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烹飪也跟科學有關?

烹飪也跟科學有關?

烹飪的核心──加熱的科學
讓我們以科學的視點來解讀烹飪,為您家餐桌帶來美食吧!

對不擅長烹飪的人而言,手藝好的名廚就宛如魔術師一般。廚師能夠將普通的食材變成美味的佳肴,當然並不是使用魔法,而是在他們烹調的方法中,藏有科學的佐證。
烹飪與科學有著無法分割的關係。若對食材進行一些加工,食材上就會產生相對應的物理及化學變化。烹飪成果的好壞便是取決於能否充分理解並有效應用這些科學規則。以科學方法研究烹飪的日本京都大學農學研究科研究所的山崎英惠約聘研究員認為:「烹飪原本就與在實驗室中進行的實驗沒什麼不同」。
所謂「在實驗室中進行的實驗」指的是在相同條件下,任何人都能夠不限次數地將其重現。若烹飪真是遵從科學規則之現象的話,那我們只要巧妙利用該規則,就算不能達到名廚的水準,也應該至少能「重現」美味的料理。

加熱方式不同,會對食材產生各種不同的影響
進行烹飪時,其中一項重要的步驟是加熱。加熱能夠促使構成食材以及調味料之物質進行化學反應。由於化學反應的速度會因溫度而改變,因此藉著加熱以提升溫度,就能使在常溫時不易進行的化學反應,在短時間內進行。
再者,加熱也會使得食材及調味料中所含的蛋白質結構發生變化。若是想想烹煮水煮蛋就能了解了。蛋在生的狀態時,蛋白及蛋黃都處於沒有凝固的狀態,但一經加熱,蛋白會在約60℃,蛋黃會在約65℃時開始凝固,這是由於加熱而使蛋中所含蛋白質的立體構形產生變化(變性)的緣故。拿蛋來說,原本不相互結合的蛋白質因變性而開始相互結合,因此產生凝固。
至於加熱方式則是形形色色。讓我們來看看一些代表性的加熱方式及其特徵吧!
首先讓我們想想「水煮」的情況。通常使用水煮的烹調方式時,會在食材周圍加入大量的水。由於水的沸點為100℃,因此若是使用普通的鍋具,則鍋內液體的水溫不會超過100℃,即表示食材的溫度也不可能超過100℃。
再者,水煮的時候,食材與周圍的水(湯汁)之間會進行物質交換。當食材中所含鮮味等成分溶出在水中時,湯汁會變得美味,而食材本身則會失去一些滋味。
另一方面,在湯汁中添加調味料,能夠使調味料的味道滲入食材中。
「煎烤」又是什麼樣的情形呢?通常的狀況是多會將平底鍋的溫度提升到攝氏100多度至攝氏200度左右,即表示能夠使食材表面達到比使用煮的方式更高的溫度。但另一方面也意味著食材燒焦的風險更高。此外,該方法的另一項特徵,是加熱方向基本上只限於從平底鍋底部的單一方向加熱。但若是使用烤箱或是可雙面煎烤的烤肉爐,則可以增加加熱的方向,使食材更容易熟透。
「炸」的特徵是以高溫並且從所有方向加熱。由於油的沸點比水高,因此能達到高溫。通常油炸時使用的溫度約是180℃左右。但是以一般的油炸時間來說,能達到高溫的只限食材表面,食材內部由於含有水分,所以溫度並不會超過100度。而油炸食品表面裹的麵衣,之所以能炸得酥脆,正是因為麵衣中原本含有的水分因高溫被蒸發散失的緣故。此外,與以煮的方式相比,食材成分的流失也較少。
「蒸」也是從全方面加熱的烹調法。若使用壓力鍋,則水的沸點會因壓力而提升,加熱溫度可達約120℃。但若使用普通鍋具,則加熱溫度只能達到100℃。與「水煮」不同的是,食材的成分不會溶出到湯汁裡,因此能將滋味保持在食材中。

肉的美味凝聚在肉汁之中
前面已經介紹了加熱方法的特徵,現在則來思考看看烹調肉類時的情形。
肉類的主要成分是水、蛋白質及脂肪。雖然我們無法直接辨識出蛋白質的滋味,但從蛋白質分解形成的胺基酸,卻能讓我們感受到鮮味的存在。胺基酸蘊含在肉類細胞中,以及細胞之間的組織液中。換句話說,烹煮肉類時所流出的肉汁,正是含有大量胺基酸的肉類美味來源。若想要品嘗肉的原汁原味,不讓肉汁流失是很重要的。
順道一提,食用肉(尤其是牛肉)在經過加工之後,有時還會給予一段「熟成」的時間。此舉的目的是讓殘留在肉類細胞中的「酵素」運作,將蛋白質分解為胺基酸,以增加鮮味。酵素是存在動物體內,能夠引起各種生存所必須之化學反應的物質,具有非常多的種類。其中一部分會在動物死後持續在體內運作,而將蛋白質分解為「美味的」胺基酸。
此外,肉類脂肪中含有各種香味成分。這些成分依牛肉、豬肉、羊肉等不同種類而大有不同。正是這些成分賦與不同肉類各自獨特的風味,而這也讓我們了解到,料理的美味不只取決於味道,香氣也是相當重要的。

肉類加熱時所產生的劇烈變化
肉類是由稱為「肌動蛋白」(actin)以及「肌凝蛋白」(myosin)的蛋白質纖維,因「結締組織」(connective tissue)而聚集形成的。結締組織的成分主要是由稱為「膠原蛋白」(collagen)的蛋白質纖維所組成。
肌動蛋白、肌凝蛋白、結締組織都會因受熱而改變結構(變性)。這是因為受熱時,原本規律的結構會變混亂而使纖維萎縮。支撐肉類結構的這些纖維萎縮,即表示肉本身會萎縮之意。相信不少人都見過烤肉時,肉片逐漸縮小的樣子吧!
肉萎縮時,由於體積縮小,所以肉汁便會流出。多少流失一些肉汁是無可避免的,再說流出些許肉汁的狀態,更能在入口時表現多汁感。但如果不斷持續加熱便會使纖維持續變性,而造成肉汁流出,因此切忌過度加熱。
烹調肉類時,該以幾度以及多少時間來進行才好呢?答案是「依肉的部位而異」。
肉類具有相對而言結締組織較多或較少的部位。牛的背側及腹側部位的肉結締組織少而柔軟。若欲享用美味的牛排,應將上述部位以約50℃到75℃間的溫度,依喜好調整煎烤程度。
讓我們進一步了解原由。肉類基本結構中,肌動蛋白、肌凝蛋白、結締組織三者之中,開始變性的溫度最低的是肌凝蛋白。肌凝蛋白約在50℃就會開始變性。牛排的熟度分類中,接近生肉的狀態稱為「三分熟」(rare)。所謂三分熟即是指將肉的內部溫度加熱至約50℃的狀態。
當溫度到達60℃時,隨著肌凝蛋白進一步地變性,結締組織中的膠原蛋白也會開始變性而萎縮。此時肉質會比三分熟的狀態更硬一些(變成有彈性的口感)。並且因為肉汁開始滲出,肉中也還保留著肉汁,所以口感多汁。肉的內部變化進行到該狀態的熟度,稱為「五分熟」(medium)。
再將溫度提升,則肌凝蛋白與膠原蛋白的變性會更進一步進行。肉質變得更硬,並且幾乎流失所有富含鮮味的肉汁,使肉的口感乾硬。肉的內部變化進行至該狀態時,稱之為「全熟」(well-done),其內部溫度已達約75℃。此外,肌動蛋白會在80℃時開始變性。這就是「烹煮過頭會使肉質變硬」的原因。

高溫才能引出香氣
對熟度的喜好雖然因人而異,但想把食物烹調至喜好的熟度,則需要謹慎地調節火候。由於火候的調節會因調理器具、食材、以及食材的厚度等不同,所以沒有所謂的「必勝方法」。山崎約聘研究員表示,這是因為雖然「烹飪和實驗室的實驗一樣」,但也由於「事實上會出現許多變因所以難以達成」。而廚師則能夠活用過去的經驗,巧妙地應對這些變因。通常在烤牛排的時候,一開始會以攝氏一百數十度的高溫煎烤表面,之後再將平底鍋的溫度降低,慢慢煎熟。
不過為何一開始要以高溫煎烤牛排表面呢?若是怕火候控制不當,一開始就以小火慢煎不是更好嗎?但若是那樣的話,牛排表面會無法著色,牛排就不會好吃了。
不只是牛排,只要是表面有煎烤著色的料理常會散發出香味。我們可以說正是這香味襯托出料理的美味。要令食材煎烤著色,需要將食材表面的溫度提升至攝氏一百數十度才行。到達這個溫度時,食材中所含的胺基酸以及糖類會急劇發生總稱為「梅納反應」(Maillard reaction)的複雜化學變化,製造出散發香味的成分。但是需注意的是,若加熱過度則會使苦味物質產生。

可用高溫燉煮帶筋部位使其膠化
該如何烹飪例如牛的腿部等,結締組織多且筋也多的部位呢?事實上,只要以70℃以上持續加熱,結締組織中的膠原蛋白就會「膠化」而溶解。膠原蛋白是由三條纖維以螺旋狀繞成如繩索般的結構。若以高溫加熱,則繩狀結構會變得鬆散而容易溶解在水中。膠原蛋白完全凝膠化後,即使肌動蛋白與肌凝蛋白繼續變性,但由於結締組織已消失,所以會變成我們舌尖上所嘗到的鬆散柔軟的肉。這表示若想要品嘗柔軟的肉,就需要控制火候以低溫加熱,或是以70℃以上高溫持續烹煮令膠原蛋白膠化。
由於膠原蛋白完全膠化需要時間,所以使用煎烤使其膠化並不是個好方法。恐怕在煎烤的過程中,肉汁就全數流失,變成乾硬的肉了。對於結締組織多的部位(也就是帶筋肉),要緩慢燉煮才好。「緩慢燉煮使肉柔軟」就是這個意思。

-牛頓科學雜誌第69期

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