«В моем рецепте помадки сказано: „растворите два стакана сахара в одном стакане воды“. Но ведь это не получится, так ведь?»
А почему вы не попробовали сделать так, как сказано в рецепте? Поставьте кастрюлю на слабый огонь, всыпьте в нее два стакана сахара, влейте один стакан воды и помешивайте. Вы увидите, что скоро весь сахар растворится.
Одна из причин этого «чуда» очень проста: молекулы сахара могут «протискиваться» в пространство между молекулами воды, так что на самом деле они не займут много дополнительного места. Если рассматривать воду на субмикроскопическом (не видимом в микроскоп) уровне, то она не является плотным рядом молекул, а, скорее, похожа на открытую решетчатую конструкцию, в которой молекулы связаны друг с другом спутанными нитями. Просветы в такой решетке способны вместить неожиданно большое количество растворенных частиц. Это касается и сахара, поскольку его молекулы имеют строение, которое способствует связыванию с молекулами воды (иначе говоря, созданию водородной связи), и именно поэтому сахар так хорошо смешивается с водой. С помощью нагревания можно добиться растворения более 2 кг сахара в одном-единственном стакане воды. Правда, к моменту замешивания последней порции сахара уже будет трудно понять, с чем имеешь дело: то ли с кипящим раствором сахара в воде, то ли с пузырящимся расплавленным сахаром, в котором есть немного воды. Вот так и появились сахарные леденцы.
Вторая причина этого явления состоит в том, что в двух стаканах значительно меньше сахара, чем может показаться. Молекулы сахара и тяжелее, и объемнее молекул воды, так что их будет меньше — хоть в килограмме, хоть в стакане. Кроме того, сахар имеет форму гранул, и когда вы насыпали его в стакан, его кристаллы не настолько плотно прилегают друг к другу, как представляется на первый взгляд. В результате один стакан сахара содержит лишь 4 % молекул, содержащихся в стакане воды. Это значит, что в нашем растворе двух стаканов сахара в одном стакане воды на одну молекулу сахара приходится целых двенадцать молекул воды.
Расположение молекул водорода и кислорода в структуре воды. Пунктирные линии изображают водородные связи между молекулами, которые постоянно разрушаются и восстанавливаются, большие шарики — кислород, маленькие шарики — водород
Два вида обжаривания
«Иногда в рецептах пишут, что надо карамелизовать нарезанный лук, то есть пассеровать его, пока он не станет мягким и не приобретет светло-коричневый цвет. Означает ли слово „карамелизовать“ просто обжарить что-то до коричневого цвета И какая здесь связь (если она вообще есть) с карамельными конфетами?»
Слово «карамелизовать» используют для обозначения обжаривания многих пищевых продуктов, но, строго говоря, карамелизование — приобретение продуктами (которые содержат сахара, но не содержат белков!) коричневого цвета под влиянием тепла. Когда чистый столовый сахар (сахарозу) нагревают до температуры почти в 185 °C, он плавится, превращаясь в бесцветную жидкость. При дальнейшем нагревании она становится желтой, затем светло-коричневой, а затем все более приближается к темно-коричневому цвету. По мере приготовления она приобретает уникальный сладковато-пикантный и слегка горчащий вкус. Вот этот процесс и есть карамелизация. Ее используют для производства множества видов сладостей — от карамельных сиропов до карамельных конфет и козинаков с арахисом.
Карамелизация включает в себя ряд сложных химических реакций, которые все еще не полностью понятны для химиков. Эти реакции начинаются, когда сахар теряет воду, и заканчиваются образованием полимеров — больших молекул, состоящих из многих молекул поменьше, связанных в длинные цепочки. Некоторые из этих больших молекул имеют горький привкус и отвечают за коричневый цвет. Если нагревание зашло слишком далеко, сахар распадается на водяной пар и черный углерод — такое может случиться, если вы слишком нетерпеливы и спешите скорее подрумянить зефир.
С другой стороны, когда небольшие количества сахаров или крахмалов нагревают в присутствии аминокислот (это «кирпичики», из которых сложены белки), происходят совершенно иные высокотемпературные химические реакции — реакции Майяра[9]: часть молекулы сахара (с точки зрения химии, его альдегидная группа) реагирует с азотсодержащей частью молекулы белка (иначе говоря, с аминогруппой), после чего происходит ряд сложных реакций, создающих коричневые полимеры и множество ароматных химических веществ.
9
Реакции Майяра — химические реакции между аминокислотой и сахаром, которые, как правило, происходят при нагревании. Названы в честь французского биохимика Луи Камиля Майяра (1878–1936), который первым дал характеристику этим процессам.