Vajce, viac ako len bielko a žĺtok v škrupinke

Mnohý z nás konzumujú vajcia, buď priamo vo forme praženice, omelety alebo nepriamo ako súčasť zákuskov, krémov, plniek a iných delikátnych pokrmov. A keď aj nekonzumujú, každý už videl vajíčko - na prvý pohľad obal tvoriaci škrupinku, v ktorej je bielko obaľujúce žĺtok. A možno tí všímavejší si všimnú aj tú malú vzduchovú komôrku. Pre laika by to aj postačilo. Pre gurmána by bolo aj dôležité vedieť aj niečo o vlastnostiach týchto dvoch fáz. A presne to umožní tento príspevok.

http://reseaudiabete41.fr/wp-content/uploads/2013/06/oeufs.jpg

Vajcia sú súčasť stravy ľudstva dosť dlhú dobu. Predpokladá sa, že sa konzumovali už od počiatkov existencie ľudstva. Už starí Rimania v 1. storočí pripravovali pokrmy z vajec. Neskôr, v 14. až 15. storočí sa objavujú v kuchárkach na území Francúzska recepty na prípravu omeliet. Je známe, že kráľ Ľudovít XIV. (kráľ Slnko) s obľubou konzumoval varené vajce na raňajky. Až v 19. storočí zaznamenávame rozvoj chovu hydiny s cieľom aj produkcie vajec. V roku 1940 sa stáva chov hydiny a produkcia vajec industrializovaný, aby dokázal pokryť dopyt, ktorý vznikol začlenením hydiny a vajec do modernej stravy.

Pre gurmánov sú dôležité 2 časti vajec: bielko a žĺtok. Ku škrupinke len toľko, že po chemickej stránke ide o uhličitan vápenatý spojený s bielkovinami, obsahuje okom neviditeľné mikropóry, ktorými vajce dýcha. Veď aj musí mať, keďže v nej rastie malé kuriatko.

Anatómia slepačieho vajca

Vaječný žĺtok

Žĺtok je tvorený približne 50% sušinou, ktorá pozostáva z väčšej časti z lipidov, proteínov a malého množstva sacharidov. Na prvý pohľad ide o homogénnu žltú hmotu, avšak dokážeme rozlíšiť 2 fázy – biely (svetlý) žĺtok, nazývaný aj ako plazma a žltý (tmavý) žĺtok, nazývaný aj ako granula. Pod mikroskopom sa tieto dve fázy javia ako ostrovčeky polotuhých tmavých granúl obklopených svetlejšou plazmou. Plazma je tvorená vo väčšej miere lipidickými štruktúrami ako LDL (lipoproteíny s nízkou hustotou) a v menšej miere proteínmi. Má nižšiu hustotu a je špeciálne bohatá na železo. Granule (tmavý žĺtok) sú tvorené pevne agregovanými proteínmi obohatených HDL (lipoproteíny s vysokou hustotou). Sú bohatšie na proteíny ako plazma, avšak stále obsahujú hojne lipidov zahŕňajúc lecitín (tiež známy ako fosfatidylcholín). Žltú farbu žĺtok vďačí prítomným xantofylom (luteín a zeaxantín). Jej intenzita závisí od stravy slepice, ktorou tieto látky prijíma.

Vo vaječnom žĺtku boli nájdené dva proteíny so zaujímavými vlastnosťami – fosvitín a livetín. Fosvitín sa vyznačuje bohatým zastúpením aminokyseliny serín a mnoho serínových zvyškov je fosforylovaných. Vysoké zastúpenie fosfoserínov má za následok vyššiu odolnosť voči denaturácii žĺtka. Druhý proteín, livetin, je podobný ľudským protilátkam a môže byť príčinou alergickej precitlivenosti u niektorých jedincov. Má tri izoformy a spolu tvoria pasívnu imunitu vyvíjajúceho sa embrya (kuriatka).

Vysoký obsah železa vo vaječnom žĺtku má za následok vyššiu odolnosť voči denaturácii. Toto môžeme pozorovať pri varení vajec. V prípade ak ich varíme príliš krátky čas, bude sa nám zdať, že sú uvarené, pretože bielko denaturuje rýchlejšie (rýchlejšie sa uvarí) avšak žĺtok bude ešte polotekutý. V tomto prípade je potrebné variť vajce trocha dlhší čas, alebo pri vyššej teplote. Prídavok soli uľahčuje denaturáciu proteínov žĺtka. Výhoda oneskorenej denaturácie proteínov žĺtka má výhodu, napr. pri príprave tzv. strateného vajca, kde potrebujeme aby sa bielok uvaril (denaturoval) a naopak, žĺtok chceme aby ostalo tekuté.

Stratené vajce

http://goop.com/wp-content/uploads/2015/03/PoachedEggs.jpg 

Po vode tvoria lipidy najväčší podiel žĺtka – trigliceridy, fosfolipidy a cholesterol, ktoré sú viazané pomocou voľných mastných kyselín. Bielkoviny a lipidy (najmä lecitín) dávajú žĺtku emulgačné vlastnosti, ktoré sú v gastronómii využívané, napr. pri príprave majonéz. Majú schopnosť vytvoriť emulziu dvoch nemiešateľných fáz voda-olej (tuk). Naopak, tieto vlastnosti sú nežiaduce pri šľahaní vaječného bielka. Ušľahaný sneh je vlastne pena, t.j. bublinky vzduchu zachytené v denaturovanej pôvodne tekutej bielkovine (z bielka). Pokiaľ sa ale dostane ku bielku čo i len malé množstvo žĺtka, jej zložky pôsobia emulgačne a nedokážeme vytvoriť penu, pretože sa emugláciou rozrušia bublinky a zachytený vzduch sa uvoľní.

Poznámka ku cholesterolu

Jedno vajce priemernej veľkosti obsahuje zhruba 200 mg cholesterolu. Predpokladalo sa, že cholesterol z potravy môže zvyšovať hladinu cholesterolu v krvi. Neskôr bolo preukázané, že to tak nie je. Cholesterol obsiahnutý vo vajciach je nevyhnutný pre vývoj embrya kuriatka, pretože dobre vieme, že cholesterol tvorí významnú súčasť biologických membrán. Naše telo si tiež dokáže syntetizovať cholesterol, avšak jej syntéza je regulovaná množstvom cholesterolu. Ak je jej množstvo dostatočné, dochádza k inhibícii jej syntézy práve už prítomným cholesterolom. Treba pripomenúť, že celkovo absorpcia, transport a využitie cholesterolu sa u každého jedinca líši (existujú aj genetické predispozície). Pokiaľ sa teda stravujeme striedmo a nekonzumujeme vajcia na raňajky-obed-večeru sedem dní v týždni, tak si myslím, že by sme si nemuseli robiť veľké starosti ohľadom množstva cholesterolu vo vajciach.

Vaječný bielok

Bielok je tvorený vo veľkej miere vodou (80%) a proteínmi. Významné proteíny vaječného bielka aj s ich funkciou a vlastnosťami sú nasledovné:

• Ovalbumín – najviac zastúpený vaječný proteín, môže spôsobovať alergické reakcie u ľudí
• Ovotranferín – proteín viažuci ióny kovov (Mn³⁺, Fe³⁺, Cu²⁺ alebo Zn²⁺), dokáže spomaliť rast mikroorganizmov
• Ovomukoid – inhibítor tráviacich enzýmov (proteináz)
• Lyzozým – enzým N-acetylmuramidáza, inhibícia syntézy bunkovej steny baktérií
• Ovomucín – vplyv na hustotu bielka, inhibícia vírusovej hemoaglutinácie
• Avidin – viaže biotín (vit. B₇)
• Flavoproteín – viaže riboflavín (vit. B₂)
• Globulíny a iné

Mikronutrienty vajec

Minerálie

Vajcia obsahujú všetky esenciálne minerálie potrebné pre rast vyvíjajúceho sa embrya kuriatka. Popri už spomínanom železe a iných iónov kovov (meď, zinok, mangán), ktoré sú viazané na proteíny, sa vo vajciach nachádza vo vysokom zastúpení aj vápnik (nemyslí sa len vápnik obsiahnutý v škrupinke, vysoký obsah sa nachádza aj v žĺtku), fosfor, sodík, draslík, horčík, jód (najmä v žĺtku) a v menšom množstve aj selén. 

Vitamíny

Vajcia môžeme pokladať za vhodný zdroj vitamínov, pretože obsahuje všetky vitamíny až na vitamín C, ktorý vyvíjajúce sa embryo kuriatka nepotrebuje. Vaječný žĺtok obsahuje všetky vitamíny rozpustné v tukoch (vit. A, D, E, K) a väčšinu vitamínov rozpustných vo vode. V bielku sú zastúpené viac-menej len riboflavín, niacín (vit. B₃) a biotín. Vo všeobecnosti možno pokladať vajcia za prírodný zdroj vitamínu D a kobalamínu (vit. B₁₂).

Zmeny spôsobené následkom denaturácie

Ako dobre vieme, tepelnou úpravou surových vajec dochádza k denaturácii proteínov. Je to teda deštrukčný proces, keďže prítomné proteíny stratia svoju biologickú aktivitu. Bežne to môžeme pozorovať ako zmenu konzistencie vajec. Ak nakrájame uvarené vajce badáme prítomnosť sivo-zelenej vrstvičky na povrchu žĺtku, ktorá je tvorená sulfidom železnatým (FeS). Síra pochádza zo sulfánu (H₂S), ktorý vzniká uvoľnením z aminokyseliny cysteínu (v dôsledku jej degradácie) a železo je obsiahnuté v žĺtku. Sulfán postupne migruje ku žĺtku, kde sa vyzráža vo forme sulfidu železnatého. Táto reakcia prebieha najmä vtedy, ak vajcia varíme veľmi dlho (viac ako 15 min).

Sivá vrstva sulfidu železnatého na žĺtku,
vzniknutá vplyvom príliš dlhého varu vajec.

http://www.todayifoundout.com/wp-content/uploads/2016/05/hard-boiled-egg.png

Keďže vo vajciach nachádzame popri proteínoch aj sacharidy, predpokladáme, že počas tepelnej úpravy bude prebiehať aj Maillardova reakcia. Produktom tejto kaskády reakcií je široká škála látok, ktoré dávajú tepelne upraveným vajciam typickú vôňu a chuť.

Šľahanie snehu z vaječných bielkov je tiež forma denaturácie, kedy sa energia potrebná na denaturáciu dodáva formou mechanickej energie, t.j. šľahaním. Pri tomto procese ide o to, že globulárne formy proteínov sa rozbijú vplyvom šľahania drôtenou metličkou a rozptýlia sa. Následne dôjde k interakcii hydrofóbnych častí, ktoré môžu spolu koagulovať. Postupným šľahaným dochádza ku zachytávaniu vzduchu vo forme bublín až k následnej denaturácii proteínov, čím sa vytvorí náš ušľahaný sneh. Na druhej strane, vaječný bielok nemôžeme šľahať do nekonečna, pretože dôjde až k úplnej denaturácii proteínov, čo pozorujeme ako vytvorenie hrčkov v „prešľahanom“ snehu. Pri pečení snehových pusiniek alebo hocijakého zákusku, v ktorom je zamiešaný ušľahaný sneh, počas pečenia pozorujeme nárast objemu. Je to spôsobené tým, že vzduch, ktorý sa šľahaním zachytil, začne vplyvom tepla expandovať. Tento proces tiež neprebieha do nekonečna, pretože dochádza aj k denaturácii proteínov – ku vytvoreniu pevnej štruktúry, ktorá neumožní ďalšiu expanziu vzduchu.

Salmonelóza a vzťah ku vajciam

Vajcia môžu byť kontaminované baktériou Salmonella enterica serovar Enteritidis, ktorá infikuje primárne reprodukčný trakt  slepice. Z toho vyplýva, že batéria sa do vajec dostáva už počas formovania vajec. Z toho dôvodu sa tejto baktérie nezbavíme iba umytím vajec. Uchovávanie vajec v chladničke spôsobuje iba spomalenie rastu tejto baktérie. Zbavíme od nej iba dostatočnou tepelnou úpravou vajec (63°C po dobru 3 min, 65°C po dobru 1 min alebo 70°C po dobu 1 s). Keďže niektoré potraviny sú vyrobené zo surových vajec, prípadne neprechádzajú dostatočnou tepelnou úpravou (majonézy, zmrzlina), je rizikové, že sa môžeme nakaziť touto baktériou. My nevidíme, či je vajce kontaminované alebo nie, alebo či slepica ja infikovaná alebo nie. Prejavy asi pozná každý – nevoľnosti, hnačky, zvracanie, bolesti brucha.

Denaturácia proteínov – je proces, pri ktorom vplyvom nejakej formy dodávanej energie dochádza ku štruktúrnej zmene proteínov, dochádza k narušeniu tzv. vodíkových väzieb v proteínoch.

[1] Provost. J. J. – Colabroy, K. L. – Kelly, B. S. – Wallert, M. A.: The Science of  Cooking - Understanding the Biology and Chemistry Behind Food and Cooking, Wiley, 2016

[2] McNamara, D.J.: Eggs, Encyclopedia of Human Nutrition (Third Edition), 132–138, 2013

[3] McNamara, D.J.: Cholesterol - Sources, Absorption, Function, and Metabolism, Encyclopedia of Human Nutrition (Third Edition), 335–345, 2013

Maillardova reakcia alebo ako spáliť jedlo pri pečení

Maillardova reakcia 

Na prvý pohľad to znie možno exoticky, alebo môže vzbudzovať dojem, že ide o akúsi hrozne „nechutnú“ reakciu. Ale z názvu príspevku asi bude zrejmé, že to bude mať akési dočinenia s varením. Ubezpečujem Vás, že tú reakciu ste už milión krát videli na vlastné oči. Len pravdepodobne ste nemali tušenie, že dostalo aj pomenovanie.

http://www.seriouseats.com/images/2015/04/Anova-Steak-Guide-Sous-Vide-Photos15-beauty.jpg

Po miernom oprášení si vedomostí z biochémie (alebo z organickej chémie) si dovoľujem predstaviť túto senzačnú reakciu. Maillardova reakcia je forma neenzymatickej reakcie. Zahŕňa sériu reakcií prebiehajúcich medzi redukujúcimi monosacharidmi (glukóza, fruktóza, maltóza, laktóza) a aminoskupinami aminokyselín, peptidov, proteínov ale aj reakcie monosacharidov s amínmi.

Nemám v zámere rozpisovať celkový priebeh reakcie a chemickými vzorcami už vôbec nechcem strašiť. (Pre záujemcov odporúčam literatúru [1]). Ale akúsi prvú fázu reakcie naznačím, pretože práve tá je kľúčová. Nielen s kulinárskeho hľadiska, ale dokonca aj z medicínskeho, na ktoré neskôr poukážem.

Prvá fáza Maillardovej reakcie spočíva v nukleofilnej adícii amínov (resp. molekuly s aminoskupinou) na sacharidy, konkrétne na karbonylovú skupinu redukujúcich sacharidov. Dochádza ku vzniku tzv. imínu, nazývaného aj Schiffova báza.  V dôsledku prítomnosti hydroxylovej skupiny v α-polohe sa imíny môžu prešmykovať na enaminol, ktorý vedie ku vzniku produktu nazývaného Amadoriho produkt (1-amino-1-deoxyketóza), pomenovaný po jeho objaviteľovi. Takýto produkt vzniká v prípade, ak monosacharidmi sú aldózy (napr. glukóza). V prípade ketóz (napr. fruktóza) vzniká produkt nazývaný Heynsov produkt (2-amino-2-deoxyaldóza).

Jedná sa teda o chemickú reakciu. Ak si prelistujeme v pamäti, tak by sme si mali spomenúť, že na chemickú reakciu vplýva mnoho faktorov ako teplota, tlak, pH. Samozrejme predpokladáme, že reakcie prebiehajú určitý čas. Zvýšením pH sa vytvára viac produktov Maillardovej reakcie. Opäť trocha opakovania, vieme, že monosachardy majú tzv. otvorenú a kruhovú formu, a že aminoskupina môže byť protonovaná. Pri alkalickejšom pH (pH>7) dochádza k vytvoreniu otvorenej formy sacharidu a k deprotonácii aminoskupiny, čo je predpokladom k tomu, aby reakcia prebiehala. Naopak, znížením pH (pH<7) sa práve prednostne vytvára kruhová forma sacharidu a dochádza k protonácii aminoskupiny. To je dôvod, prečo nám upečenie mäsa, ktoré bolo vopred marinované, trvá dlhšie a prečo si vyžaduje vyššiu teplotu. Väčšina marinád totiž obsahuje aj kyseliny (citrónovú šťavu, ocot), ktoré majú zabezpečiť čiastočný rozklad bielkovín v mäse, ale na druhej strane, trvá dlhšie, kým dosiahneme hnednutie. Ako vieme, zmenou teploty vieme regulovať rýchlosť chemických reakcií. A to platí aj pre Maillardovu reakciu. Väčšina týchto reakcií začína pri teplote 100°C a urýchľujú sa pri teplote okolo 140°C. Pečenie pri vyššej teplote má teda za následok vznik viacej produktov Maillardových reakcií. Avšak aj množstvo vody v potravine vplýva na priebeh reakcie.  Voda ako vieme, má vysokú tepelnú kapacitu, takže pokiaľ pečieme potravinu s vysokým obsahom vody, tak nám bude trvať spočiatku dlho, kým nastane proces hnednutia. Voda najprv začne „absorbovať“ energiu dodávanej formou tepla. Až neskôr sa voda začne z povrchu odparovať. Tým sa postupne zníži jej obsah a teplota potraviny sa zvýši, čo má za následok vznik viac produktov Maillardových reakcií. To je dôsledok toho, že ľahko vieme pripáliť hrianky, tenké plátky mäsa, palacinky, lievance, drobné pečivo a iné potraviny, ktoré majú nízky obsah vody.

Plátky toastového chleba pred a po hriankovaní.
http://www.kitchenchemology.com/wp-content/uploads/2014/03/maillard.jpg

Amadoriho produkty s rôznymi aminokyselinovými zvyškami boli detegované v mnohých ohrievaných a skladovaných potravinách ako sušené ovocie a zelenina, mliečne produkty, kakaové bôby alebo sójová omáčka. Tieto produkty sa však vyskytujú aj v krvnom sére, najmä u pacientov s Diabetes mellitus. Práve preto je nebezpečná vysoká hladina glukózy v krvnom sére, pretože sa pomocou uvedenej reakcie viaže na rôzne proteíny, a tým dochádza k ich štruktúrnym zmenám, ktoré vedú k následnému poškodeniu a patologickým javom.

Amadoriho a Heynsove produkty tvoria iba akési medziprodukty Maillardových reakcií. V ďalších krokoch môžu podliehať rôznym reakciám vedúcim ku vzniku rozmanitých produktov, v závislosti od prítomnosti ďalších zlúčenín. Výsledkom Maillarových reakcií sú v prvom rade senzoricky aktívne látky, zodpovedné za farbu, chuť a vôňu hotových pokrmov.  Jedná sa o prchavé látky dodávajúce vôňu pečenému steaku, čerstvo upečenej bábovky, chlebu, pečivu. Stupňovaním atraktivity pokrmov sú pigmenty (najmä hnedé), ktoré suroviny získali počas pečenia. V neposlednom rade medzi produkty Maillardových reakcií patrí aj množstvo chuťových látok, ktoré sú zodpovedné napr. za horkosť alebo trpkosť pokrmov, ktoré vznikajú pri pražení (káva) alebo pri grilovaní mäsa a rýb.  Na druhej strane, Maillardove reakcie majú aj negatívne dôsledky. Jedná sa totiž o degradačné reakcie, ktoré majú za následok stratu esenciálnych aminokyselín (lyzín, arginín, cysteín, metionín), alebo vznik potenciálne mutagénnych látok, alebo už spomínané poškodenie in vivo v dôsledku štruktúrnej zmeny proteínov (diabetes).

Kávové zrná – vľavo pred pražením, na pravo po pražení,
 už na pohľad vidíme farebnú zmenu, hnednutie, v dôsledku Maillardovej reakcie.
https://qph.ec.quoracdn.net/main-qimg-8ab663ecfde8c3158a48900f1083b55b-c

Maillardova reakcia je pomenovaná po francúzskom lekárovi a chemikovi  Louis Camille Maillard (1878–1936), ktorý pozoroval práve zmenu farby – hnednutie redukujúceho sacharidu zahriateho v prítomnosti aminokyseliny alebo bielkoviny. Svoje pozorovania aj publikoval pod titulkom „Action de la glycérine et des sucres sur les acides α-aminés: cyclo-glycylglycines et polypeptides; mélanoïdines et matières humiques“ 8. januára 1912. Ďalšie výskumy mu však prekrížila 1. svetová vojna a až po 2. svetovej vojne sa znova začala, vtedy už rozvíjajúca sa chémia potravín, zaujímať o jeho dosiahnuté výsledky.

„Karamelizácia“ vs. Maillardova reakcia

Karamelizácia je tiež druh neenzymatickej reakcie, ktorého výsledkom je rovnako senzoricky aktívny produkt, často hnedej farby. Od Maillardovej reakcie sa odlišuje tým, že reakcia prebieha medzi molekulami sacharidov, teda nevyžaduje prítomnosť molekúl s aminoskupinami (peptidy, proteíny). Obvykle vyžaduje vyššiu teplotu 160-180°C. Karamelizácia je oxidačná reakcia, kým Maillardova reakcia je nukleofilná adícia.

Karamelizácia je proces degradácie sacharidov ich zahrievaním nad ich teplotu topenia. Dochádza k strate hydroxylových skupín a uhlíkových atómov vo forme malých prchavých látok. Postupnou degradáciou vznikajú viskózne, tmavo sfarbené polymérne produkty. Výsledkom úplnej degradácie sacharidov sú však dobre známe produkty, voda a oxid uhličitý, ktoré vznikajú aj vo všeobecnosti pri oxidácii organických látok.

[1] Belitz, H.-D. – Grosh, W. – Schieberle, P.: Food Chemistry, 4th revised and extended ed., Springer, 2009

[2] Provost. J. J. – Colabroy, K. L. – Kelly, B. S. – Wallert, M. A.: The Science of  Cooking, Wiley, 2016

[3] This, H.: Maillard and grilled steak challenge, Analytical and Bioanalytical Chemistry (407), 4873-4875, 2015

http://www.thedailymeal.com/cook/why-every-cook-needs-understand-maillard-reaction:D