Андрей Варламов - Физика повседневности. От мыльных пузырей до квантовых технологий

Конечно, в первую очередь яйца используются в качестве еды, а не игрушек. Есть множество способов их приготовления: яйцо, сваренное вкрутую, в мешочек, всмятку, яичница-глазунья, яйцо пашот… При этом возникают практические вопросы: сколько минут следует варить яйцо, чтобы оно получилось всмятку, а не вкрутую? Зачем яйца варят в соленой воде? Почему после варки яйца сразу же погружают в холодную воду? Прежде чем ответить на эти вопросы, давайте составим некоторое представление о физико-химических процессах, происходящих в ходе приготовления яйца.

Внутренняя часть яйца состоит в основном из воды и белков (протеинов) (см. главу 17, врезку «Белки, цепочки аминокислот»). В организме эти длинные молекулы обеспечивают многие важные функции, такие как работа мышц, катализ химических реакций или перенос других молекул. Чтобы выполнять эти задачи, они, располагаясь в пространстве надлежащим образом, принимают ту или иную форму. Иногда эта конфигурация меняется в результате повышения температуры или изменения кислотности среды: белки сворачиваются и принимают форму, которая больше не позволяет им выполнять свои биологические функции. Этот процесс называют денатурацией .

С гастрономической точки зрения денатурированные белки часто оказываются более вкусными и более приемлемыми для процесса пищеварения, чем до их приготовления. Благодаря своей способности сцепляться белки могут образовывать сети, что, например, позволяет сделать суп более густым или заварить желе. В вареном яичном белке такая сеть связывает молекулы воды. Именно благодаря этому белок способен затвердевать: ведь почти на 90 % он состоит из воды. Помимо водорода, кислорода и азота, белки часто содержат серу. Таковы белки, содержащиеся в яйце, при разложении которого выделяется известный своим неприятным запахом газ – сероводород (H 2 S). Именно он придает запах тухлых яиц некоторым термальным источникам!

Белки являются результатом соединения большого количества аминокислот, которые образуют длинные цепочки. Все известные в природе белки являются теми или иными комбинациями 22 различных аминокислот. Их молекулы характеризуются наличием группы NH 2 (так называемые амины ) и группой COOH ( карбоксил , с кислотными свойствами), причем обе из них связаны с одним и тем же атомом углерода. Кроме того, последний связан еще и с группой атомов, специфичной для каждой из аминокислот.

Реакция между двумя аминокислотами приводит к возникновению молекулы воды и иной молекулы, которая белком еще не является. А вот после как минимум пятидесяти таких реакций (обычно их намного больше) полученная длинная молекула уже может называться белком.

При определенных условиях и в присутствии воды белок подвергается обратной реакции – гидролизу . Эта реакция происходит в желудке, где пища погружается в очень кислую среду: она дает аминокислоты, требуемые для синтеза необходимых нам белков.

Две аминокислоты могут быть объединены реакцией синтеза: аминогруппа одной реагирует с кислотной группой другой, чтобы, высвобождая молекулу воды, сформировать пептидную связь. Обратная реакция называется гидролизом. Группы атомов R и R’ могут быть более или менее сложными (например, простой атом водорода для глицина или группа CH3 для аланина)

Давайте посмотрим на процесс приготовления вареного яйца. Желток и белок в яйце содержат разный набор протеинов, а потому и денатурируют при разных температурах. Во многих книгах пишут, что белок затвердевает при более низкой температуре, чем желток, поэтому и возможно приготовить яйцо всмятку. Действительно, денатурация белка начинается при температуре более низкой, чем температура денатурации желтка, однако этот сложный процесс состоит из серии трансформаций и завершается при температуре более высокой. Если обратится к цифрам, то процесс денатурации белка происходит в интервале температур между 58 и 80 °C, а желтка – в гораздо более узком диапазоне – 63–70 °C. Поэтому, если оставить яйцо полчаса вариться в воде температурой около 70 °C, в результате получится любимый японскими гурманами деликатес Онсэн-тамаго (Onsen Tamago) : желток в таком яйце оказывается тверже белка, который при такой температуре уже теряет свою прозрачность, однако еще не затвердевает, а на вкус имеет приятную сливочную консистенцию. Приглашаем читателя попробовать самостоятельно приготовить Онсэн-тамаго. Для этого нужно найти способ поддерживать температуру воды относительно постоянной и равной 70 °C. На обычной кухне это не так просто, за исключением тех счастливчиков, у которых есть специальное приспособление, называемое «водяной баней»… В современной Японии продают как уже готовые Онсэн-тамаго, так и устройства для их приготовления в домашних условиях. Традиционно же их готовили путем погружения в воду горячего источника: Tamago означает «яйцо», а Onsen – «горячий источник» (илл. 5).

5. Приготовление яиц традиционным в Японии способом Онсэн-тамаго – путем их погружения в горячий источник

Приготовленное путем погружения на несколько минут в кипящую воду европейское яйцо всмятку выглядит наоборот: оно состоит из затвердевшего белка и жидкого желтка. Сварить яйцо всмятку не так просто, как может показаться. Кстати, это возможно в основном благодаря тому, что тепло проникает в яйцо постепенно и повышение температуры в белке происходит раньше, чем в желтке. Для правильного приготовления яйца всмятку процесс передачи ему тепла следует прервать таким образом, чтобы конечная температура желтка T к достигла, но не превысила 63 °C. Понятно, что время t , необходимое для этого, зависит от размера яйца, точнее, от величины его меньшего диаметра d , который можно определить с помощью штангенциркуля (илл. 7). Кроме того, на результат влияют начальная температура яйца T 0 и значение температуры кипения воды T кип (которая, напомним, изменяется с высотой, см. главу 15, илл. 5).

Английский физик Питер Бархэм написал книгу под названием «Наука приготовления пищи» ( The science of cooking ), в которой предложил определить время приготовления яйца t с помощью формулы:

t = 0,15 Kd 2,

где t – время, выраженное в минутах, d – величина малого диаметра яйца в сантиметрах, а коэффициент K равен