებენ. მელანოიდინების წარმოქმნას თან ახლავს მრავლობითი არომატული ნივთიერების წარმოქმნა: ფურფუროლი, ოქსიმეთილ ფურფური, აცეტალდეჰიდი, ფორმალდეჰიდი, იზოვალერიანის ალდეჰიდი, დიაცეტილი და სხვა. სწორედ ისინი ანიჭებენ საკვებს ამ მადის აღმძვრელ არომატს. კერძებისა და სასმელების მომზადების ტრადიციული რეცეპტები, მოიცავენ საკვების დამუშავების სტადიებს, რომლებზეც მელანოიდინი წარმოიქმნება. მაგალითად: მუქი ლუდის სახეობების შეფერილობა მელანოიდიზირებული ალაოს დამსახურებაა. გემოს არომატიზატორები და საკვები დანამატები – ეს უკვე მაიერის რეაქციის მზა პროდუქტია, რომლებსაც ცალკე იღებენ და უმატებენ პროდუქტებსა და სასმელებს, ბუნებრივი საღებრებისა და გემოს გამაძლიერებლების სახით. ფასტფუდისათვის საჭირო საკმაზები და არომატიზატორები იმავე წარმომავლობისაა. მაგალითად, ჩაშუშული მკერდის ნაწილის გემოს მქონე საკვებ დანამატს იღებენ მიკროტალღურ ღუმელში, საქონლის ხორცის ფერმენტაციული ჰიდროლიზატური შრობით. რამდენად სახიფათოა ეს ნივთიერებები? ჩვენ ხომ ხშირად გვესმის: შემწვარს ერიდეთ, რადგან დაბრაწული ნაწილები კარცეროგენულ ნივთიერებებს შეიცავენ. მოდით გავერკვეთ.

დღეისათვის სამეცნიერო ლიტერატურაში მრავლადაა ინფორმაცია, მელანოიდინების სასარგებლო თვისებებზე – ანტიოქსიდანტური, ანტიმიკრობული, იმუნომოდულატორული, ასევე მძიმე მეტალების შებოჭვის უნარი. მაიერის რეაქციის პროდუქტების აქტიური ანტიოქსიდანტური თვისებები პირველად 1961 წელს, მოხარშულ ხორცზე ექსპერიმენტებისას აღმოაჩინეს. შემდეგ ნათელი გახდა, რომ მოხარშული ხორცი, ლიპიდების ზეჟანგური ჟანგვის ინჰიბირებას ახდენს. თვით ინჰიბიტორის როლში კი მელანოიდინი და მალტოლი გამოდიან, რომლებიც ხარშვისას ხორცში წარმოიქმნებიან.

დღეისათვის მეცნიერები, რომლებიც მელანოიდინების აქტიურ ანტიოქსიდანტურ ბუნებას იკვლევენ, ვარაუდობენ, რომ ეს თვისება დაკავშირებულია მათ სტრუქტურასთან. აქ ქინონური და ჰეტეროციკლური ჯაჭვები შეიცავენ ორმაგი ბმების შეუღლებურ სისტემას.

სწორედ ეს სტრუქტურა იძლევა, თავისუფალი რადიკალების გაუვნებელყოფისა და მძიმე მეტალების შებოჭვის საშუალებას, რაც ორგანიზმისათვის მეტად სასარგებლოა.

მელანოიდური პოლიმერის

სტრუქტურის

ფრაგმენტი.(gls-ნარჩენი D-გლუკოზის)

 

უკანასკნელ წლებში ყავის მელანოიდინების კვლევებს მეცნიერები იმ მოსაზრებამდე მიჰყავთ, რომ მათ სიმსივნის რისკების შემცირება ძალულთ. გარდა ამისა, ისინი აძლიერებენ გლუტათიონ-S-ტრანსფერაზის ოჯახის ფერმენტების სინთეზს, რომლებიც სხვადასხვა ქსენობიოტიკებს უვნებელჰყოფს, ხოლო კორეელ, იაპონელ და გერმანელ მეცნიერთა ჯგუფმა ვირთხებზე ჩაატარა ექსპერიმენტი, რომლის შედეგადაც გამოჩნდა, რომ მოხალული ყავის მარცვლების არომატი (მაიერის რეაქცია) ცვლის ზოგიერთი გენის მუშაობის მექანიზმს, ტვინში ხდება ცილების სინთეზირება, რაც უძილობით გამოწვეული სტრესის შედეგებს ამცირებს. ამგვარად, მეცნიერულად დამტკიცებულია, რომ ყავის არომატით გამოღვიძება სასარგებლოა ტვინისათვის, ამასთან სასიამოვნოცაა. თუმცა ეს არ ნიშნავს, რომ დილიდან დაღამებამდე ყავას უნდა მივირთმევდეთ. ჯანდაცვის ტექნოლოგიების კვლევის ცენტრის წარმომადგენელი, კვლევების ხელმძღვანელი, იაპონელი მეცნიერი იოსინორი მასუო თვლის, ყავის დაყნოსვაც საკმარისია, რომ არ დავლიოთ.

უნდა ვაღიაროთ, რომ მელანოიდინები ცუდად იშლებიან საჭმლის მომნელებელი ფერმენტებით და კუჭ-ნაწლავური ტრაქტი მათ არ იწოვს. თითქოს ეს მათ უარყოფით თვისებად უნდა ჩავუთვალოთ, თუმცა ნუ ვიჩქარებთ. მელანოიდინები იმავე ფუნქციას ასრულებენ, რასაც საკვები ბოჭკოები აუმჯობესებენ მონელების პროცესს და ბიფიდობაქტერიების ზრდის სტიმულირებას ახდენენ, ანუ პრებიოტიკების თვისებები აქვთ – ეს კი უკვე დიდი პლიუსია. და მაინც, რას უკავშირდება საუბრები კარცეროგენებზე? საქმე ის გახლავთ, რომ ძალიან მაღალი ტემპერატურისას მაიერის რეაქციის მიმდინარეობისას, შესაძლოა მართლაც წარმოიქმნან ტოქსიურიან კარცეროგენული ნივთიერებები. მაგალითად, აკრილამიდი წარმოიქმნება 180°C-ზე მაღალ ტემპერატურაზე ცხობის ან შეწვისას. ასეთ დროს  მიმდინარეობს მელანოიდინების თერმული დაშლა, ამიტომ არ ღირს ძალიან შევწვათ.  აი რა არის საინტერესო: მკვლევრებმა გაარკვიეს, რომ მაიერის რეაქციის ზოგიერთი პროდუქტები, იმ ფერმენტების წარმოქმნის სტიმულაციას ახდენენ, რომლებიც მონაწილეობენ ტოქსინების, მათ შორის აკრილამიდის, შებოჭვაში. ხოლო მოდელურმა ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ მაღალმოლეკულური მელანოიდინები თრგუნავენ კარცეროგენული N-ნიტროზამინების წარმოქმნას.

რა თქმა უნდა, მინუსად შეიძლება ჩაითვალოს, რომ მაიერის რეაქცია ამცირებს ცილების ბიოლოგიურ ღირებულებას, რადგან ამინომჟავები, განსაკუთრებით ლიზინი, ტრეონინი, არგინინი და მეთიონინი, რომელთა ნაკლებობასაც ყველაზე ხშირად განიცდის ორგანიზმი, საქარიდებთან შეერთებისას, მიუწვდომელი ხდება საჭმლის მომნელებელი ფერმენტებისათვის – შედეგად ვერ ხდება მათი შეთვისება. მაგრამ დამეთანხმეთ, რომ ღირს დავიკლოთ მცირედი ამინომჟავები, საკვების მადისაღმძვრელი სუნის, გემოსა და შეხედულებისათვის. ამ ფაქტორების გარეშე ხომ შეუძლებელია საკვების სრულფასოვანი გადამუშავება. საკვები უნდა იყოს გემრიელი!
იმისათვის რომ შევაფასოთ მელანოიდინების ზიანი და სარგებელი, აუცილებელია პრობლემას კომპლექსურად მივუდგეთ, ურთიერთგამომრიცხავი ფაქტორებისა და დეტალების გათვალისწინებით. ეს სირთულეს წარმოადგენს, მაგრამ არის სხვა გზაც – დღეს მაიერის რეაქციისათვის ნაპოვნია კატალიზატორები და ინჰიბიტორები. ჩვენ ვიცით, როგორ მოქმედებს рН-გარემოები, ტემპერატურა, ტენიანობა, კომპონენტების თანაფარდობა პროცესისი მსვლელობისას და წარმოქმნილ ნივთიერებათა სპექტრი. ამ პარამეტრებს, ჩვეულებრივ ყურადღება ექცევა საკვები პროდუქტების წარმოებაში. სხვაგვარად რომ ვთქვათ, მაიერის რეაქცია მართვადი ხდება, ამიტომ კულინარიული დამუშავებისას სავსებით შესაძლებელია, მხოლოდ ორგნიზმისათვის სასარგებლო თვისებების მქონე სტანდარტული პროდუქტების მიღება.

წყარო:

  1. http://www.scienceofcooking.com/maillard_reaction.htm
  2. http://web.archive.org/web/20041029235215/http://www.agsci.ubc.ca/courses/fnh/410/colour/3_82.htm
  3. https://www.hij.ru/read/what-we-eat/92/
  4. http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jf8001137
  5. http://7bigspoons.com/nootropics/caffeine/coffee-aromatherapy-give-brain-bit-buzz/

 

 

კომენტარები

comments