每個燒烤師傅，可能都是一位化學大師｜GGView
GGV有話說：
什麼是一串完美的燒烤？
略顯金黃的焦香表皮，豐富多汁的內部肉質纖維，充滿香氣與油脂的味道……
那是一場美妙的化學反應盛宴，由蛋白質、脂肪、木炭和調料共同演繹出的熱量、口感與味道的集大成。
那麼如何獲得一串口味完美的烤肉，這雖然可能是個烹飪問題，也可能是個營銷問題，但更本質一點點，應該是個化學問題。
今天的GGView，就帶大傢一起研究下這個化學問題。
來源：《返樸》（ID：fanpu2019）
撰文 | 李存璞
人類祖先告別茹毛飲血的那一晚，一定因為一道意外的閃電。閃電擊中松林茂密的松針，燃起熊熊火焰。樹下一頭稍顯肥碩的羚羊來不及跑遠，便被大火困住，而它與火焰的距離剛剛好——借用一句歌詞：距離火焰再多一點就會爆炸，再近一點就被融化……在大火褪去卻尚留一些餘溫之時，祖先撿起外酥裡嫩的羊腿一口下去，口腔中爆發出質感與鮮香定格在美好的瞬間，從此決定在基因裡編入為燒烤而瘋狂的贊嘆。
即使到現代社會，人們的飲食早已豐富多彩到超出瞭我們自己的想象，燒烤依然是商務宴請、朋友小聚、親戚吹牛、情侶約會的重要選擇。燒烤是如此令人癡迷，乃至在2023年引發瞭一場前往山東的人類遷徙行為。小火盆、小卷餅很特別，但對於燒烤的本體而言，更加令人沉迷的一定是被烹制的肉類本身。
緣起：
梅拉德反應，風味與口感的開端
但凡講點化學與烹飪，則言必稱梅拉德。盡管稍微有點陳詞濫調，但對於啥是梅拉德反應，學術界確實也尚未完全弄明白。梅拉德反應得名於法國物理學傢與化學傢Louis-Camille Maillard（1878-1936）。Maillard在1912年發表的文章討論瞭在140℃-165℃之間肉類表面產生棕色色素的相關現象 [1] 。雖然Maillard占據瞭命名權，但梅拉德反應的化學反應機理最早由美國化學傢 John Edward Hodge （1914-1996）在1953年提出 [2] 。這篇名為“Dehydrated Foods, Chemistry of Browning Reactions in Model Systems （食物脫水，模型系統中的褐變反應化學）”的文章後來被SCI評選為瞭經典引用論文（Citation Classic）。Hodge闡釋瞭基於糖與氨基酸等物質經過一系列反應，最終轉化為類黑素（或者梅拉德體）的過程。
類黑素是一系列 含有氮的聚合物，其本身具有焦香的味道與口感，而類黑素在持續的加熱中會裂解，產生數以百計具有不同香味的小分子物質， 這些或含有氮元素、或含有芳環的物質將成為燒烤味道中最為誘人的組分。
即使我們無意在本文深究其中的化學轉化細節，也可以敏銳地從圖1所示轉化路線中感受到，溫度、脫水的速度、pH值、糖的種類等是調控梅拉德反應路徑與進行程度的關鍵。
圖1 Hodge建議的梅拉德反應機理 圖片來源：參考文獻[3]
梅拉德反應種類十分豐富，互為競爭關系，因此對應於燒烤的實踐流程需要溫度的控制，由此調控梅拉德反應的進行路徑，進而獲得不同的類黑素和後續的燒烤風味。溫度不能過高，過高會造成表面碳化（沒有人想吃變成無機物的肉串吧）；溫度也不能過低，過低會導致梅拉德反應進行不順利，風味不佳 [4] 。脫水反應也影響著最終的類黑素物質，而對脫水的控制，一方面可以用溫度來調控，也可以通過刷油來阻止水分快速流失，獲得不一樣的口感。刷到肉串上的除瞭油脂，往往還有不同的調味料，這些調料會改變肉串表面的pH值，進而影響到梅拉德產物的化學組成，控制最後的肉串味道細節。
在某些地區的特色燒烤中，燒烤師傅會在肉串上撒糖。新鮮的肉類當然是大自然最好的饋贈，但額外的糖類的撒入，可以控制梅拉德反應的走向，並且糖類本身的 焦糖化轉化（紅燒肉中的 炒糖色） 也能帶來一些額外的風味，是不少燒烤攤主不自覺的化學知識運用。
圖2 完美的燒烤，焦香的表皮以及豐富多汁的內部肉質纖維 圖片來源：《人生一串》第三季）
緣續：
傳熱與保水，齒間那一剎的溫暖
梅拉德反應給瞭肉類初始的風味，然而這還遠遠不夠成就一串完美的烤肉。事實上，盡管焦香的肉串表皮使得燒烤在入口的一瞬間迸發出十足的風味，但真正牙齒咀嚼的一剎那，才是人們熱量攝入的開端。
圖3 加熱對蛋白質組裝結構粒徑的影響。a、模擬的生肉；b、100℃加熱10min後；c、100℃加熱30min後。 圖片來源：參考文獻[5]
鮮嫩多汁，是對內部肉質纖維的最高評價。如果說肉串表面的梅拉德反應是小分子水平下的化學變化，那麼肉串內部口感的形成更多依靠的是蛋白質三維結構的改變以及水分的保持。當肉串內部蛋白質被加熱時，原有組裝有序的蛋白質纖維結構會被破壞——即所謂的蛋白質變性——從而讓原本緊實的蛋白質變得柔軟細膩，同時釋放出被鎖住的水分子，形成肉汁。從圖3所示的蛋白質組裝結構變化可以看到 [5] ，隨著蛋白質被加熱，大尺寸的聚集體逐漸被解開，所占比例逐漸降低，最終形成尺寸較小蛋白質組裝體系——從而獲得瞭更易咀嚼的蛋白質口感。
當然蛋白質的變性不能太過。如圖4所示，蛋白質組裝前是沒有具體指向性的松散結構（a），組裝好之後則十分緊實（b），組裝結構被部分破壞後則變得略顯松散（c）。對應於肉串的口感，不怎麼烤熟的（b）口感偏硬，嚼不動；（c）烤的恰恰好，有纖維的嚼勁又松軟多汁；（a）則多發生在燉肉時，就是所謂的燉太爛，以至於入口即化——這不是烤肉需要的口感。
圖4 蛋白質的組裝與變性。a、未組裝；b、組裝緊實（生肉）；c、組裝被部分破壞（熟肉）圖片來源：參考文獻[5]
烤者當然可以精妙地實現內部肉質的口感控制。先快速地讓肉串表面形成梅拉德反應的類黑素聚合物層，再慢慢加熱讓內部蛋白質變性、產生肉汁。類黑素既然是聚合物，自然可以有效地防止內部肉汁的水分流失，避免內部肉質變柴。而始終多汁的肉串，其水含量高，水比熱大，可以有效避免局部肉蛋白過度變性，保證瞭肉串的極致口感。在這一過程中，火力的控制至關重要，但烤者也要一心多用——因為內部肉質產生汁水的時候，也正是烤串調味的關鍵。
還自在：
燒烤與健康，掌控火構造的芳香
從化學的角度而言，燒烤會產生許多含氮的有機物，或者芳香化合物。它們是燒烤風味的重點，但這些物質往往又與致癌相連，畢竟二惡英、焦油可能正浮現於肉串表面。更何況為瞭增加風味，許多特色燒烤使用炭火/果木樹枝烹制，這些天然植物本身攜帶的香料或有機物，燃燒時自然揮發至肉類表面，或直接物理吸附提供味道，或參與化學反應賦予芬芳，讓肉串變得更加特別的同時，也帶來瞭新的健康風險。
圖5 燒烤會產生許多含氮的有機物，可能也是致癌物質 圖片來源：網絡
從科學方面的報道來看，2002年在 Nature 的一篇論文率先提出至少丙烯酰胺 （Acrylamide）會在梅拉德反應——或者在燒烤中出現 [6] 。丙烯酰胺是著名的潛在致癌物質，因此燒烤吃多瞭確實 有可能增加一定的致癌風險。但換個角度而言，拋開計量談毒性本身就很無厘頭，偶爾一頓小燒烤攝入的毒素可能遠小於一根二手煙。
在我媽看來，燒烤是沾著碳灰的影響健康的毒藥；在我看來，燒烤則是帶著芬芳的治愈鬱悶與焦慮的解藥。當然，盡管沒有什麼是一場燒烤不能解決的，但聽媽媽的話，別讓她受傷，似乎更為重要。
參考文獻
[1] Maillard, L. C.. Action of amino acids on sugars. Formation of melanoidins in a methodical way. Comptes Rendus (in French). (1912), 154: 66–68.
[2] Hodge, J. E. . "Dehydrated Foods, Chemistry of Browning Reactions in Model Systems". Journal of Agricultural and Food Chemistry. 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. Kinetic aspects of the Maillard reaction: a critical review[J]. Food/Nahrung, 2001, 45(3): 150-159.
[5] Promeyrat A, Gatellier P, Lebret B, et al. Evaluation of protein aggregation in cooked meat[J]. Food Chemistry, 2010, 121(2): 412-417.
[6] Stadler R H, Blank I, Varga N, et al. Acrylamide from Maillard reaction products[J]. Nature, 2002, 419(6906): 449-450.
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