энергии он начнет дергаться, разрывая связи. Белок денатурирует, а затем коагулирует, когда его куски создают новые связи с другими случайными участками белковых цепочек. Сходный процесс происходит при электрическом заряде. В растворе с низким pH огромное количество положительно заряженных ионов водорода будет связываться с аминокислотами везде, где только можно. Присоединяясь к молекуле, они нейтрализуют отрицательные заряды и добавляют положительные к нейтральным участкам. Это нарушает сбалансированную структуру. Химические свойства, которые были так тщательно определены, кардинально меняются, поскольку повсюду появляется больше положительных зарядов. Они расталкивают участки белковой молекулы, и белок денатурирует точно так же, как при нагреве. Денатурированные и развернутые белки могут затем взаимодействовать с другими белками и коагулировать точно так же, как при нагреве.
РИСУНОК 1 (A)
Все белки составлены из набора 20 различных аминокислот, приведенных в этой таблице с буквенными обозначениями каждой аминокислоты в скобках. Из этих 20 аминокислот две положительно заряжены и две – отрицательно. Остальные не заряжены, но обладают либо гидрофильностью, либо гидрофобностью.
(B) В необработанном свернутом белке (слева) гидрофобные аминокислоты обычно находятся в центре, вдали от воды (черные кружки), а заряженные и гидрофильные аминокислоты – на поверхности (белые кружки). Изменение pH эквивалентно добавлению множества положительных или отрицательных зарядов в виде дополнительных ионов H+ или OH–. Например, если вы понижаете pH, ионы H+ будут присоединяться к различным участкам белка и делать его в целом более положительно заряженным. Так как все положительные заряды отталкиваются, это дестабилизирует белок, и он частично развернется. Тогда обнажившиеся аминокислоты будут взаимодействовать с другими аминокислотами этого же или другого белка. При этих изменениях белка невооруженным взглядом будут видны изменения цвета и текстуры продукта.
При готовке с щелочным pH возникает схожее явление, только теперь заряд отклоняется в противоположную сторону. Положительных ионов водорода мало, так что белки будут терять положительные заряды и становиться в целом слишком отрицательными. Это точно так же дестабилизирует белок – и он распадается.
Взгляд на молекулярном уровне объясняет, почему приготовление с помощью тепла или pH оказывает на продукты схожее воздействие: в микроскопическом масштабе изменения не слишком различаются.
Вероятность денатурации белка зависит от того, насколько большой заряд вы сообщаете, а также от свойств приготавливаемого белка. На врезках показана pH-зависимость разворачивания белка для двух распространенных белков: альбумина (одного из основных составляющих яичного белка), который «приготавливается» в рецепте столетнего яйца, и рыбного миозина, белка, который денатурирует, когда мы готовим севиче и лютефиск.
Графики на рисунке 2 показывают, что происходит с результирующим зарядом белка при изменении pH. При нейтральном pH, когда большая часть белков находится в уравновешенном состоянии, заряд обычно близок к нулю. Часто, чтобы результирующий заряд изменился, приходится довольно сильно изменять pH, так как структура белка рассчитана на то, чтобы выдерживать некоторые флуктуации pH, не разваливаясь. В момент, когда pH станет слишком высоким или слишком низким, результирующий заряд кардинально изменится и можно увидеть изменения цвета и текстуры на макроскопическом уровне.
Давайте посмотрим, что эти графики могут рассказать нам про севиче. В естественном состоянии (при нейтральном pH = 7) рыбный миозин имеет приблизительно нейтральный заряд. Здесь он стабилен и свернут в свою функциональную структуру. Однако при pH = 2 заряд намного выше, и можно ожидать, что белок окажется очень нестабильным и денатурированным. В промежутке между этим значением и pH = 7, то есть при pH = 4, результирующий заряд находится где-то посередине. Эти точки действительно коррелируют с реальностью: лимонный сок (pH = 2) может «приготовить» севиче, а вот апельсиновый (pH = 3,5–4) не может: он недостаточно кислотен, чтобы повлиять на заряд. Точно так же раствор едкого натра в рецепте лютефиска имеет pH ≈ 13, то есть он очень щелочной. При pH = 13 рыбный миозин, в соответствии с нашей диаграммой, имеет результирующий заряд –27. Можно ожидать, что при таком pH рыба будет выглядеть готовой, что и происходит. В лютефиске белок не только денатурирует, но и начинает распадаться, что способствует возникновению желеобразной текстуры. Научное объяснение этого явления мы дадим при обсуждении упругости в главе 5.
РИСУНОК 2
Слева: Верхний график показывает pH-зависимость куриного сывороточного альбумина, одного из основных белков в яйце. На нижнем графике – pH-зависимость рыбного миозина, основного белка рыбы. На обоих графиках представлен общий заряд белка при каждом pH. По мере увеличения pH у обоих белков возрастает отрицательный заряд. Когда результирующий заряд быстро изменяется в небольшом диапазоне значений pH (это происходит в районе pH 4 как для яичного, так и для рыбного белка), белки, вероятнее всего, претерпевают видимое преобразование.
Справа: Аминокислоты в белке обычно изображаются как длинная цепочка букв, где каждая буква соответствует какой-то аминокислоте. Здесь мы видим куриный альбумин, который состоит из 386 аминокислот. На рисунке аминокислоты с отрицательным зарядом, D и E (аспарагиновая и глутаминовая), красные, а аминокислоты с положительным зарядом, R и K (аргинин и лизин), зеленые. Хотя заряд имеют лишь немногие аминокислоты, они играют важную роль в свертывании и функционировании белка.
Преобразования с pH и нагревом
Рикотта
Итальянский сыр рикотту обычно делают из сыворотки, оставшейся после изготовления других сыров: ит. ricotta переводится как «снова сваренный». Однако в наши дни его часто готовят из молока. Что бы большинство людей ни думали, рикотту приготовить невероятно просто. Нагреваете молоко, добавляете немного уксуса или лимонного сока, ждете, чтобы молоко свернулось, сцеживаете жидкость… и вуаля – рикотта!
Вы, наверное, подумали: «Они что, правда сказали добавить в сыр уксуса?» Хотя вы могли уже немного привыкнуть к необычным ингредиентам, как для севиче или лютефиска (в конце концов, это блюда с весьма специфическим вкусом и текстурой), это кажется неуместным в таком продукте, как сыр. Кроме того, уксус сам по себе не слишком вкусен, и сыр со вкусом уксуса не кажется особо аппетитным.
Теоретически рикотту можно было бы приготовить с одним только уксусом, не применяя нагрев. Уксус действительно створожит молоко, поскольку его pH достаточно низок, чтобы значительно повлиять на результирующий заряд. Однако вкус получится ужасный. Теоретически можно створожить молоко и только за счет нагрева и вовсе не добавлять уксуса. Однако на практике вы не сможете сообщить молоку столько тепла, чтобы всё получилось: молоко – в основном вода, так что температура не поднимется выше 100 °C. Вам надо осторожно уравновесить эти два элемента: добавить ровно столько уксуса, чтобы молоко свернулось, и провести должное нагревание – но так, чтобы вкус не слишком изменился.
На молекулярном уровне
