Upozornění pro čtenáře a uživatele této knihy

Všechna práva vyhrazena. Žádná část této tištěné či elektronické knihy nesmí být reprodukována a šířena v papírové, elektronické či jiné podobě bez předchozího písemného souhlasu nakladatele. Neoprávněné užití této knihy bude trestně stíháno.

RNDr. Ondřej Dvořák, CSc.

CHEMIE NA TALÍŘI

Vydala Grada Publishing, a.s.,

U Průhonu 22, Praha 7

info@grada.cz, www.grada.cz,

tel.: +420 234 264 401

jako svou 8249. publikaci

Odborná spolupráce RNDr. Eva Juláková, CSc.

Odpovědný redaktor Petr Somogyi

Grafická úprava a sazba Jakub Náprstek

Počet stran 208

První vydání, Praha 2021

Vytiskla tiskárna FINIDR s.r.o., Český Těšín

© Grada Publishing, a.s., 2021

Cover Photo © Depositphotos/vladimirzotov

ISBN 978-80-271-4540-9 (ePub)

ISBN 978-80-271-4539-3 (pdf)

ISBN 978-80-271-2881-5 (print)

ORIENTÁLNÍ

ÚVOD

ANEB KUCHYŇ JE LABORATOŘ

Z chemického pohledu není jídlo nic jiného než směs chemických sloučenin, takže jeho přípravu můžeme považovat za nejvyšší stupeň empirické aplikované chemie. Pracujeme ve specializovaných laboratořích zvaných kuchyně, kde používáme standardní chemické postupy, zejména vážení a různé způsoby zahřívání, které vedou až k chemické přeměně nebo vzájemné reakci různých složek jídla.

Americké klišé říká: „Nikdy nevěř chemikovi, který neumí vařit (Never trust a chemist who can’t cook)“ (Withers, 2020). Míněno je samozřejmě nevěř mu, pokud jde o chemii. Kolikátého je mu ale věřit můžete.

V této knize najdeme popis dějů, které zpravidla nevědomky, pouze na základě zkušeností, spouštíme při přípravě pokrmů. Pochopíme, co probíhá v našich hrncích, pánvích, kotlících a pekáčích z hlediska chemie. Poznáme, jaké chemické reakce probíhají a jak je můžeme ovlivnit. Současná výuka kuchařství funguje spíše ve východním stylu „sleduj mistra“ než západním analytickým přístupem. Nic proti orientálním metodám, i ty přinášejí dobré výsledky. Ale právě analytický přístup k problému je to, co umožnilo zásadní vzestup naší civilizace. A trochu analytického pohledu se do kuchyně pokusí vnést tato knížka.

Znalost chemie z nikoho neudělá geniálního šéfkuchaře, k tomu je třeba i talent. A geniální šéfkuchař si vystačí se zkušeností, nepotřebuje znát zákony chemie, aby uvařil skvělou krmi. Ale pokud někdo ví, co mu přesně probíhá pod rukama, dokáže to lépe řídit a ovládat, kvalifikovaně (a nikoliv jen zkusmo) měnit podmínky a snáze napravovat chyby a omyly – nebo se jim úplně vyhnout.

Z vlastní zkušenosti mohu potvrdit, že znalost chemie mi pomohla zachránit překyselenou omáčku. Nadbytečný ocet jsem zneutralizoval opatrným přidáváním roztoku jedlé sody. Bublalo a kypělo to hrozivě, ale chuť se zlepšila. Neděste se, nešlo o nic jiného než o reakci octa s jedlou sodou (neboli učeně octové kyseliny s hydrogenuhličitanem sodným):

CH_3COOH + NaHCO_3 → CH_3COONa + CO_2 + H_2O

Oxid uhličitý CO_2 z omáčky vybublal ven, čímž jsem nepatrnou měrou přispěl k ohřátí planety Země, protože jde o skleníkový plyn. Octan sodný CH_3COONa není kyselý, takže sós byl zachráněn!

I kdyby vám poznatky z této knihy v kuchyni vůbec nikdy nepomohly, představuje vědění hodnotu samo o sobě. Rozumět, co přesně nám probíhá pod rukama, je prostě zajímavé, zábavné, je to cool a je v tom i kus dobrodružství. Kromě toho můžete zapůsobit na své partnery či přátele, když odborně pohovoříte o Maillardově reakci probíhající v pánvi při přípravě steaku. A získávání nových poznatků aktivuje oblast mozku zvanou centrum odměn, která vyvolává příjemné pocity.

Kniha vám pomůže nezařadit se mezi 39 % dotazovaných při průzkumu týkajícím se chemofobie, který proběhl v roce 2019 v některých zemích západní Evropy. Zmíněná část respondentů by nejraději žila ve světě bez chemických sloučenin (Siegrist & Bearth, 2019). Byl by to věru trudný svět, tvořený fotony a občasnou částicí kosmického záření. Útěchou nám může být, že naše vlastní existence by v něm byla vyloučena.

Jak říkával významný československý elektrochemik, již zesnulý profesor Jiří Koryta, chemie je vlastně pouze hypertrofované odvětví fyziky. Fyzika chemii obklopuje ze všech stran. Veškeré procesy, při nichž se nemění složení molekul, patří do fyziky. Součástí fyziky zvané jaderná jsou přeměny atomových jader. Chemii patří pouze procesy zahrnující tenkou slupku elektronů na samém povrchu atomu, tzv. valenční elektrony. I to málo, co se děje s elektrony hlouběji ve vrstvách blíže jádru, patří do fyziky. Ať se díváme nahoru či dolů, všude samá fyzika. K vydělení chemie jako samostatné vědy došlo z čistě praktických důvodů, nikoliv z nějaké vnitřní logiky přírody. Prostě se během historie ukázalo z našeho pohledu šikovné nejrůznější sloučeniny mísit, zahřívat je, tavit a jinak trápit – a sledovat, co se bude dít. Výsledkem bylo například chutněji upečené maso, vyleptaná díra, nové barvivo anebo výbuch střelného prachu.

K vydělení chemie jako samostatné vědy z fyziky došlo i proto, že náš svět je světem chemických reakcí. Probíhají v tělech lidí, ostatních živočichů i rostlin kolem nás, v atmosféře a v dostatečně dlouhém časovém horizontu i v horninách pod našima nohama. Pro hypotetické myslící živé bytosti založené na krystalech by roli chemie hrála nauka o krystalech čili krystalografie.

Při práci v chemické laboratoři se postupy čistě chemické a fyzikální navzájem kombinují, prolínají a doplňují. Naprosto běžné kuchařské úkony jako míchání, krájení, mletí, drcení, byť jde o postupy čistě fyzikální, hojně využíváme i v chemických laboratořích či provozech. Při vaření občas sáhneme i po zvýšeném tlaku v papiňáku čili tlakovém hrnci (Papinův hrnec), jenž ovlivňuje i procesy chemické. Každá chemická reakce probíhá v určitém fyzikálním prostředí, které ovlivňuje a které zase ovlivňuje ji.

I znalost fyziky může pomoci napravit chybu. Kdysi jsem do lahve pro domácí výrobu šlehačky dal místo bombičky s oxidem dusným N_2O bombičku na pohled stejnou, která však obsahovala oxid uhličitý CO_2 pro výrobu vody s bublinkami (čili, jak se tehdy říkalo, sodovky či sifonu). Šlehačka byla našlehaná správně, avšak oxid uhličitý jí dodal kyselou chuť. Co je u sodovky na místě, u šlehačky dost vadí. Pomohlo pomalé vypouštění CO_2 a vypláchnutí správnou bombičkou. Po dalším pomalém vypuštění plynné směsi a nasazení správné bombičky měla šlehačka zcela standardní šlehačkovou chuť i konzistenci.

Vztahu chemie, fyziky a vaření si všiml Jean Anthelme Brillat-Savarin [žán antelm brija savarén] (1755–1826) francouzský právník, politik, ekonom a houslista, který do historie vstoupil především jako gastronom. O vztahu věd a kuchařství píše na straně 241 svého díla O labužnictví, známého též pod původním jménem Fyziologie chuti (Savarin, 1994):

„Fyzika a chemie byly povolány, aby přispěly kuchařskému umění:

nejznamenitější učenci nepokládali pod svoji důstojnost zaměstnávat se

našimi nejobyčejnějšími potřebami a zavedli jistá zdokonalení, počínaje jednoduchým dělnickým hrnkem na polévku až k oněm extraktům a průhledným jídlům, jež se podávají jen ve zlatých a křišťálových nádobách.“

Zvláštní zmínku zasluhuje klíčový proces, který leží v samotných základech chemie jako vědy. Mám na mysli přesné odměřování množství, zejména vážení (i když v kuchyni si často vystačíme s měřením objemu). Zkušený kuchař se bez vah obejde, ale bez odhadování množství se obejít nemůže. Pracuje pouze intuitivně na základě zkušenosti. Alespoň přibližné a intuitivní stanovování množství je při vaření neopomenutelné. Při přidávání složek s výraznou chutí, jako je například sůl, ocet nebo silně pálivá paprika, je přesný odhad naprosto klíčový.

Bez stanovení správného množství surovin se v kuchyni neobejdeme, ale naprosto striktní přístup bez zpětné vazby může být na škodu. Při přípravě těsta musíme vzít v úvahu i přesné vlastnosti použité mouky. Některá váže lépe, jiná hůře, takže vodu či mléko přidáváme opatrně. Abychom získali těsto požadované konzistence, sledujeme bedlivě měnící se vlastnosti hmoty v nádobě. Naprosto přesné odvážení mouky podle receptu by mohlo bez zdravého rozumu vést k těstu příliš tuhému, nebo příliš řídkému. Navzdory tomu ale zůstává stanovení množství základním procesem jak vlastní chemie, tak chemie aplikované (čili vaření).

Slovo „vaření“ má v této knize, stejně jako v životě, dva významy. Jednak vlastní přípravu teplých pokrmů obecně, jednak jednu z metod přípravy pokrmů, tepelnou úpravu surovin ve vroucí vodě. I když pečeme nebo smažíme, také vlastně vaříme. V případě nejednoznačnosti použijeme výraz „tepelná úprava pokrmů“ místo obecnějšího významu slova „vaření“. Souvislost mezi přípravou jídel a chemií chápal zmíněný Brillat-Savarin poněkud šířeji (Savarin, 1994, s. 221):

„Ono (kuchařské umění) prokázalo nám také nejdůležitější službu pro občanský život, neboť potřeby kuchyně naučily nás užívat oheň, a pomocí ohně zdolal člověk přírodu. Pozorujeme-li věci z vyššího hlediska, můžeme napočítat tři druhy kuchařského umění: První, zabývající se přípravou jídel, podrželo své původní jméno. Druhý druh obírá se rozborem a zjišťováním základních látek potravin a nazývá se – jak známo – chemií. Třetí konečně, který možno nazvat léčivým kuchařským uměním, je známější pod jménem lékárnictví.“

A nakonec mám pro vás několik dobrých zpráv. Přestože naši potravu tvoří stovky či spíše tisíce nejrůznějších sloučenin, můžeme je rozdělit do několika málo různých typů. Neutopíme se tedy v nepřeberném množství nesouvisejících informací, ale všechno můžeme snadno roztřídit. Z toho vyplývá, že při tepelné úpravě probíhá velké množství konkrétních chemických reakcí, ale opět je můžeme seskupit do několika skupin a neprobírat každou zvlášť.

Pro zájemce budou v některých kapitolách uvedeny rámečky, které informace z příslušné kapitoly rozšiřují a zobecňují. Předběžná rozsáhlá znalost chemie není nutná, ale alespoň základní poznatky pomohou a četbu usnadní. I bez nich se vám toto pojednání může stát zdrojem zábavy, radosti i poučení.

Elementární porozumění chemickým vzorcům je nezbytné. Pokud si nejste jisti, následuje krátká kapitolka, která stručně vysvětluje význam a čtení chemických vzorců. Neobávejte se, není na pochopení složitá a řeší pouze nejzákladnější věci, které budeme opravdu potřebovat.

Kapitoly jsou rozděleny tematicky podle činností, jaké v kuchyni provádíme, a podle surovin, jež zpracováváme, nikoliv systematicky podle chemického třídění různých typů reakcí a sloučenin. Východní celostní přístup nám tedy stejně trochu pronikl do striktně západně analytického postupu. V jedné kapitole se tak objeví kvasinky i jedlá soda, tedy biochemie a anorganická chemie, ale život už je takový.

Nejdůležitější je důkladné pozorování. Pozorujte, co se děje, studujte vůně i zápachy, naslouchejte odpařování vody. Nebojte se si sáhnout, ale pozor, ať se nespálíte. Změny elasticity při úpravě masa v sobě nesou cennou informaci. Základem vědy je systematické pozorování zachycené odpovídajícím záznamem. Nebojte se při vaření dělat si poznámky nebo pořizovat fotografie. Nepodceňujte důkladnost psaného textu a popis obrázků. Za půl roku nebudete mít u několikaslovné poznámky tušení, oč šlo.

Hlavní při vaření je ale pracovat s radostí a užít si to.

Kéž vám informace z této knihy

tuto radost a prožitek vylepší a zkrásní!

1. JAKÝ

PRVEK JE LOMENÁ

ČÁRA?

PRVKY

Máte-li základní povědomí o chemických vzorcích, klidně tuto kapitolu přeskočte. Začneme od naprostého počátku, od chemických prvků. Na Zemi jich najdeme 94, spolu s těmi uměle vytvořenými známe 118 prvků. Liší se počtem elementárních částic zvaných protony v jádře. Nejlehčí vodík má jeden, sto osmnáctý prvek jménem oganesson jich má 118. Každý má svůj symbol, který tvoří jedno nebo dvě písmena. První písmeno je vždy velké, ať stojí samostatně, nebo ne. Za ním následuje druhé, malé písmeno (ve dvoupísmenném symbolu). Vodík má značku H, uhlík C, sodík Na. Ho označuje atom prvku holmium, ale HO je hydroxylová skupina složená z jednoho atomu vodíku H a jednoho atomu kyslíku O.

Přehled několika prvků, s nimiž se setkáme, přináší tabulka vpravo. Nazpaměť se je učit nemusíte (právě proto je zde ta tabulka).

Pojmenování

prvku

Symbol

Počet protonů

v jádře

draslík

K

19

dusík

N

7

fluor

F

9

fosfor

P

15

hliník

Al

13

hořčík

Mg

12

chlor

Cl

17

chrom

Cr

24

jod

I

53

kadmium

Cd

48

kobalt

Co

27

křemík

Si

14

kyslík

O

8

lithium

Li

3

mangan

Mn

25

měď

Cu

29

molybden

Mo

42

nikl

Ni

28

oganesson

Og

118

olovo

Pb

82

osmium

Os

76

palladium

Pd

46

platina

Pt

78

rtuť

Hg

80

rubidium

Rb

37

selen

Se

34

síra

S

16

sodík

Na

11

stroncium

Sr

38

stříbro

Ag

47

tellur

Te

52

uhlík

C

6

uran

U

92

vanad

V

23

vápník

Ca

20

vodík

H

1

zinek

Zn

30

zlato

Au

79

železo

Fe

26

Přehled významných prvků

SLOUČENINY

O sloučeninách hovoříme, pokud se dva nebo více různých atomů spojí dohromady a vytvoří molekulu. Atomy drží pohromadě chemické vazby. Rozeznáváme dva základní typy, kovalentní vazbu a iontovou. U iontové vazby se jednotlivé nabité částice zvané ionty navzájem přitahují nebo odpuzují – podle znaménka svého náboje. Vytvářejí tím molekuly a větší struktury, krystaly.

Typický příklad je sůl kuchyňská, chlorid sodný NaCl. Kladně nabité kationty Na+ a záporně nabité anionty Cl− se navzájem přitahují a vytvoří molekulu NaCl. Na+ nazýváme kation sodný, Cl− je anion chloridový. Písmeno t se ke kmeni ion připojuje ve všech ostatních pádech kromě 1. a 4. pádu čísla jednotného: kation, kationtu, kationty. Často se setkáme s výrazem iont s t na konci i v 1. a 4. pádu.

Celé molekuly odpovídající vzorcům jako NaCl se vyskytují jen v párách. U chloridu sodného to znamená, že molekuly NaCl existují v této podobě za teploty nad bodem varu, což je 1413 °C. V roztocích a krystalech nacházíme samostatné ionty, které udržují polohy působením vzájemných přitažlivých a odpudivých elektrických sil mezi náboji opačného, respektive shodného znaménka. To, co vidíme v kuchyni, je hromádka krystalků, které obsahují mnoho uspořádaných kationtů sodných i aniontů chloridových. Ale strukturu krystalu vytvářejí jednotlivé samostatné ionty, nikoliv molekuly NaCl. Nicméně složení celého krystalu popisuje vzorec NaCl dobře, protože je v něm stejně kationtů Na+ jako aniontů Cl−.

Krystalová struktura chloridu sodného, tvořeného sodnými kationty (fialové koule)

a chloridovými anionty (zelené koule)

V jiných sloučeninách nacházíme druhý typ vazby, zvaný kovalentní. Tvoří ji dva záporně nabité elektrony mezi kladně nabitými atomovými jádry. Jejich záporný náboj odstíní kladné náboje jader, takže se neodpuzují. Záporný náboj elektronů přitahuje jádra k sobě, takže jde o stabilnější uspořádání, než kdyby byl každý atom samostatný. Nutno doplnit, že v našem okolním makrosvětě těžko vytvoříme napodobeninu něčeho takového. Jde o uspořádání kvantového mikrosvěta, kde taková struktura tvořená elementárními částicemi zůstává stabilní, avšak pouze v extrémně malých rozměrech. Pomocí viditelných elektricky nabitých koulí žádný srovnatelný model nevytvoříme.

Kovalentních vazeb může být mezi dvěma stejnými atomy několik. Mezi atomy uhlíku může být jedna, dvě nebo tři. Hovoříme o vazbě jednoduché, dvojné a trojné. V oxidu uhličitém je mezi atomy kyslíku a uhlíku vazba dvojná. Z hlediska vzniku známe ještě vazbu koordinační. Jde o normální kovalentní vazbu, ale oba elektrony dodá jediný atom. Časem se ke koordinační vazbě ještě dostaneme a povíme si o ní víc v kapitole věnované krvi.

CHEMICKÉ VZORCE

U sloučenin s nevelkým počtem atomů si vystačíme s jednoduchými sumárními vzorci, které vyznačují počet atomů jednotlivých prvků. Voda (správně systematicky oxan, což nikoho nikdy nenapadne ani vyslovit, leda žertem) má sumární vzorec H_2O. Z toho je naprosto pochopitelné, že k jednomu atomu kyslíku O jsou připojeny dva atomy vodíku H. Počet atomů jednoho prvku ve sloučenině označuje dolní index za symbolem prvku. To je ta malá dvojka o něco níže ve vzorci H_2O. Pokud by tento dolní index měla být jednička, tedy že v molekule sloučeniny je jen jeden atom příslušného prvku, nepíše se. Nepíšeme tedy H_2O_1, ale H_2O. Přidáme-li druhý atom kyslíku, získáme peroxid vodíku, kde už dolní index píšeme u obou symbolů atomů H_2O_2, protože atomů kyslíku je víc než jeden.

Na dalších jednoduchých vzorcích si ukážeme rozdíl mezi dvěma základními skupinami sloučenin, anorganickými a organickými. Organické sloučeniny jsou všechny sloučeniny uhlíku s vodíkem i s ostatními prvky – kromě oxidu uhelnatého CO, oxidu uhličitého CO_2, kyseliny uhličité H_2CO_3 a jejích solí uhličitanů a hydrogenuhličitanů. Typický uhličitan je soda na praní, uhličitan sodný Na_2CO_3, typický hydrogenuhličitan je jedlá soda, hydrogenuhličitan sodný NaHCO_3. Dále mezi anorganické sloučeniny počítáme všechny ostatní binární sloučeniny uhlíku s ostatními prvky kromě vodíku. Binární znamená, že sloučeninu tvoří atomy pouze dvou prvků. Jako příklad uveďme sirouhlík CS_2 a karbid křemičitý SiC, ze kterého se vyrábí „karborundum brousek, za korunu kousek“. Přehledně to sumarizuje následující tabulka.

oxid uhelnatý

CO

1 atom uhlíku C

1 atom kyslíku O

oxid uhličitý

CO  2

1 atom uhlíku C

2 atomy kyslíku O

voda

H  2O

1 atom kyslíku O

2 atomy vodíku H

kyselina uhličitá

H  2CO_3

1 atom uhlíku C

2 atomy vodíku H

3 atomy kyslíku O

uhličitan sodný

Na  2CO_3

1 atom uhlíku C

2 atomy sodíku Na

3 atomy kyslíku O

hydrogenuhličitan

sodný

NaHCO  3

1 atom uhlíku C

1 atom sodíku Na

3 atomy kyslíku O,

1 atom vodíku H

karbid křemičitý

SiC

1 atom uhlíku C

1 atom křemíku Si

sirouhlík

CS  2

1 atom uhlíku C

2 atomy síry S

Anorganické sloučeniny uhlíku

Sloučeniny dělíme na anorganické a organické proto, že se to během vzniku chemie jako vědy ukázalo jako praktické. Uhlík má totiž mezi prvky zcela jedinečnou schopnost vytvářet velké struktury ze zřetězených atomů uhlíku, asi takto: −C−C−C−C−. Jsou i jiné prvky, které vytvářejí řetězce (například síra), ale žádné nejsou tak pevné, stabilní a dlouhé. Veškerý nám známý život je založen na sloučeninách zřetězeného uhlíku.

U složitějších sloučenin musíme znát ještě vzorce strukturní, které naznačují či přesně popisují vzájemné uspořádání atomů v molekule. Nejjednodušší organická sloučenina je hořlavý plyn methan CH_4. Jako anorganickou sloučeninu uveďme kyselinu sírovou, H_2SO_4, kterou najdeme například v akumulátorech automobilů. Jejich strukturní vzorce vypadají takto:

Vlevo chemická struktura methanu, vpravo kyseliny sírové

Ani molekula methanu, ani molekula kyseliny sírové ve skutečnosti nevypadá úplně přesně jako na obrázku. Atomy nejsou v rovině, jsou nějakým způsobem uspořádány v prostoru. Pro základní přiblížení stavby molekuly je ale uvedený vzorec dostačující. Ve skutečnosti molekula methanu vypadá jako čtyřstěn a kyselina sírová ještě složitěji.

Vlevo prostorová struktura methanu,

vpravo kyseliny sírové

STRUKTURNÍ VZORCE

U methanu a kyseliny sírové bychom si vystačili s jednoduchým sumárním vzorcem, ale uvádím je zde jako jednoduchý přechod ke složitějším strukturním vzorcům. Existují sloučeniny (zejména organické), kde si s jednoduchými sumárními vzorci nevystačíme. Vzorec C_3H6O může označovat aceton, propanal, 1,2-propylenoxid nebo 1,3-propylenoxid čili oxethan. Tady už musíme sáhnout po zápisu, který uspořádání atomů alespoň naznačí. Každou část molekuly popíšeme samostatným jednoduchým vzorcem a seřadíme je za sebe. Aceton můžeme napsat CH_3COCH_3, propanal CH_3CH_2CHO, 1,2-propylenoxid CH_3CHCH_2O a 1,3-propylenoxid (CH_2)3O. Tyto vzorce odpovídají strukturám na obrázku na následující straně.

Chemická struktura acetonu (vlevo nahoře), propanalu (vpravo nahoře) a propylenoxidu (oba vzorce dole)

Podívejme se ještě na jednu organickou molekulu, isopropylalkohol CH_3CH(OH)CH_3. Všimli jste si těch závorek? Takto můžeme označit skupinu atomů, která není součástí hlavního řetězce. Váže se na uhlík, za kterým je zapsán. CH_3CH(OH)CH_3 odpovídá následující struktuře.

Isopropylalkohol

Pro malé molekuly je tento způsob psaní vzorců přehledný. U větších molekul se složitější strukturou můžeme narazit. Jak vidíme na následujícím obrázku, znázornit chemickou strukturu kuchyňského cukru (neboli sacharosy) je nepřehledné.

Molekula sacharosy se všemi znázorněnými atomy uhlíku a vodíku

Vzorec můžeme přepsat i v jíné podobě.

Chemická struktura sacharosy

ve zjednodušeném vyjádření

Ve strukturních vzorcích někdy řetězec atomů uhlíku nahrazujeme lomenou čárou se stejně dlouhými úsečkami. Úsečka znázorňuje chemickou vazbu, lomení a všechny konce čar atomy uhlíku. I velmi tupé zalomení značí atom uhlíku. Když kreslíme složitý vzorec, dopouštíme se jistého zjednodušení, nebo přesněji řečeno transformace. Chemické sloučeniny (kromě těch nejjednodušších) jsou prostorové útvary. Pokud je zachycujeme do plochy – a lhostejno, zda to bude na displej, monitor nebo papír –, musíme je upravit na dvojrozměrné. Dopustíme se tím určitého zkreslení a může se stát, že z jednoho atomu uhlíku vycházejí dvě jednoduché vazby v přímce. V takovém případě symbol prvku uvedeme. Nepíšeme − −, ale −C−.

Atomy vodíku si pouze domýšlíme podle pravidla, že uhlík je čtyřvazný. Na každém zalomení a konci čáry je proto tolik atomů vodíku, kolik neobsazených míst zbývá. Označme počet čar (vazeb) vedoucích od jednoho atomu uhlíku jako n. Pro počet atomů vodíku na tomto konkrétním atomu uhlíku platí, že se rovná 4 – n. Methan ale označujeme vždy CH_4, nikoliv tečkou.

Teď už můžeme odpovědět na úvodní otázku kapitoly: Jaký prvek značí lomená čára? Je to uhlík!

Znázorníme-li chemickou vazbu tlustou čarou, jak to vidíme na obrázku sacharosy, znamená to, že tato vazba leží blíž než vazba znázorněná tenčí čarou. Pokud místo čáry použijeme hodně protáhlý trojúhelníček (klín, jak rovněž vidíme na obrázku sacharosy), znamená to, že tlustší konec je pozorovateli blíže než tenký, bodový na druhém konci. Je to stejné, jako když se díváte na desku a vnímáte perspektivu. Nejtlustší se jeví nejbližší strana, boční strany ubíhají dozadu a ze zadní vidíme jen hranu. Ve vzorci ji naznačuje obyčejná tenká čárka.

Takto vypadá zjednodušená chemická struktura již zmíněných chemických sloučenin acetonu, propanalu, 1,2-propylenoxidu a 1,3-propylenoxidu, vyjádřená pomocí lomených čar.

Zjednodušená chemická struktura acetonu, propanalu a 1,2-propylenoxidu a 1,3-propylenoxidu

NÁSOBNÁ VAZBA

Vazby mezi atomy uhlíku v organických sloučeninách jsou trojího typu: jednoduchá, dvojná a trojná. Jednoduchou vazbu značíme jednoduchou čárou, dvojnou dvojitou a trojnou trojitou, jak vidíme na následujícím obrázku. Najdeme na něm porovnání vzorců jednoduchých uhlovodíků ethanu, ethenu a ethinu se všemi uhlíky, zachycené pomocí lomených čar a v prostorovém vyjádření zleva doprava.

Strukturní vzorce uhlovodíků ethanu, ethenu a ethinu

A takto prostě vypadá ethan, ethen a ethin ve zjednodušené podobě pomocí čar. Nutno podotknout, že u takto jednoduchých sloučenin vyjádření pomocí čar nepoužíváme. Zde slouží pouze k usnadnění pochopení principu.

Zjednodušeně strukturní vzorce uhlovodíků ethanu, ethenu a ethinu

Pomocí prostorových modelů vypadají jednoduché uhlovodíky takto:

Tvar molekul ethanu, ethenu, ethinu (zleva doprava)

Jednoduchou vazbu vytvářejí dva elektrony ze dvou atomů uhlíku, dvojnou dvakrát dva elektrony z každého zúčastněného atomu uhlíku a trojnou třikrát dva elektrony. Dvojná vazba je o něco pevnější než jednoduchá, ale ne dvakrát pevnější. Obdobně to platí i o vazbě trojné.

Styk různých násobných vazeb navzájem anebo s jednoduchou vazbou rovněž znamená atom uhlíku. Toto −= je správný zápis ve významu −C=. Ale pozor, vycházejí-li dvě dvojné vazby z jednoho atomu uhlíku, což je možné, musíme to zapsat =C=. Jak ale odlišíme, když z jednoho atomu uhlíku vychází jedna dvojná a dvě jednoduché vazby? Jednoduše. Napíšeme =C< nebo >C=.

A jak zapíšeme, když z jednoho atomu uhlíku vychází jedna dvojná a jedna trojná vazba? Pozor, tohle byl chyták, to nejde – uhlík je čtyřvazný. Taková sloučenina neexistuje!

TRIVIÁLNÍ POJMENOVÁNÍ

V této knize budeme pro sloučeniny používat názvy zvané triviální. Není to zcela v souladu se striktními názvoslovnými pravidly, protože úplně každá chemická sloučenina má přesné pojmenování, z něhož odvodíme její strukturu. Ani chemici mezi sebou ale nepoužívají přesná systematická pojmenování. Běžně uslyšíte historicky vzniklá triviální pojmenování. I my si s nimi vystačíme a doplníme je chemickými vzorci, aby bylo jasné, jak která sloučenina vypadá. U složitějších sloučenin, s nimiž budeme pracovat, je to jednodušší. Posuďte sami. Sloučenina triviálně zvaná serin je systematicky 2-amino-3-hydroxypropanová kyselina. Když na stránce napíšu několikrát po sobě 2-amino-3-hydroxypropanová kyselina, budete přemýšlet a dohledávat, jestli mluvím o téže sloučenině. To se u pojmenování serin nestane. A to jsem ještě zvolil snadný příklad.

S rostoucí velikostí molekuly přestávají jednoduché vzorce i s popsanými zjednodušeními stačit. Proto se složité veliké molekuly malují pomocí čar a proužků, jak vidíme na následujícím obrázku. Nesnažíme se zachytit každý atom, ale znázornit jen povšechný tvar molekuly. Na obrázku vidíme molekulu bílkoviny hemoglobin jakoby mnohonásobně zvětšenou.

Hemoglobin

Neexistuje žádné zařízení, které by nám umožnilo zvětšit i velkou molekulu tak, abychom ji viděli podobně jako na předchozí kresbě. Podobné obrázky získáme složitými výpočty z pozorovaných interferencí rentgenových paprsků na krystalech zkoumané sloučeniny.

Dosti o názvosloví

a pojďme dál k opravdové chemii.

2. CHEMICKÉ

REAKCE OBĚDA

Naši potravu zchemického hlediska tvoří tři základní složky. Jde oskupiny podobných sloučenin, které označujeme jako bílkoviny, sacharidy atuky. Postupně si onich povíme více. Jen vzácně na ně ale vkuchyni (svýjimkou tuků) – aještě vzácněji vpřírodě – narazíme včisté podobě. Zpravidla se vyskytují ve strukturovaných směsích tvořených všemi třemi složkami vrůzných poměrech. Nejprve se soustředíme na sacharidy abílkoviny, protože mezi nimi probíhá klíčová reakce veškeré gastronomie – Maillardova reakce. Vdalší části knihy přijdou na řadu tuky adalší doplnění tohoto tématu.

VOLSKÉ OKO NA PÁNVI

Když rozklepneme vejce na vyhřátouvymaštěnoupánev, lehce zasyčí azačne se pomalu opékat. Nejdříve pozorujeme, jak se po dnu pánve rozteče vrstva viskózního, lehce nažloutlého bílku. Na něm sedí půlkulatý, ostře žlutý žloutek.Nažloutlá vrstva pomalu tuhne astává se čistě bílou achutnější než za syrova. Proces, který pozorujeme, se nazývá tepelná denaturace bílkovin.

Molekula bílkoviny ovoalbuminu

Vlastnosti bílku určují bílkoviny, přestože bílek skoro z90 % tvořívoda. Dále vněm nacházíme stopy sacharidů aanorganických sloučenin. Vbílku, který vejce mechanicky chrání, nacházíme ve větším množství přes deset různých bílkovin, vmalém množství desítky. Přes polovinu tvoříovoalbumin (setkáme se iskratší verzí ovalbumin). Všechny bílkoviny bílku mají společnou dobrou rozpustnost ve vodě, takže vytvoří onen známý lepivý avazký roztok.

Bílek je jednou zmála potravin, kterou tvoří pouze bílkoviny, bez přítomnosti sacharidů atuků. Další významně zastoupenou bílkovinou ve vaječném bílku je ovotransferin, kterého tam najdeme kolem 12%. Jak vypadá, vidíme na obrázku vpravo dole. Někdy se též setkáme spojmenováním konalbumin. Jedná se ostejnou sloučeninu.

Struktura bílkoviny ovotransferinu

Při zahřívání se původní uspořádaná struktura bílkovin narušuje avzniká neuspořádané proteinové klubko. Tento proces nazýváme denaturace. Protein je jiné, rovnocenné pojmenování pro bílkovinu. Denaturace může být doprovázena nebo následována koagulací, opětovným propojením uvolněných molekul bílkovin. Do kontaktu se mohou dostat části molekuly, které byly předtím uzavřeny uvnitř uspořádané molekuly bílkoviny, takže knim nemohlo nic proniknout. Koagulace propojuje bílkoviny náhodně, struktura se tedy zpevní, ale uspořádaná nebude. Denaturaci akoagulaci schematicky znázorňuje obrázek vpravo.

Probíhající tepelná denaturace akoagulace bílku způsobuje zbělení, ztuhnutí alepší chuť istravitelnost. Ovotransferin denaturuje při 62°C, zatímco ovoalbuminaž při 80°C. Tento teplotní rozdíl odlišuje vejce připravené naměkko anatvrdo. Při zahřívání na nižší teplotu (nebo kratší dobu) zdenaturuje jen ovotransferin, takže tepelně upravený bílek je měkčí. Při zahřívání na vyšší teplotu (nebo delší dobu) zdenaturuje iovoalbumin abílek je tužší.

Vlevo je znázorněna původní struktura bílkoviny. Čáry představují jednotlivé molekuly. Uprostřed je bílkovina denaturovaná avpravo po koagulaci

Ať už připravujeme vejce na pánvi jako volské oko, omeletu anebo míchaná, vaříme je ve skořápce ve vodě natvrdo, naměkko či na hniličku, nebo je tepelně upravujeme jakkoliv jinak, bílkoviny vbílku vždy podlehnou téže tepelné denaturaci anásledné koagulaci. Při zahřívání celého vejce ve skořápce vmikrovlnné troubě si musíme dát pozor. Itam bílkoviny bílku denaturují, avšak zahřívaná voda se rychle přeměňuje na páru, která nemá kam utíkat. Během krátké chvilky vejce vmikrovlnce exploduje. Experimentálně jsem to prověřoval aje to pravda. Kvýbuchu dojde krátce poté, co se na povrchu skořápky začnou objevovat bublinky vody. Rozhodně nedělejte tento pokus bez ochrany, zejména očí! Není nic příjemného, když vám kus přehřátého vejce přistane kdekoliv na holé kůži, natož voku! Kvýbuchu vejce může dojít ibezprostředně po ukončení zahřívání aotevření mikrovlnky.

Při explozi vmikrovlnce získáme stejně tepelně denaturovaný astravitelný bílek jako při jakémkoliv jiném zahřívání, avšak síla výbuchu ho velmi dobře promíchá se žloutkem, což by tolik nevadilo. Dokonale ho homogenizuje isrozdrcenou skořápkou apokryje touto směsí celý vnitřek trouby. Výsledná směs chroupe mezi zuby, jíst se nedá auklízet také ne. Rozhodně pro tepelnou přípravu vajíček vmikrovlnce doporučuji nejrůznější komerční udělátka, která tlumí přehřívání vajec ponořením do vody.

Bílkoviny apeptidy

Jak název napovídá, bílek tvoří bílkoviny, ale co to ty bílkoviny jsou? Bílkoviny jsou dlouhé polymerní molekuly, které se skládají zjednotlivých nevelkých molekul zvaných aminokyseliny.Polymer je dlouhá molekula, jež tvoří za sebou seřazené shodné nebo alespoň podobné úseky. Pro kratší proteinové (bílkovinné) řetězce – tak asi do padesáti aminokyselin – se používá pojmenování peptidy. Bílkoviny jsou jedna ze tří základních složek potravy. Ty dvě zbývající jsou sacharidy atuky, ke kterým se dostaneme vdalších kapitolách.

Aminokyseliny

Aminokyseliny jsou organické sloučeniny, které obsahují vjedné molekule dvě funkční skupiny,aminoskupinu −NH_2 akarboxylovou skupinu −COOH. Mohou tam být idalší chemické skupiny, ale ty dvě zmíněné nesmějí chybět. Teoreticky může být aminokyselin obrovské množství. Vpřírodě se jich vyskytuje asi 500, ale jen dvacet znich ve větším množství.

Ztěchto dvaceti aminokyselin vznikají všechny molekuly bílkovin vživých organismech, jen občas se knim připojí nějaká další. Jde onevelké molekuly – nejtěžší znich, tryptofan, je zhruba jedenáctkrát hmotnější než molekula vody. Jejich struktury se od sebe zásadně liší, takže ikombinací dvaceti různých prvků vrůzném pořadí získáme velké množství nejrůznějších proteinů, často svelmi podivnými vlastnostmi. Oněch dvacet bílkoviny vytvářejících aminokyselin dělíme do několika skupin podle chemické struktury. Podívejme se nyní, jak jejich molekuly vypadají. Na obrázku vidíme chemické struktury sedmi aminokyselin, které mají vmolekule nepolární řetězec. To znamená, že kromě karboxylové skupiny aaminoskupiny vjejich molekule najdeme už jen uhlovodíkový zbytek, tedy část tvořenou pouze atomy uhlíku avodíku.

Chemická struktura sedmi nepolárních aminokyselin vytvářejících bílkoviny

Strukturu bílkovin někdy zapisujeme pomocí třípísmenných zkratek, které vidíte na obrázku vzávorkách za jménem aminokyseliny. Ktomu se ještě zakrátko dostaneme. Uisoleucinu zkratku Ile tvoří písmena velké měkké I, malé l ae.

Druhou skupinu zbílkoviny vytvářejících aminokyselin tvoří osm aminokyselin, ve kterých (mimo karboxylovou skupinu nebo aminoskupinu) nacházíme atomy dusíku, síry nebo kyslíku.

Chemická struktura osmi bílkoviny vytvářejících aminokyselin satomy dusíku,

síry nebo kyslíku (mimo karboxylovou skupinu nebo aminoskupinu)

Další skupinu tří aminokyselin, jež vytvářejí bílkoviny, tvoří ty, které mají vmolekule další aminoskupinu. Podotýkám, že i–NH– je aminoskupina.

Chemická struktura aminokyselin svíce aminoskupinami

Chemická struktura asparagové aglutamové kyseliny

Chemická struktura neběžných aminokyselin selenocysteinu,

sarkosinu ahydroxyprolinu

Třípísmenné zkratky

Peptidová vazba

Struktura bílkovin

Vodíková vazba

Denaturace struktury

Význam bílkovin

Škodlivé bílkoviny

Žloutek

Há dva es smrdí jako pes

Skořápka

Jak uvařit vejce?

Exaktní řešení vaření vajec

Černá vejce

CUKR VTEPLE

Sacharosa

Prášek barvy bílé

Bostonská melasová tragedie

Sacharidy

Glukosa afruktosa

Necyklické a cyklické sacharidy

Zpět ke karamelizaci

Škrob

hlíza

Celulosa

Pektin

Viskozita aomáčky

KONEČNĚ POŘÁDNÝ KUS MASA

Co se děje při zahřívání masa?

Maillardova reakce

N-konec aC-konec

Redukující sacharidy

Počátek Maillardovy reakce

Střední část Maillardovy reakce

Závěrečná fáze Maillardovy reakce

Může Maillardova reakce škodit?

Mechanismus Maillardovy reakce

Ovlivnění rozsahu Maillardovy reakce

Chce to čas

Oxid siřičitý proti Maillardovi

Streckerova degradace

Hydrolýza

Želatina

Maggi, triumf potravinářské chemie

Table of Contents

ORIENTÁLNÍ ÚVOD ANEB KUCHYŇ JE LABORATOŘ

1. JAKÝ PRVEK JE LOMENÁ ČÁRA?

PRVKY

SLOUČENINY

CHEMICKÉ VZORCE

STRUKTURNÍ VZORCE

NÁSOBNÁ VAZBA

TRIVIÁLNÍ POJMENOVÁNÍ

2. CHEMICKÉ REAKCE OBĚDA

VOLSKÉ OKO NA PÁNVI

CUKR V TEPLE

KONEČNĚ POŘÁDNÝ KUS MASA