烧烤，是大自然对人类的馈赠。化学反应，才是让这顿烧烤完美的功臣。
撰文 | 李存璞
人类祖先告别茹毛饮血的那一晚，一定因为一道意外的闪电。闪电击中松林茂密的松针，燃起熊熊火焰。树下一头稍显肥硕的羚羊来不及跑远，便被大火困住，而它与火焰的距离刚刚好——距离火焰再多一点就会爆炸，再近一点就被融化……在大火褪去却尚留一些余温之时，祖先捡起外酥里内嫩的羊腿一口下去，口腔中爆发出质感与鲜香定格在美好的瞬间，从此决定在基因编入为烧烤而疯狂的赞叹。
即使到现代社会，人们的饮食早已丰富多彩到超出了我们自己的想象，烧烤依然是商务宴请、朋友小聚、亲戚吹牛、情侣约会和重要选择。烧烤是如此令人痴迷，乃至在2023年引发了一场前往山东的人类迁徙行为。小火盆、小卷饼很特别，但对于烧烤的本体而言，更加令人沉迷的一定是被烹制的肉类本身。
什么是一串完美的烧烤？略显金黄的焦香表皮，丰富多汁的内部肉质纤维，充满香气与油脂的味道……那是一场美妙的化学反应盛宴，由蛋白质、脂肪、木炭和调料共同演绎出的热量、口感与味道的集大成。那么如何获得一串口味完美的烤肉，这虽然可能是个烹饪问题，也可能是个营销问题，但更本质一点点，应该是个化学问题。
Now, let’s cook（现在，让我们开始烹饪）。
缘起：梅拉德反应，风味与口感的开端
但凡讲点化学与烹饪，则言必称梅拉德。尽管稍微有点陈词滥调，但对于啥是梅拉德反应，学术界确实也尚未完全弄明白。梅拉德反应得名于法国物理学家与化学家Louis-Camille Maillard（1878-1936）。Maillard在1912年发表的文章讨论了在140℃-165℃之间肉类表面产生棕色色素的相关现象[1]。虽然Maillard占据了命名权，但梅拉德反应的化学反应机理最早由美国化学家 John Edward Hodge（1914-1996）在1953年提出[2]。这篇名为“Dehydrated Foods, Chemistry of Browning Reactions in Model Systems（食物脱水，模型系统中的褐变反应化学）”的文章后来被SCI评选为了经典引用论文（Citation Classic）。Hodge阐释了基于糖与氨基酸等物质经过一系列反应，最终转化为类黑素（或者梅拉德体）的过程。
类黑素是一系列含有氮的聚合物，其本身具有焦香的味道与口感，而类黑素在持续的加热中会裂解，产生数以百计具有不同香味的小分子物质，这些或含有氮元素、或含有芳环的物质将成为烧烤味道中最为诱人的组分。
即使我们无意在本文深究其中的化学转化细节，也可以敏锐地从图1所示转化路线中感受到，温度、脱水的速度、pH值、糖的种类等是调控梅拉德反应路径与进行程度的关键。
图1 Hodge建议的梅拉德反应机理 图片来源：参考文献[3]
梅拉德反应种类十分丰富，互为竞争关系，因此对应于烧烤的实践流程需要温度的控制，由此调控梅拉德反应的进行路径，进而获得不同的类黑素和后续的烧烤风味。温度不能过高，过高会造成表面碳化（没人有想吃变成无机物的肉串吧）；温度也不能过低，过低会导致梅拉德反应进行不顺利，风味不佳[4]。脱水反应也影响着最终的类黑素物质，而对脱水的控制，一方面可以用温度来调控，也可以通过刷油来阻止水分快速流失，获得不一样的口感。刷到肉串上的除了油脂，往往还有不同的调味料，这些调料会改变肉串表面的pH值，进而影响到梅拉德产物的化学组成，控制最后的肉串味道细节。
在某些地区的特色烧烤中，烧烤师傅会在肉串上撒糖。新鲜的肉类当然是大自然最好的馈赠，但额外的糖类的撒入，可以控制梅拉德反应的走向，并且糖类本身的焦糖化转化（红烧肉中的炒糖色）也能带来一些额外的风味，是不少烧烤摊主不自觉的化学知识运用。
图2 完美的烧烤，焦香的表皮以及丰富多汁的内部肉质纤维 图片来源：《人生一串》第三季）
缘续：传热与保水，齿间那一刹的温暖
梅拉德反应给了肉类初始的风味，然而这还远远不够成就一串完美的烤肉。事实上，尽管焦香的肉串表皮使得烧烤在入口的一瞬间迸发出十足的风味，但真正牙齿咀嚼的一刹那，才是人们热量摄入的开端。
图3 加热对蛋白质组装结构粒径的影响。a、模拟的生肉；b、100℃加热10min后；c、100℃加热30min后。图片来源：参考文献[5]
鲜嫩多汁，是对内部肉质纤维的最高评价。如果说肉串表面的梅拉德反应是小分子水平下的化学变化，那么肉串内部口感的形成更多依靠的是蛋白质三维结构的改变以及水分的保持。当肉串内部蛋白质被加热时，原有组装有序的蛋白质纤维结构会被破坏——即所谓的蛋白质变性——从而让原本紧实的蛋白质变得柔软细腻，同时释放出被锁住的水分子，形成肉汁。从图3所示的蛋白质组装结构变化可以看到[5]，随着蛋白质被加热，大尺寸的聚集体逐渐被解开，所占比例逐渐降低，最终形成尺寸较小蛋白质组装体系——从而获得了更易咀嚼的蛋白质口感。
当然蛋白质的变性不能太过。如图4所示，蛋白质组装前是没有具体指向性的松散结构（a），组装好之后则十分紧实（b），组装结构被部分破坏后则变得略显松散（c）。对应于肉串的口感，不怎么烤熟的（b）口感偏硬，嚼不动；（c）烤的恰恰好，有纤维的嚼劲又松软多汁；（a）则多发生在炖肉时，就是所谓的炖太烂，以至于入口即化——这不是烤肉需要的口感。
图4 蛋白质的组装与变性。a、未组装；b、组装紧实（生肉）；c、组装被部分破坏（熟肉）图片来源：参考文献[5]
烤者当然可以精妙地实现内部肉质的口感控制。先快速的让肉串表面形成梅拉德反应的类黑素聚合物层，再慢慢加热让内部蛋白质变性、产生肉汁。类黑素既然是聚合物，自然可以有效的防止内部肉汁的水分流失，避免内部肉质便柴。而始终多汁的肉串，其水含量高，水比热大，可以有效避免局部肉蛋白过度变性，保证了肉串的极致口感。在这一过程中，火力的控制至关重要，但烤者也要一心多用——因为内部肉质产生汁水的时候，也正是烤串调味的关键。
还自在：烧烤与健康，掌控火构造的芳香
从化学的角度而言，烧烤会产生许多含氮的有机物，或者芳香化合物。它们是烧烤风味的重点，但这些物质往往又与致癌相连，毕竟二恶英、焦油可能正浮现于肉串表面。更何况为了增加风味，许多特色烧烤使用炭火/果木树枝烹制，这些天然植物本身携带的香料或有机物，燃烧时自然挥发至肉类表面，或直接物理吸附提供味道，或参与化学反应赋予芬芳，让肉串变得更加特别的同时，也带来了新的健康风险。
图5 烧烤会产生许多含氮的有机物，可能也是致癌物质 图片来源：网络
从科学方面的报道来看，2002年在Nature的一篇论文率先提出至少丙烯酰胺（Acrylamide）会在梅拉德反应——或者在烧烤中出现[6]。丙烯酰胺是著名的潜在致癌物质，因此烧烤吃多了确实有可能增加一定的致癌风险。但换个角度而言，抛开计量谈毒性本身就很无厘头，偶尔一顿小烧烤摄入的毒素可能远小于一根二手烟。
在我妈看来，烧烤是沾着碳灰的影响健康的毒药；在我看来，烧烤则是带着芬芳的治愈郁闷与焦虑的解药。当然，尽管没有什么是一场烧烤不能解决的，但听妈妈的话，别让她受伤，似乎更为重要。
参考文献
[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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