تغییر میوزین در ۵۵ درجه سانتی‌گراد: چگونه دما با تغییر ساختار پروتئین‌های عضله، میزان پخت گوشت را تعیین می‌کند

در ۲۴ فوریه ۲۰۱۷، شرکت تولیدکننده دماسنج‌های آشپزی ThermoWorks، تحلیل فنی دقیقی از نحوه تاثیر حرارت بر فیبرهای عضلانی منتشر کرد؛ گزارشی که مسیر گفتگو درباره میزان پخت گوشت را از رنگ‌های سلیقه‌ای به شیمی عینی پروتئین‌ها تغییر داد. این راهنما همان چیزی را مدون کرد که علاقه‌مندان به پخت‌وپز دقیق به تازگی در حال کشف آن بودند: تفاوت بین یک استیک لطیف و آبدار با یک تکه گوشت خشک و سفت، به زمان‌بندی ربطی ندارد، بلکه به رسیدن به نقاط دقیق حرارتی وابسته است. وقتی یک برش گوشت گاو با سطح داغ تابه برخورد می‌کند، حرارت مجموعه‌ای از فروپاشی‌های ساختاری پی‌درپی را در درون بافت عضله آغاز می‌کند.[1]

گوشت خام در واقع اسفنجی است که از آب و پروتئین ساخته شده. دو پروتئین اصلی که مسئول انقباض عضلات و در نتیجه بافت گوشتی هستند که ما می‌خوریم، میوزین و اکتین نام دارند. این پروتئین‌ها در حالت خام خود، به شکل مارپیچ‌هایی در هم تنیده هستند. وقتی حرارت به درون بافت نفوذ می‌کند، انرژی جنبشی این مارپیچ‌ها را مجبور می‌کند تا از هم باز شده و به یکدیگر متصل شوند؛ فرآیندی که به عنوان تغییر ساختار (دنِچوراسیون) شناخته می‌شود. دمای دقیقی که این اتفاق در آن رخ می‌دهد، بافت نهایی غذای شما را تعیین می‌کند.[1][2]

اولین دگرگونی بزرگ زمانی رخ می‌دهد که دمای داخلی گوشت به ۱۲۰ تا ۱۳۰ درجه فارنهایت (۴۹ تا ۵۴ درجه سانتی‌گراد) می‌رسد. در این مرز، رشته‌های ضخیم میوزین شروع به تغییر ساختار می‌کنند. گزارش سال ۲۰۱۷ ThermoWorks اشاره می‌کند: «میوزین در حدود دمای ۱۰۴ درجه فارنهایت (۴۰ درجه سانتی‌گراد) شروع به تغییر ساختار می‌کند و تغییر چشمگیر آن در ۱۲۲ درجه فارنهایت (۵۰ درجه سانتی‌گراد) اتفاق می‌افتد.» با باز شدن میوزین، این پروتئین منعقد می‌شود و رنگ گوشت را از حالت نیمه‌شفاف به کدر تغییر می‌دهد؛ اتفاقی که به گوشت ساختاری منسجم و قابل جویدن می‌بخشد، در حالی که هنوز بخش اعظم رطوبت خود را حفظ کرده است.[1]

این نقطه ۵۵ درجه سانتی‌گراد (۱۳۱ درجه فارنهایت)، همان نقطه طلایی بیولوژیکی است که غذاخوردن در رستوران‌ها آن را به عنوان یک پخت مدیوم-رِیر بی‌نقص می‌شناسند. میوزین کاملاً تغییر شکل داده و بافت مناسب برای جویدن را فراهم کرده است، اما پروتئین‌های ثانویه دست‌نخورده باقی مانده‌اند. مقاله‌ای مروری در نشریه Foods که به بررسی پخت سُو-وید (sous-vide) پرداخته، تایید می‌کند که نگه داشتن گوشت در این دمای دقیق، با اجازه دادن به ادامه روند ترد شدن آنزیمی بدون ایجاد افت شدید رطوبت ناشی از حرارت بالا، لطافت گوشت را به حداکثر می‌رساند.[3]

به محض اینکه دما از ۱۵۰ درجه فارنهایت (۶۵ درجه سانتی‌گراد) فراتر می‌رود، کیفیت بافت به سرعت افت می‌کند. در این نقطه، پروتئین‌های نازک‌تر اکتین شروع به تغییر ساختار می‌کنند. برخلاف میوزین که به آرامی منعقد می‌شود، اکتین در برابر حرارت به شدت منقبض می‌شود. این انقباض مانند یک گیره روی فیبرهای عضلانی عمل کرده و آبی را که درون بافت به دام افتاده است، با فشار بیرون می‌کشد.[1][5]

پژوهشگرانی که در نشریه Foods می‌نویسند، هنگام اندازه‌گیری میزان انقباض گوشت گاو پخته شده، دقیقاً همین پدیده را ثبت کردند. آن‌ها دریافتند که با عبور دما از ۶۰ درجه سانتی‌گراد، افت وزن ناشی از پخت به دلیل انقباض عرضی فیبرهای عضلانی به شدت شتاب می‌گیرد. گوشت به طور محسوسی سفت‌تر و خشک‌تر می‌شود و از حالت مدیوم به وِل-دان (کاملاً پخته) تغییر می‌کند. آب گوشتی که در تابه جمع می‌شود، نتیجه مستقیم فروپاشی پروتئین‌های اکتین و بیرون راندن محتوای آب آن‌هاست.[5]

گوشت طیور نیز سفر حرارتی مشابهی را تجربه می‌کند، هرچند با کمی تفاوت در دماها. مطالعه‌ای در نشریه Poultry Science که به تحلیل گوشت سینه مرغ گوشتی پرداخته، نشان داد که دمای بالای پخت، پروفایل پروتئینی و ظرفیت نگهداری آب در بافت را به طور قابل‌توجهی تغییر می‌دهد. از آنجا که گوشت طیور فاقد چربی محافظ درون‌عضلانی موجود در گوشت گاو باکیفیت است، از دست رفتن رطوبت ناشی از تغییر ساختار اکتین در دماهای بالاتر، به بافتی به شدت خشک منجر می‌شود.[4]

مکانیک ساختاری این پروتئین‌ها همچنین نحوه شکل‌گیری گوشت‌های فرآوری‌شده را دیکته می‌کند. پژوهشی که در نشریه Japan Agricultural Research Quarterly منتشر شده، بر عملکرد پروتئین‌های عضله در مکانیسم ژله‌ای شدن محصولات گوشتی ساختاریافته تاکید می‌کند. دانشمندان صنایع غذایی با استخراج میوزین به کمک نمک و اعمال حرارت کنترل‌شده، می‌توانند یک شبکه پروتئینی پایدار ایجاد کنند؛ و دقیقاً به همین دلیل است که سوسیس‌ها و کالباس‌ها شکل خود را حفظ می‌کنند.[6]

برای آشپزهای خانگی، درک این توالی (باز شدن میوزین در ۵۰ درجه و انقباض اکتین در ۶۵ درجه سانتی‌گراد) واقعیت حرارتی را جایگزین حدس و گمان می‌کند. حاشیه خطای بین یک کباب لطیف و یک کباب خشک، دقیقاً ۱۵ درجه سانتی‌گراد است. با استفاده از ابزارهای دقیقی مانند دستگاه‌های سُو-وید یا دماسنج‌های فوری، آشپزها می‌توانند دمای داخلی گوشت را دقیقاً در پنجره تغییر ساختار میوزین نگه دارند و مطمئن شوند که اکتین دست‌نخورده باقی می‌ماند.[1][7]

متغیر باقی‌مانده کلاژن است؛ بافت همبندی که فیبرهای عضلانی را در بر می‌گیرد. بر اساس مدخل پردازش گوشت در دایره‌المعارف بریتانیکا، برش‌های سفت گوشت که سرشار از کلاژن هستند، برای ذوب شدن بافت همبند و تبدیل آن به ژلاتین، به قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض دمای بالای ۱۶۰ درجه فارنهایت (۷۱ درجه سانتی‌گراد) نیاز دارند. این امر یک پارادوکس آشپزی ایجاد می‌کند: حرارت لازم برای ذوب کلاژن، نابودی اکتین را تضمین می‌کند. به همین دلیل است که گوشت‌های خورشتی از نظر فنی کاملاً پخته (وِل-دان) هستند و برای ایجاد حس آبدار بودن در دهان، به جای آب درون‌بافتی، به ژلاتین ذوب‌شده متکی‌اند.[2]

کاربرد این شیمی پروتئین فراتر از آشپزخانه رفته و به تولید تجاری مواد غذایی نیز کشیده می‌شود. با نقشه‌برداری از مرزهای دقیق حرارتی میوزین و اکتین، صنعت می‌تواند بازده پخت را بهینه کرده و کاهش وزن ناشی از تبخیر آب در طول فرآوری را به حداقل برساند. تغییر در ۵۵ درجه سانتی‌گراد همچنان به عنوان خط مرزی حیاتی باقی می‌ماند و محدودیت‌های فیزیکی میزان حرارتی را که یک فیبر عضلانی می‌تواند پیش از تسلیم کردن ساختار خود جذب کند، تعریف می‌کند.[3][5]