Jeder Grillmeister kann ein Meister der Chemie sein

Grillen ist ein Geschenk der Natur an die Menschheit. Die chemische Reaktion macht diesen Grill perfekt.

Geschrieben von Li Cunpu

In der Nacht, in der die Vorfahren der Menschheit dem Verzehr von rohem Fleisch und dem Trinken von Blut abschworen, muss es einen unerwarteten Blitzschlag gegeben haben. Ein Blitz schlug in die dichten Kiefernnadeln des Kiefernwaldes ein und entzündete ein wütendes Feuer. Eine etwas dicke Antilope unter dem Baum hatte keine Zeit, weit zu laufen und wurde vom Feuer gefangen, und der Abstand zwischen ihr und den Flammen war genau richtig. Als das Feuer erloschen war, aber noch eine Restwärme vorhanden war, nahmen unsere Vorfahren die außen knusprige und innen zarte Lammkeule in die Hand und bissen hinein. Die Konsistenz und der Duft explodierten in ihren Mündern, eingefroren in diesem wunderschönen Moment, und von da an war die verrückte Bewunderung fürs Barbecue in ihre Gene programmiert.

Selbst in der modernen Gesellschaft, in der die Ernährung der Menschen unvorstellbar reichhaltig und bunt geworden ist, ist Grillen noch immer eine wichtige Wahl für Geschäftsbankette, Treffen mit Freunden, um vor Verwandten anzugeben und bei Verabredungen. Barbecue ist eine solche Obsession, dass es 2023 eine Völkerwanderung nach Shandong auslöste. Die kleine Grillpfanne und die kleinen Wraps sind etwas Besonderes, aber was das Barbecue selbst angeht, ist es wohl das gegarte Fleisch selbst, das noch süchtiger macht.

Was ist das perfekte Barbecue? Die leicht goldene und angebrannte Haut, die reichhaltigen und saftigen Fleischfasern im Inneren, voller Aroma und Fett ... Es ist ein wunderbares Fest chemischer Reaktionen, ein Höhepunkt aus Hitze, Textur und Geschmack, erzeugt durch Protein, Fett, Holzkohle und Gewürze. Wie also gelingt Ihnen ein perfekt gewürztes Stück Barbecue? Dies kann ein Koch- oder Marketingproblem sein, aber grundsätzlicher dürfte es ein chemisches Problem sein.

Und jetzt lasst uns kochen.

Ursprung: Maillard-Reaktion, der Beginn von Aroma und Geschmack

Wenn man über Chemie und Kochen spricht, wird immer Maillard erwähnt. Auch wenn es ein wenig klischeehaft klingt, ist in der Wissenschaft noch nicht ganz klar, was die Maillard-Reaktion ist. Die Maillard-Reaktion ist nach dem französischen Physiker und Chemiker Louis-Camille Maillard (1878–1936) benannt. Maillard veröffentlichte 1912 einen Artikel über das Phänomen der braunen Pigmentierung auf der Oberfläche von Fleisch bei Temperaturen zwischen 140°C und 165°C [1]. Obwohl Maillard die Namensrechte besitzt, wurde der chemische Reaktionsmechanismus der Maillard-Reaktion erstmals 1953 vom amerikanischen Chemiker John Edward Hodge (1914-1996) vorgeschlagen [2]. Dieser Artikel mit dem Titel „Dehydrated Foods, Chemistry of Browning Reactions in Model Systems“ wurde später von SCI als Citation Classic ausgewählt. Hodge erklärte den Prozess, bei dem Zucker und Aminosäuren eine Reihe von Reaktionen durchlaufen und schließlich in Melanoidine (oder Maillard-Körper) umgewandelt werden.

Melanoide sind eine Reihe stickstoffhaltiger Polymere, die einen karamellisierten Geschmack und ein karamellisiertes Mundgefühl aufweisen. Melanoide zerfallen bei kontinuierlicher Erhitzung und es entstehen Hunderte kleiner Moleküle mit unterschiedlichen Aromen. Diese Substanzen, die Stickstoff oder aromatische Ringe enthalten, werden zu den attraktivsten Komponenten des Grillgeschmacks.

Auch wenn wir in diesem Artikel nicht näher auf die Details der chemischen Umwandlung eingehen möchten, können wir anhand des in Abbildung 1 dargestellten Umwandlungsverlaufs deutlich erkennen, dass Temperatur, Dehydratationsrate, pH-Wert, Zuckerart usw. der Schlüssel zur Regulierung des Verlaufs und des Fortschrittsgrads der Maillard-Reaktion sind.

Abbildung 1: Der von Hodge vorgeschlagene Mechanismus der Maillard-Reaktion. Bildquelle: Referenz [3]

Es gibt viele Arten von Maillard-Reaktionen, die miteinander konkurrieren. Daher ist beim Grillen in der Praxis eine Temperaturkontrolle erforderlich, um den Verlauf der Maillard-Reaktion zu regulieren und unterschiedliche Melanoidine und anschließend Grillaromen zu erhalten. Die Temperatur darf nicht zu hoch sein, da dies zu einer Verkohlung der Oberfläche führt (niemand möchte Fleischspieße essen, die sich in anorganische Stoffe verwandelt haben). Auch darf er nicht zu niedrig sein, da dies den reibungslosen Ablauf der Maillard-Reaktion behindert und zu einem schlechten Geschmack führt.[4] Die Dehydrationsreaktion beeinflusst auch die endgültige melaninähnliche Substanz. Die Kontrolle der Dehydration kann einerseits durch Temperaturregulierung erreicht werden, andererseits kann durch das Einstreichen mit Öl ein schneller Wasserverlust verhindert und ein anderer Geschmack erzielt werden. Neben Öl werden die Spieße oft auch mit verschiedenen Gewürzen bestrichen. Diese Gewürze verändern den pH-Wert auf der Oberfläche der Spieße, beeinflussen dadurch die chemische Zusammensetzung des Maillard-Produkts und steuern die endgültigen Geschmacksdetails der Spieße.

Bei speziellen Barbecues einiger Regionen streut der Grillkoch Zucker auf die Spieße. Frisches Fleisch ist natürlich das beste Geschenk der Natur, aber durch die Zugabe von zusätzlichem Zucker kann die Richtung der Maillard-Reaktion gesteuert werden, und die Karamellisierung des Zuckers selbst (die gebratene Zuckerfarbe im geschmorten Schweinefleisch) kann auch für zusätzlichen Geschmack sorgen, was eine unbewusste Anwendung chemischen Wissens durch viele Grillstandbesitzer darstellt.

Abbildung 2 Perfektes Grillen, verkohlte Haut und saftige Fleischfasern im Inneren (Quelle: „A String of Life“, Staffel 3)

Fortsetzung: Wärmeübertragung und Wasserspeicherung, der Moment der Wärme zwischen den Zähnen

Die Maillard-Reaktion verleiht dem Fleisch seinen ursprünglichen Geschmack, reicht aber bei weitem nicht aus, um ein perfektes Grillfleisch herzustellen. Obwohl die verkohlte Haut der Spieße dem Grillfleisch bereits beim ersten Einstecken in den Mund einen intensiven Geschmack verleiht, beginnt die Kalorienaufnahme erst beim Kauen mit den Zähnen.

Abb. 3 Einfluss der Erwärmung auf die Partikelgröße von Proteinanordnungsstrukturen. A. Simuliertes rohes Fleisch; B. Nach dem Erhitzen auf 100 °C für 10 Minuten; C. Nach dem Erhitzen auf 100 °C für 30 Minuten. Bildquelle: Referenz [5]

Zart und saftig ist das höchste Lob für die inneren Fleischfasern. Wenn es sich bei der Maillard-Reaktion auf der Oberfläche des Döners um eine chemische Veränderung auf der Ebene kleiner Moleküle handelt, dann hängt die Geschmacksbildung im Inneren des Döners eher von den Veränderungen der dreidimensionalen Struktur des Proteins und der Feuchtigkeitsspeicherung ab. Wenn das Protein in den Spießen erhitzt wird, wird die ursprüngliche, geordnete Proteinfaserstruktur zerstört (die sogenannte Proteindenaturierung). Dadurch wird das ursprünglich feste Protein weich und zart, während die eingeschlossenen Wassermoleküle freigesetzt werden und eine Soße entsteht. Aus den in Abbildung 3 [5] dargestellten Veränderungen der Proteinanordnungsstruktur ist ersichtlich, dass beim Erhitzen des Proteins große Aggregate nach und nach zerfallen und ihr Anteil allmählich abnimmt, bis schließlich ein kleineres Proteinanordnungssystem entsteht - wodurch eine zähere Proteintextur entsteht.

Natürlich darf die Proteindenaturierung nicht übermäßig sein. Wie in Abbildung 4 gezeigt, handelt es sich vor der Proteinassemblierung um eine lose Struktur ohne spezifische Richtung (a), nach der Assembly ist es sehr kompakt (b) und nachdem die Assembly-Struktur teilweise zerstört wurde, wird es etwas locker (c). Entsprechend dem Geschmack von Spießen sind (b) diejenigen, die nicht vollständig geröstet sind, hart und schwer zu kauen; (c) die richtig gerösteten sind zäh und faserig, aber weich und saftig; (a) tritt häufig auf, wenn das Fleisch geschmort wird, das heißt, es wird so stark geschmort, dass es im Mund zergeht – das ist nicht der Geschmack, der zum Grillen erforderlich ist.

Abb. 4 Proteinassemblierung und Denaturierung. A. Unmontiert; B. Fest zusammengesetzt (rohes Fleisch); C. Teilweise beschädigt (gekochtes Fleisch) Bildquelle: Referenz [5]

Mit dem Röster lässt sich die Textur des Fleisches im Inneren ganz hervorragend kontrollieren. Zunächst bildet sich durch die Maillard-Reaktion schnell eine Melaninpolymerschicht auf der Oberfläche der Spieße, die dann langsam erhitzt wird, um das innere Protein zu denaturieren und Soße herzustellen. Da Melanoidin ein Polymer ist, kann es den Wasserverlust im Fleischsaft wirksam verhindern und so ein Austrocknen des Fleisches vermeiden. Die saftigen Spieße haben einen hohen Wassergehalt und eine große spezifische Wärmekapazität des Wassers, wodurch eine übermäßige Denaturierung des lokalen Fleischproteins wirksam vermieden und der ultimative Geschmack der Spieße sichergestellt werden kann. Bei diesem Vorgang ist die Kontrolle des Feuers entscheidend, doch auch der Griller muss mehrere Dinge gleichzeitig tun – denn wenn das Fleisch innen Saft produziert, ist dieser auch entscheidend für die Würze der Spieße.

Immer noch entspannt: Grillen und Gesundheit, kontrollieren Sie das Aroma der Feuerstruktur

Chemisch betrachtet entstehen beim Grillen viele stickstoffhaltige organische Stoffe, also aromatische Verbindungen. Sie stehen im Mittelpunkt des Grillgeschmacks, werden jedoch häufig mit der Entstehung von Krebs in Verbindung gebracht. Schließlich könnten auf der Oberfläche der Spieße Dioxine und Teer schwimmen. Um den Geschmack zu verbessern, wird bei vielen Spezialgrills außerdem mit Holzkohlefeuer/Obstholzzweigen gegrillt. Die Gewürze oder organischen Stoffe dieser natürlichen Pflanzen verdunsten beim Verbrennen auf natürliche Weise an die Oberfläche des Fleisches, werden direkt physikalisch adsorbiert und sorgen so für Geschmack oder nehmen an chemischen Reaktionen teil, um Duftstoffe zu erzeugen. Dadurch werden die Spieße zu etwas ganz Besonderem, es entstehen jedoch auch neue Gesundheitsrisiken.

Abbildung 5 Beim Grillen entstehen große Mengen stickstoffhaltiger organischer Stoffe, die ebenfalls krebserregend sein können. Bildquelle: Internet

Wissenschaftlichen Berichten zufolge wurde in einem Artikel in „Nature“ aus dem Jahr 2002 erstmals darauf hingewiesen, dass zumindest Acrylamid in der Maillard-Reaktion – oder beim Grillen – vorkommen könnte[6]. Acrylamid ist ein bekanntes potenzielles Karzinogen, daher kann übermäßiger Grillkonsum tatsächlich das Krebsrisiko erhöhen. Aber aus einer anderen Perspektive ist es lächerlich, von Toxizität zu sprechen, ohne die Dosierung zu berücksichtigen. Die Giftstoffe, die man bei einem gelegentlichen Grillen aufnimmt, sind möglicherweise weitaus geringer als die durch Passivrauchen einer Zigarette.

Aus Sicht meiner Mutter ist Grillen ein mit Kohlenasche bedecktes Gift, das die Gesundheit beeinträchtigt. Meiner Ansicht nach ist Barbecue ein duftendes Gegenmittel gegen Depressionen und Angstzustände. Obwohl es kein Problem gibt, das sich nicht durch ein Barbecue lösen ließe, scheint es natürlich wichtiger zu sein, auf die Mutter zu hören und nicht zuzulassen, dass ihr etwas zustößt.

Verweise

[1] Maillard, LC. Wirkung von Aminosäuren auf Zucker. Bildung von Melanoidinen auf methodische Weise. Comptes Rendus (auf Französisch). (1912), 154: 66–68.

[2] Hodge, JE. „Dehydrierte Lebensmittel, Chemie der Bräunungsreaktionen in Modellsystemen“. Zeitschrift für Agrar- und Lebensmittelchemie. 1953, 1 (15): 928–43.

[3] https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%BE%8E%E6%8B%89%E5%BE%B7%E5%8F%8D%E5%BA%94

[4] Van Boekel M. Kinetische Aspekte der Maillard-Reaktion: eine kritische Überprüfung[J]. Essen/Nahrung, 2001, 45(3): 150-159.

[5] Promeyrat A, Gatellier P, Lebret B, et al. Bewertung der Proteinaggregation in gekochtem Fleisch[J]. Lebensmittelchemie, 2010, 121(2): 412-417.

[6] Stadler RH, Blank I, Varga N, et al. Acrylamid aus Maillard-Reaktionsprodukten[J]. Nature, 2002, 419(6906): 449-450.

Dieser Artikel wird vom Science Popularization China Starry Sky Project unterstützt

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Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.

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