Gotując, intuicyjnie wykorzystujemy złożone zjawiska fizyczne i chemiczne, jeśli jednak zadamy sobie trud bliższego ich poznania, okaże się, że taka wiedza nie tylko niewiele ma wspólnego z nudnymi wykładami, ale też pomoże przygotować jeszcze smaczniejsze jedzenie.

Osmoza z grzybami

Zupa - początek klasycznego polskiego posiłku. Czy to będzie barszcz, zupa grzybowa czy rybna, zasada jest jedna - wyciągnąć jak najwięcej smaku z gotowanych składników: buraków, grzybów czy ryby. Cała sztuka polega na umiejętnym wykorzystaniu zjawiska osmozy. Spójrzmy na zupę jak na układ fizyczny. Na początku mamy wodę i składniki, które będziemy gotować. Cały zupowy układ dąży do wyrównania stężeń - w komórkach buraków czy ryby zawartość soli mineralnych, tłuszczu i innych związków decydujących o smaku i zapachu jest wyższa niż w otaczającej je czystej wodzie. Granicą, która zapobiega natychmiastowemu wymieszaniu wszystkiego, są błony komórkowe - półprzepuszczalne struktury zbudowane z białek i tłuszczów.

Gdy podgrzewamy zupę, wszystkie cząsteczki w garnku zaczynają poruszać się coraz szybciej i gwałtownie obijać się o siebie. Ta nerwowość przyspiesza zachodzenie wielu reakcji chemicznych i procesów fizycznych - między innymi zjawiska osmozy, czyli przenikania wody przez błony komórkowe. Woda płynie tak, by wyrównać stężenia - dostaje się do pełnych gęstego soku komórek, z których równocześnie wydostają się na zewnątrz rozpuszczone sole mineralne. Dzieje się tak aż do wyrównania stężeń - uzyskujemy pełen smaku wywar.

Co się jednak stanie, gdy posolimy zupę już na początku gotowania? Wtedy stężenie na zewnątrz komórek, w wodzie, nie będzie się zbytnio różniło od stężenia w ich wnętrzu. Proces osmozy będzie przebiegał niemrawo i większość smaku pozostanie w rybie czy warzywach. Z kolei zupa posolona pod sam koniec gotowania będzie miała gęsty wywar, ale wygotowane do cna twarde składniki. Dlatego najlepiej jest solić mniej więcej w dwóch trzecich czasu gotowania - uzyskamy wspaniały smak i jędrne składniki.

Najważniejsza reakcja

Pieczeń wołowa, smażony karp czy łosoś. Niezwykły aromat, kuszący, brązowy kolor. To wszystko wynik działania bodaj najpopularniejszej w kuchni reakcji Maillarda. Zachodzi ona wszędzie tam, gdzie podgrzewa się cukry wraz z cząsteczką zawierającą grupę aminową. Tak się składa, że grupa aminowa obecna jest w aminokwasach - składniku wszelkich białek. W temperaturze przekraczającej 140 stopni Celsjusza z połączenia cukrów i białek powstają związki aromatyczne, czyli zawierające pierścienie węglowe. To właśnie one nadają wszystkiemu, co smażone czy pieczone, charakterystyczny zapach i brązowy kolor.

Reakcja Maillarda nie pojawia się natomiast podczas gotowania - tu temperatura wynosi około 100 stopni i związki aromatyczne nie mają szansy powstać. Z kolei przegrzanie produktu powyżej 200 stopni zaczyna być niebezpieczne - w reakcji pojawiają się związki rakotwórcze, które w dodatku mogą mieć paskudny smak. Dlatego trzeba uważać z pieczeniem w bardzo wysokich temperaturach.

Smażenie wydaje się znacznie bezpieczniejsze - gorący olej zaczyna dymić przy 190 stopniach, a wrzucenie do niego kawałka ryby czy mięsa obniża temperaturę do bezpiecznej i pożądanej okolicy 140 stopni.

Co jednak robić, by nasz świąteczny karp po smażeniu w oleju nie stał się gąbką nasiąknięta tłuszczem? Dodać więcej tłuszczu! Aby zapobiec dostawaniu się oleju do środka ryby, trzeba jak najszybciej przeprowadzić na jej powierzchni reakcję Maillarda, dzięki czemu uzyskamy chrupiącą i nieprzepuszczalną skorupkę.

Białka dostarcza sama ryba, a świetnym źródłem cukru jest skrobia zawarta w mące. Dlatego właśnie przed smażeniem lekko obtaczamy w niej kawałki ryby. A teraz część najważniejsza - mnóstwo tłuszczu. Powinno go być naprawdę dużo, bo wrzucenie dużego kawałka ryby na patelnię gwałtownie obniża temperaturę oleju, zwłaszcza jeśli jest go mało. Gdy chcemy, by chrupiąca skórka szybko uszczelniła powierzchnię smażonego fragmentu, nie możemy dopuścić do dużego spadku poniżej magicznych 140 stopni. Kiedy karp dosłownie pływa w gorącym oleju, z zewnątrz będzie chrupiący, a w środku wilgotny, lecz nietłusty.

Podobnie sprawa ma się z pieczenią - wierzchnia warstwa po podsmażeniu (oczywiście reakcja Maillarda!) staje się nieprzepuszczalna dla wody i mięso pozostaje wewnątrz soczyste.

Rybi problem

Dlaczego tak chętnie kupujemy na święta żywe ryby? Czy nie wystarczyłoby, tak jak zwykłe mięso, wsadzić martwą rybę do lodówki? Różnica polega na tym, że ryby, w przeciwieństwie do krów czy świń, są zmiennocieplne. Dlatego enzymy w ich ciałach przystosowane są do działania w niskich temperaturach, jakie panują w naszym morzu czy rzekach. Gdy ryba zostanie zabita, schłodzenie jej do 5-10 stopni nie powstrzymuje rozkładu, bo dla enzymów to normalna temperatura pracy.

Charakterystyczny rybi zapach to właśnie efekt ich działania. Aby zatrzymać rozkład, rybę należałoby schłodzić do 1-2 stopni powyżej zera natychmiast po złowieniu. Nie można jednak przesadzić - zamrożenie powoduje zniszczenie struktury komórek przez tworzące się kryształy lodu oraz utratę jędrności i sprężystości mięsa.

Efekt współpracy

Bigos - każdy ma swój sposób na przyrządzanie tego klasycznego dania. Choć uznajemy je za rdzennie polskie, znajomość bigosu zawdzięczamy prawdopodobnie Władysławowi Jagielle, który tę litewską potrawę podawał podczas polowań.
Tajemnicą smacznego bigosu jest między innymi dobra kapusta kiszona. To, co kupujemy w sklepach, szczególnie na kilka dni przed świętami, bywa często "produktem kapustopodobnym" - aby nie trzeba było długo czekać na naturalną kwasowość, producenci dodają gotowe zakwaszacze.

Prawdziwa kapusta kiszona to efekt współpracy dwóch gatunków bakterii. Fermentacja prowadzona jest w roztworze soli, który powstrzymuje rozwój szkodliwych bakterii, nie szkodząc tym właściwym. Proces kiszenia to z chemicznego punktu widzenia przetwarzanie glukozy na kwas mlekowy w warunkach beztlenowych. Kapustę zalewamy solanką o stężeniu około 2,25 procent, dodajemy do smaku trochę cebuli, marchwi czy jabłka i całość zostawiamy w dość chłodnym miejscu. W temperaturze 18-22 stopni w roztworze zaczynają się rozwijać bakterie Leuconostoc mesenteroides, których produktem przemiany materii jest między innymi kwas mlekowy. Gdy jego stężenie osiągnie jeden procent, do roboty zabiera się kolejny gatunek - Lactobacillus plantarum, który po blisko dwóch i pół tygodnia doprowadza proces kwaszenia do końca. To właśnie kwaśnemu odczynowi bigos zawdzięcza swoją legendarną odporność na wielokrotne odgrzewanie i długie przechowywanie - w kwaśnym środowisku słabo rozwijają się inne bakterie i źle działają enzymy powodujące rozkład jedzenia.

Co ciekawe, Lactobacillus plantarum jest jednym z pożytecznych gatunków bakterii żyjących w ludzkim przewodzie pokarmowym. Jednak nie trafi tam wraz z bigosem, bo nie przetrwa procesu gotowania potrawy.

Kropla żółtka

Po ciepłych daniach - sałatki. Klasyczna, zwana polską, składa się z wymieszanych warzyw połączonych majonezem. No właśnie, majonez. W epoce gotowych słoików wypełnionych majonezami babuni i dziadunia wiele osób nadal woli robić ten szczególny sos samemu. To całkiem proste, jeśli tylko wiadomo, jak do tego podejść. Z fizycznego punktu widzenia majonez to emulsja wody i oliwy. Jednak jeśli zmieszamy je ze sobą i będziemy energicznie ubijać, to zawiesina, owszem, powstanie, ale na bardzo krótko. Po kilkunastu sekundach dwa składniki znowu się oddzielą.

I tu pojawia się żółtko. Zapobiega ono odpychaniu się wody i tłuszczu, oblepiając maleńkie kulki oliwy i zmniejszając napięcie powierzchniowe. To przede wszystkim zasługa lecytyny, naturalnego emulgatora, który stanowi spory procent żółtka kurzego jajka. Emulsję ustabilizuje jeszcze dodanie odrobiny kwasu - octu lub cytryny, które wzmacniają działanie emulgatora, dając jego cząsteczkom dodatkowy ładunek. Żółtko niezwykle efektywnie wspomaga powstawanie emulsji - jedno wystarczy na zrobienie nawet kilkudziesięciu litrów majonezu. Dlatego na zwykłą porcję wystarczy dodać zaledwie jedną kroplę.
Aby majonez był gęsty, należy ubijać go możliwie długo. Wówczas kropelki oliwy stają się bardzo drobne i zajmują w emulsji tak wiele miejsca, że z trudem się przemieszczają, zwiększając lepkość masy. Oliwę łatwiej rozbić na drobinki, jeśli dodaje się ją stopniowo - wtedy majonez się nie zwarzy.

Robiąc sałatkę z jajkiem, trzeba pamiętać, że gotowanie go na twardo nie oznacza trzymania w gorącej wodzie po kilkanaście minut. Wbrew powszechnej opinii jajko można przegotować. Zbyt długo podgrzewane zaczyna wydzielać nieprzyjemny zapach, a wokół żółtka powstaje brzydka, zielonkawa otoczka. To efekt wydzielania się siarkowodoru - produktu rozpadu białek. A więc 10 minut od zagotowania wody i ani chwili dłużej!

Delikatny żel

Ryba w galarecie - najbardziej tajemniczą częścią tej potrawy jest sama galareta. Najczęściej do jej przygotowania używa się żelatyny. To gotowy produkt powstający przez długie wygotowywanie i odparowywanie bogatych w kolagen części zwierząt, między innymi kości. Kolagen - ten sam związek, który stanowi szkielet naszej skóry - tworzy długie nici, które mogą się zwijać i więzić w sobie cząsteczki wody, unieruchamiając je w postaci żelu.

Podgrzanie roztworu z kolagenem powyżej 30 stopni powoduje, że jego łańcuchy ulegają rozpadowi na krótsze kawałki, woda zostaje uwolniona i znowu mamy płyn. Schłodzenie go sprawia, że porozrywane cząsteczki zaczynają odtwarzać strukturę łańcucha i żel powoli twardnieje.

No właśnie, powoli. Ponieważ bezładnie poruszające się w stygnącym roztworze fragmenty muszą się odnaleźć, nie należy ich poganiać. Jeśli galaretę wstawimy do lodówki, proces studzenia i odtwarzania sieci będzie przebiegał zbyt szybko i zamiast długich, sztywnych łańcuchów cząsteczki zdołają odtworzyć tylko dość krótkie łańcuszki. Efekt - galareta będzie dość miękka. Jeśli natomiast pozwolimy jej stygnąć w temperaturze kilkunastu stopni, będzie dość czasu, by wszystkie fragmenty pływające w roztworze należycie się odnalazły i połączyły w twardy, klarowny żel. Stygnącej galarety nie należy też poruszać, bo porozrywamy tworzące się wiązania i przedłużymy proces twardnienia.

Workowce przy pracy

Ciasto i prezenty, czyli najbardziej wyczekiwany moment Wigilii. Z prezentami jak co roku są same problemy, jednak przy robieniu ciasta można paru problemów uniknąć. Jakie powinno być dobre ciasto? Lekkie i rozpływające się w ustach. Lekkie, czyli składające się w większości z powietrza uwięzionego w maleńkich bąbelkach. Rozpływające się, czyli z bąbelkami mającymi cieniutkie ścianki.

Jak nadmuchać ciasto? Tradycyjna metoda to wykorzystanie maleńkich, jednokomórkowych grzybów z klasy workowców Saccharomyces cerevisiae, czyli po prostu drożdży. W ich przypadku ciasto jest nadmuchane nie powietrzem, ale dwutlenkiem węgla. Przygotowane ciasto z drożdżami powinno się wyrabiać dwa razy. Po pierwszym ugnieceniu zostawiamy je na jedną-dwie godziny w temperaturze pokojowej. Następnie, gdy urośnie, ugniatamy ponownie i znowu pozostawiamy w spokoju na dwie-trzy godziny. Po pierwszym wyrabianiu drożdże mogą zabrać się do roboty - przerabiają maltozę, cukier zawarty w mące, na glukozę, a tę rozkładają do dwutlenku węgla, alkoholu etylowego oraz aldehydów i całej grupy alkoholi wyższych, dzięki którym ciasto ma ów specyficzny zapach.

Drugie wyrabianie niszczy co prawda lekko piankowatą strukturę uzyskaną dzięki bąbelkom gazu, ale pozwala równomiernie rozprowadzić namnażające się intensywnie drożdże po całym cieście. Dzięki temu dalsza fermentacja będzie przebiegać jeszcze intensywniej, a ciasto podwoi swoją objętość. Podczas pieczenia bąbelki dwutlenku węgla jeszcze zwiększą objętość, ciasto stanie się puszyste i lekkie. A biedne drożdże zginą co do jednego w wysokiej temperaturze.

Pozostaje jeszcze ta pyszna, brązowa skórka. To oczywiście efekt reakcji Maillarda - białko i cukry z mąki i drożdży reagują ze sobą w wysokiej temperaturze.