ทำความรู้จักปฎิกิริยาเคมีบนโต๊ะอาหาร (ตอนที่ 1)

อาหารเป็นปัจจัยที่สำคัญของมนุษย์ทุกคน เรารับประทานอาหารเพื่อใช้เป็นพลังงานในการดำรงชีวิต และยังช่วยเสริมสร้างส่วนต่าง ๆ ของร่างกายด้วย โดยมนุษย์เป็นสิ่งมีชีวิตที่มีความสร้างสรรค์ในเรื่องการกินมากที่สุดในโลก เรานำวัตถุดิบมาแปรรูป และนำวัตถุดิบนั้นมาประกอบเป็นเมนูอาหารที่ได้ทั้งคุณค่าและคุณประโยชน์

เคมีอาหารคือแขนงหนึ่งของวิทยาศาสตร์การอาหาร ที่ว่าด้วยการนำความรู้ด้านเคมีมาประยุกต์ใช้เพื่อการแปรรูป ถนอม และปรุงอาหาร จึงถือเป็นศาสตร์ที่มีความใกล้ชิดกับชีวิตประจำวันเป็นอย่างมาก เราจึงอยากแนะนำให้รู้จักกับเรื่องราวเคมีที่สามารถพบได้ง่าย ๆ บนโต๊ะอาหารของทุกคน

ความลับในลาบหมู

ลาบหมู เป็นหนึ่งในอาหารอีสานที่ได้รับความนิยมเป็นอย่างมาก เนื้อหมูสับนุ่มละมุนลิ้น รสชาติเผ็ดอมเปรี้ยวเล็กน้อยของมะนาวคั้นสด มีน้ำมันหอมระเหยลอยฟุ้งออกมาตัดกับกลิ่นของผักชีฝรั่ง สะระแหน่ และข้าวคั่วที่ลงตัวเป็นรสชาติเชิญชวนให้เราน้ำลายสอ

เคล็ดลับของหมูสับที่เด้งนุ่มสู้ฟันนั้น ไม่ได้อยู่แค่การเลือกหมูที่มีคุณภาพดีเพียงอย่างเดียว แต่ยังเป็นเพราะการบีบมะนาวลงไปในเนื้อหมูดิบก่อนที่จะลงในหม้อก่อนการปรุง โดยน้ำมะนาวนั้นมีกรดซิตริกเป็นองค์ประกอบหลัก ซึ่ง ความเป็นกรดของน้ำมะนาวทำปฎิกิริยากับโปรตีนในเนื้อหมู ทำให้มีการเสียสภาพของโปรตีน (denature) เกิดเป็นกำแพงที่กั้นผิวด้านนอกของเนื้อหมู ซึ่งได้เพิ่มค่าการอุ้มน้ำ (water holding capacity : WHC) ของเนื้อหมู เมื่อนำไปรวนด้วยความร้อน เนื้อหมูจะมีความนุ่มละมุนลิ้นมากยิ่งขึ้นกว่าการเอาหมูไปผ่านความร้อนโดยตรง

หากพูดถึง การเสียสภาพของโปรตีน คือ การแปรสภาพธรรมชาติของโปรตีน เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างโครงสร้างของโปรตีน โดยที่ไม่มีการทำลายพันธะเพปไทด์ของกรดอะมิโน (Amino acid) แต่เป็นการทำลายพันธะไฮโดรเจนของโปรตีน ทำให้โปรตีนเกิดการคลายตัวจนโครงสร้างเปลี่ยนแปลงไป กลายเป็นโปรตีนโครงสร้างใหม่

การเสียสภาพของโปรตีนที่เราใช้ในอุตสาหกรรมอาหารมีด้วยกัน 3 วิธี ได้แก่

1. การเสียสภาพของโปรตีนจากความร้อน

อุณหภูมิที่สูงขึ้นทำให้พันธะไฮโดรเจนของสายพอลิเพปไทด์ถูกทำลาย โดยเฉพาะสายพันธะที่เชื่อมระหว่างโปรตีนกับโปรตีน หรือโปรตีนกับน้ำ ถ้าอุณหภูมิที่ใช้ ไม่สูงมากจะทำให้การเสียสภาพนั้นเป็นเเบบหวนกลับได้ (reversible) กล่าวคือเมื่ออุณหภูมิลดลงพันธะไฮโดรเจนจะถูกสร้างใหม่และทำให้โปรตีนคืนรูปได้ แต่ถ้าอุณหภูมินั้นสูงมาก ๆ จนเกินระดับที่สามารถคืนรูปกลับได้ โปรตีนที่เสียสภาพไปนั้นจะไม่สามารถคืนรูปกลับมาได้อีก (irreversible)

ตัวอย่างการใช้การเสียสภาพของโปรตีนเนื่องจากความร้อน ได้แก่ การสุกของไข่ขาวด้วยความร้อน หากลองคิดภาพไข่ต้ม เกิดจากการที่ไข่ขาว ซึ่งองค์ประกอบส่วนใหญ่ประกอบด้วยโปรตีน ได้รับความร้อนจนสูญเสียสภาพเดิม จากที่เป็นของเหลวสีใส กลายเป็นเจลแข็งสีขาวแทน เหมือนที่เราเห็นในไข่ต้ม

การสุกของเนื้อสัตว์เนื่องจากความร้อน ก็ทำให้โปรตีนไมโอซิน (myosin) ที่เป็นส่วนประกอบของเส้นใยกล้ามเนื้อ (myofibril) เกิดการคลายตัวและตกตะกอน จนทำให้สีและเนื้อสัมผัสของโปรตีนในเนื้อสัตว์ ถูกเปลี่ยนแปลงไปอย่างถาวร

การเสียสภาพของโปรตีนไมโอโกลบิน (Myoglobin) ในปลาทูน่าขณะที่ผ่านกระบวนการให้ความร้อนเพื่อฆ่าเชื้อ ทำให้เกิดการเปลี่ยนสีเป็นสีเขียว เกิดจากโปรตีนไมโอโกลบินที่สูญเสียสภาพปลดปล่อยหมู่ซัลฟ์ไฮดริล (Sulfhydryl) ออกจากโครงสร้าง ซึ่งเดิมถูกจับด้วยพันธะไฮโดรเจน และไปจับกับหมู่ซัลฟ์ไฮดริลของโปรตีนตัวอื่นในเนื้อปลาทูน่า โดยมีไตรเมทิลามีน เอ็น-ออกไซด์ (Trimethylamine N-oxide) ที่พบได้ในสัตว์ทะเลเป็นตัวออกซิไดซ์

2. การเสียสภาพของโปรตีนด้วยการปรับค่า pH

โปรตีนในธรรมชาตินั้นมีค่า pH ที่สูงกว่าจุดไอโซอิเล็กทริก ทำให้โปรตีนในธรรมชาติมีค่าประจุรวมเป็นลบ ส่งผลให้โปรตีนที่เป็นประจุลบเกิดการผลักกัน จนกระทั่งเมื่อปรับค่า pH ด้วยการใส่กรดที่เต็มไปด้วยประจุบวก ทำให้ค่า pH ของโปรตีนลดลงมาถึงจุดไอโซอิเล็กทริก ประจุรวมจึงกลายเป็นศูนย์ ส่งผลทำให้โปรตีนมีประจุบวก-ลบเท่ากัน และสามารถจับตัวกันจนเกิดการตกตะกอน หรือทำให้โปรตีนที่เคยละลายน้ำได้เกิดการละลายน้ำได้น้อยลง

ถ้าหากเราเติมกรดลงไปเพิ่มเติมจนทำให้ค่า pH ของโปรตีนต่ำกว่าค่าไอโซอิเล็กทริก โปรตีนประจุรวมจะเป็นบวก ทำให้โปรตีนเสียสภาพอย่างรุนแรงจนคล้ายกับการเสียสภาพด้วยความร้อน

ตัวอย่างการเสียสภาพของโปรตีนด้วยการปรับค่า pH นอกจาก การใช้มะนาวบีบลงบนเนื้อสัตว์แล้ว ยังมีการตกตะกอนของโปรตีนเคซีนในน้ำนมที่เดิมเคยละลายในน้ำนม แต่เมื่อเราใส่กรด เช่น น้ำมะนาว เพิ่มลงไป จะทำให้โปรตีนเคซีนจับตัวเป็นตะกอน และละลายในน้ำนมได้น้อยลง

3. การเสียสภาพของโปรตีนด้วยแรงกล

ขนมหวานหลายชนิดที่เรารู้จัก จริง ๆ แล้วเกิดขึ้นจากการสูญเสียสภาพของโปรตีนด้วยแรงกล ตัวอย่าง เช่น เมอแร็งก์ ซึ่งเกิดจากการตีไข่ขาวกับน้ำตาลและผสมสารช่วย เช่น โพแทสเซียมไบทาร์เทรตหรือแป้งข้าวโพด โดยการตีไข่ขาว หรือใช้แรงกลเพื่อเปลี่ยนสภาพไข่ขาว เป็นการรบกวนพันธะภายในโมเลกุลของสายพอลิเพปไทด์ในโปรตีน ทำให้ไข่ขาวเสียสภาพเดิมไป

นอกจากความเด้งของหมูสับซึ่งเกิดขึ้นได้ด้วยปฏิริยาเคมีที่มะนาวทำกับโปรตีนแล้ว ข้าวคั่วก็ถือเป็นอีกหนึ่งส่วนผสมหลัก ในลาบหมู ซึ่งให้ความหอมติดตรึงใจคนทานเช่นกัน โดยสารที่ให้ความหอมของข้าวคั่วนั้นคือ สารในกลุ่มไพราซีน และสารประกอบคาร์บอนิลอีกหลายชนิด ซึ่งเกิดจากปฎิกิริยาเมลลาร์ด (Maillard browning reaction)

ปฎิกิริยาเมลลาร์ด คือ ปฎิกิริยาการสร้างสีน้ำตาลที่ไม่อาศัยเอ็มไซม์เป็นตัวช่วย เกิดจากการนำน้ำตาลรีดิวส์ เช่น กลูโคส รวมเข้ากับโปรตีน หรือสารประกอบไนโตรเจนอื่น ๆ โดยมีความร้อนเป็นตัวเร่งปฎิกิริยา ผลผลิตของปฎิกิริยาเมลลาร์ดคือ สารสีน้ำตาลที่มีกลิ่นหอม โดยเราใช้ปฎิกิริยานี้ในการสร้างกลิ่นของอาหารที่เราทานกันมากมาย เช่น ข้าวคั่ว ตามที่ได้กล่าวไปแล้ว

นอกจากปฎิกิริยาเมลลาร์ด แล้วเรายังสามารถสร้างสีน้ำตาลในอาหารได้อีกโดย 2 วิธี คือ

1. ปฎิกิริยาการเกิดคาราเมล ที่เกิดจากการนำน้ำตาลไปให้ความร้อนจนสลายโมเลกุลของน้ำตาลให้แยกออก (Thermolysis) และเกิดพอลิเมอไรเซชั่นของสารประกอบอินทรีย์ในน้ำตาลไหม้ กลายเป็นโพลิเมอร์ใหม่ที่มีสีน้ำตาลและมีกลิ่นหอม ที่เราเรียกว่า คาราเมล ซึ่งถูกนำไปใช้ในการทำขนมและเครื่องดื่มหลากหลายชนิด

2. ปฎิกิริยาการเกิดสีน้ำตาลเนื่องจากเอ็มไซม์ (Enzymatic Browning Reaction) มักพบได้บริเวณผิวหน้าของผัก ผลไม้ และอาหารทะเลเมื่อสัมผัสกับออกซิเจนในอากาศ โดยปฎิกิริยานี้จัดเป็นปฎิกิริยาออกซิเดชั่นของสารประกอบฟีนอลในอาหาร ซึ่งปฎิกิริยานี้มักจะสร้างสีน้ำตาลที่ไม่พึงประสงค์ในอาหาร เช่น สีน้ำตาลบนแอปเปิ้ล กล้วย ฯลฯ แต่กลับเป็นที่ต้องการในการแปรรูปอาหารที่ต้องการสีน้ำตาลเข้มและมีกลิ่นเฉพาะ เช่น การหมักโกโก้ ชา กาแฟ ลูกพรุน หรืออิทผลัม

พีรวุฒิ บุญสัตย์ (ป่าน The Principia)