Aminokwasy: niezbędne cegiełki życia

Aminokwasy to związki organiczne, które łączą się, tworząc białka, niezbędne do funkcjonowania i budowy żywych komórek. Dzielą się na niezbędne, które trzeba uzyskać z diety, i endogenne, które ciało potrafi zsyntetyzować. Ich znaczenie w gastronomii sięga od żywienia po innowację kulinarną i odgrywa istotną rolę w kształtowaniu smaków i tekstur żywności.

Czym są i skąd się biorą

Chemicznie aminokwas to cząsteczka organiczna z grupą aminową (-NH₂) i grupą karboksylową (-COOH) przyłączonymi do centralnego węgla, węgla alfa, razem z atomem wodoru i łańcuchem bocznym („R”) właściwym każdemu aminokwasowi: to ten łańcuch nadaje mu tożsamość i zachowanie chemiczne.

Natura używa krótkiego alfabetu, żeby zapisać wszystkie białka planety: 20 aminokwasów „standardowych” jest zakodowanych w genomie ogromnej większości organizmów, plus dwa przypadki wyjątkowe — selenocysteina i pirolizyna — co podnosi liczbę do 22 aminokwasów proteinogennych. Prawie wszystkie dzielą tę samą orientację przestrzenną (chiralność L, „L-alfa-aminokwasy”); jedynym wyjątkiem jest glicyna, która nie ma węgla asymetrycznego i dlatego nie ma tej aktywności optycznej.

Jako pierwsza została wyizolowana asparagina, w 1806 roku, gdy francuscy chemicy Louis-Nicolas Vauquelin i Pierre Jean Robiquet wyciągnęli ją ze szparaga — stąd jej nazwa. Ostatnim aminokwasem standardowym, który opisano, była treonina, w 1935 roku. Między tymi datami odkrycie kwasu glutaminowego — w 1866 roku, przez niemieckiego chemika Karla Heinricha Ritthausena, przy traktowaniu glutenu pszennego kwasem siarkowym — położyło, choć nikt jeszcze o tym nie wiedział, podwaliny najbardziej dyskutowanego smaku kuchni XX wieku: umami.

Nauka: jak się łączą i co wywołują w gotowaniu

Dwa lub więcej aminokwasów łączy się wiązaniem peptydowym: reakcją kondensacji, w której grupa aminowa jednego reaguje z grupą karboksylową drugiego, uwalnia się cząsteczka wody i zostaje wiązanie amidowe. Spięte tysiącami, te wiązania budują białko.

Ta sama chemia tła — dostępna grupa aminowa — tłumaczy dwa zjawiska, które każda profesjonalna kuchnia rozpoznaje na co dzień, choć rzadko opatruje je etykietą „biochemia”: umami i reakcję Maillarda.

Reakcja Maillarda zawsze potrzebuje dwóch składników: cukru redukującego (aldozy lub ketozy) i wolnej grupy aminowej pochodzącej z aminokwasu albo z białka. Największą szybkość osiąga przy pH 10 — w środowisku zasadowym — choć niska energia aktywacji sprawia, że postępuje także, wolniej, w niskich temperaturach. Grzanka, pieczone mięso, ciastka, kawa, piwo, karmel, szklista cebula i dulce de leche to cytowane przykłady tego samego mechanizmu.

Umami idzie inną drogą: kwas glutaminowy, w wolnej postaci glutaminianu, jest jednym z metabolicznie najaktywniejszych aminokwasów ludzkiego ciała — żołądek, jelito, trzustka i śledziona zużywają blisko 95 % glutaminianu, który przychodzi z dietą, zanim dotrze do innych narządów. Jego forma solna, glutaminian sodu, służy jako wzmacniacz smaku z kodem dodatku E-621.

Znaczenie żywieniowe i gastronomiczne

Żywienie: aminokwasy są podstawą żywienia człowieka, biorą udział we wzroście, naprawie tkanek oraz wytwarzaniu enzymów i hormonów. Ich obecność w diecie jest kluczowa dla utrzymania zdrowia i dobrego samopoczucia.

Gastronomia molekularna: w kuchni współczesnej, zwłaszcza w gastronomii molekularnej, aminokwasy mają wyraźną rolę. Pozwalają szefom kuchni badać nowe tekstury i smaki, takie jak umami, i podnoszą doświadczenie kulinarne.

Łączenie smaków: wiedza o aminokwasach może pomóc szefom kuchni tworzyć złożone i zrównoważone zestawienia smaków, wzmacniając profil smakowy dań.

W kuchni

Umami jest, z dużą przewagą, najszerzej znaną bramą aminokwasów do kuchni profesjonalnej: występuje naturalnie w rybach, owocach morza, dojrzewającym mięsie, grzybach jadalnych, warzywach takich jak pomidor, kapusta pekińska czy szpinak, w zielonej herbacie oraz w produktach fermentowanych i długo dojrzewających — serach, paście krewetkowej, sosie sojowym. W wędlinach dojrzewających, fermentach i produktach długo leżakowanych ten smak tłumaczy proteoliza: proces, w którym białka się rozpadają i uwalniają wolne aminokwasy, wśród nich glutaminian.

Ta proteoliza pracuje w trzech klasycznych technikach:

1. Podbicie smaku: glutaminian wzmacnia umami w mięsach, serach i pomidorach i tłumaczy, dlaczego zredukowany bulion albo ser dojrzewający „smakuje mocniej” niż jego składniki z osobna.
2. Fermentacja: wyrób sera, jogurtu i miso zależy od tego, że mikroorganizmy rozkładają białka na wolne aminokwasy i z czasem zyskują głębię smaku.
3. Dojrzewanie i zmiękczanie: enzymy, które rozkładają białka na aminokwasy, zmiękczają mięso i jednocześnie zagęszczają jego smak — ta sama zasada, w innej skali, rządzi dojrzewaniem kozy kanaryjskiej (patrz niżej).

Jest też rozdział bezpieczeństwa żywności, który dotyczy milionów produktów „bez cukru”: fenyloketonuria (PKU), rzadka choroba, która uniemożliwia metabolizowanie aminokwasu fenyloalaniny. Kto na nią choruje, musi unikać aspartamu, który zawiera ją w wysokim stężeniu i pojawia się w gumach do żucia, słodyczach i napojach „light” — stąd ostrzeżenie na etykiecie. Szacowana zapadalność na świecie to 1 przypadek na 23.930 urodzeń, z ogromną różnicą między krajami: 1 na 4.000 we Włoszech wobec 1 na 125.000 w Japonii.

Dalej jest lista aminokwasów, niezbędnych i endogennych, które pełnią podstawowe funkcje w żywieniu i mają ciekawe zastosowania w gastronomii.

Aminokwasy niezbędne

Aminokwasy niezbędne to te, których ludzki organizm nie potrafi sam zsyntetyzować i które trzeba więc uzyskać z diety. Nie trzeba przyjmować wszystkich dziewięciu w każdym posiłku: istotne jest zrównoważenie ich wszystkich w ciągu dnia.

1. Lizyna: ważna dla wzrostu i naprawy tkanek. Występuje w mięsach, rybach, jajach i soi.
2. Metionina: bierze udział w metabolizmie i detoksykacji. Obecna w orzechach, pełnych ziarnach i produktach zwierzęcych.
3. Walina: sprzyja wzrostowi mięśni i naprawie tkanek. Występuje w żywności bogatej w białko, takiej jak mięsa i produkty mleczne.
4. Treonina: ważna dla funkcji białek i metabolizmu. Obecna w mięsach, rybach i soi.
5. Leucyna: pobudza syntezę białek mięśniowych. Obfita w produktach mlecznych, mięsie i strączkach.
6. Izoleucyna: uczestniczy w regulacji cukru we krwi i w rozwoju mięśni. Występuje w mięsach, rybach, strączkach i nasionach.
7. Fenyloalanina: prekursor neuroprzekaźników takich jak dopamina i noradrenalina. Obecna w mięsach, rybach, nabiale i niektórych orzechach.
8. Tryptofan: potrzebny do wytwarzania serotoniny. Występuje w indyku, jajach, serze i tofu.
9. Histydyna: niezbędna dla wzrostu i naprawy tkanek oraz dla wytwarzania histaminy. Jest w mięsach, rybach i produktach mlecznych.

Aminokwasy endogenne

Aminokwasy endogenne to te, które ciało potrafi zsyntetyzować samo, choć ich obecność w diecie nadal jest ważna dla optymalnego zdrowia.

1. Alanina: używana przez ciało do wytwarzania energii. Obfita w mięsach, rybach i produktach mlecznych.
2. Arginina: bierze udział w odpowiedzi immunologicznej i w gojeniu ran. Występuje w orzechach, nasionach, mięsach i strączkach.
3. Kwas asparaginowy: używany w syntezie innych aminokwasów. Obecny w roślinach i zwierzętach, zwłaszcza w ziarnach i mięsach.
4. Kwas glutaminowy: poprawia pracę mózgu i metabolizm i jest aminokwasem umami (patrz „Nauka”). Występuje w prawie całej żywności białkowej, zwłaszcza w soi i mięsach.
5. Seryna: potrzebna do tworzenia fosfolipidów i przeciwciał. Obfita w soi, orzechach, mięsach i rybach.
6. Tyrozyna: prekursor ważnych hormonów i neuroprzekaźników. Jest w produktach mlecznych, mięsach, rybach i orzechach.
7. Glutamina: kluczowa dla funkcji odporności i zdrowia jelit. Występuje w dużych ilościach w mięsach, rybach i szpinaku.

Istotne rozróżnienie: trzy aminokwasy — arginina i tyrozyna z poprzedniej listy, a także cysteina — nie są po prostu „endogenne”: uznaje się je za względnie niezbędne, bo ciało je syntetyzuje, ale nie zawsze w ilości wystarczającej, by pokryć zapotrzebowanie (na przykład we wzroście dziecka albo w niektórych chorobach).

Te aminokwasy mają bardzo różne funkcje, od rozwoju i naprawy tkanki mięśniowej po wytwarzanie enzymów i neuroprzekaźników, co czyni je podstawowymi dla zdrowia i dobrego samopoczucia, a także dla kuchni i żywienia. ( Więcej o aminokwasach endogennych tutaj )

Praktyczne wskazówki

• Równowaga żywieniowa: układając menu, bierz pod uwagę równowagę i różnorodność aminokwasów, żeby zapewnić dietę odżywczą.
• Eksperyment: próbuj różnych źródeł aminokwasów, żeby badać nowe profile smaku i tekstury w swoich daniach.
• Ciągłe kształcenie: bądź na bieżąco z badaniami i trendami kulinarnymi związanymi z aminokwasami, żeby wzbogacać swoją kuchnię i technikę.

Na Wyspach Kanaryjskich: Queso Majorero i proteoliza

Na Wyspach Kanaryjskich najsolidniejszy przykład aminokwasów „w działaniu” ma własną nazwę i własne oznaczenie: Queso Majorero, z Denominación de Origen uznaną od 16 lutego 1996, wyrabiany z mleka kozy rasy majorera w sześciu gminach Fuerteventury — i może zawierać do 15 % mleka owcy kanaryjskiej, gdy jest przeznaczony do dojrzewania. Jego zawartość białka zmienia się bardzo wyraźnie zależnie od stopnia dojrzewania, i ta zmiana jest właśnie śladem proteolizy, która z czasem uwalnia wolne aminokwasy:

Im więcej białka skupia ser, tym więcej substratu mają enzymy, żeby rozbijać je na peptydy i wolne aminokwasy podczas dojrzewania: to samo zjawisko, w skali mleczarskiej, które bada się w mięsie dojrzewającej kozy (patrz niżej).

W Hiszpanii: szynka iberyjska i długie dojrzewanie

Na Półwyspie najbardziej rozpoznawalnym przykładem „dojrzewającego mięsa” — jednej z kategorii, które w sposób naturalny dają smak umami — jest szynka iberyjska, którą dojrzewa się zwykle od 24 do 48 miesięcy, tym dłużej, im większa jest sztuka. 60 % hiszpańskiej produkcji szynki iberyjskiej należy do D. O. Jamón de Guijuelo, obok Jabugo (Huelva), Los Pedroches (Córdoba) i Dehesa de Extremadura. Nie ma opublikowanej liczby, która mierzyłaby wolne aminokwasy szynki według miesięcy dojrzewania, ale zasada ogólna — długie dojrzewanie, proteoliza, wolne aminokwasy, smak — jest ta sama, którą ilustruje Queso Majorero.

W Argentynie: dulce de leche i reakcja Maillarda

Trzecia warstwa, ta od argentyńskich korzeni Diega Schattenhofera, daje najprecyzyjniejszy z trzech przykładów. W przemysłowym wyrobie dulce de leche wodorowęglan sodu zobojętnia kwas mlekowy mleka i sprzyja reakcji Maillarda, która łączy i polimeryzuje kazeinę oraz laktoalbuminę — białka bogate w aminokwasy — z cukrami redukującymi mleka i daje charakterystyczny przypieczony kolor. Proces przechodzi przez wstępne zagęszczenie do 45-50 °Brix i końcowe stężenie 68 °Brix. Pochodzenie jest sporne: dokument argentyńskiego Museo Histórico Nacional sytuuje przypadkowy wynalazek w 1829 roku, podczas gdy historyk Víctor Ego Ducrot broni pochodzenia chilijskiego około 1817 roku, przeniesionego nad Río de la Plata przez José de San Martín. Od 1998 roku każde 11 października obchodzi się Międzynarodowy Dzień Dulce de Leche.

W Taste 1973: dojrzewanie kozy kanaryjskiej

W Taste 1973 szef kuchni Diego Schattenhofer bada — razem z ICIA i CSIC — dojrzewanie mięsa kozy kanaryjskiej. Według tego badania podczas dojrzewania „wzrasta stężenie wolnych aminokwasów” i poprawia się strawność białek, ten sam mechanizm proteolizy, który tłumaczy ewolucję Queso Majorero wraz z dojrzewaniem. Więcej można przeczytać w tekście domu Korzyści żywieniowe mięsa dojrzewającej kozy.

Wniosek

Aminokwasy są czymś więcej niż prostymi składnikami odżywczymi: są istotnym narzędziem w sztuce kulinarnej, które pozwala szefom kuchni wprowadzać nowości i doskonalić swoje dania. Zrozumienie ich roli w żywieniu i w gastronomii otwiera wachlarz możliwości badania kulinarnego, od podbijania smaków po tworzenie tekstur nietypowych i satysfakcjonujących.

Terminy powiązane

• Aminokwasy endogenne — druga połowa podziału na niezbędne i endogenne.
• Albumina — konkretne białko zbudowane z aminokwasów.
• Przeciwutleniacze — kilka aminokwasów i ich pochodnych pełni także tę funkcję.
• Kwasy tłuszczowe omega-3 — drugi wielki blok żywieniowy mięsa dojrzewającej kozy, obok białek.
• Amylaza — inna kluczowa biomolekuła kuchni naukowej, dla kontrastu: enzym wobec cegiełki strukturalnej.
• Ocena sensoryczna — jak postrzega się umami w degustacji, najbardziej bezpośredni efekt zmysłowy aminokwasu.

Źródła

• Wikipedia (es): Aminokwas
• Wikipedia (es): Aminokwas niezbędny
• MedlinePlus (Biblioteka Narodowa Medycyny USA, NIH): „Aminoácidos esenciales”
• Wikipedia (es): Białko
• Wikipedia (es): Kwas glutaminowy
• Wikipedia (es): Umami
• Wikipedia (es): Reakcja Maillarda
• Wikipedia (es): Fenyloketonuria
• Wikipedia (es): Queso majorero
• Wikipedia (es): Szynka iberyjska
• Wikipedia (es): Dulce de leche
• Wpis domu: Korzyści żywieniowe mięsa dojrzewającej kozy