一粒科学
不只是味觉问题

北美的最低点看起来像一个海滩。在死亡谷的Badwater盆地,一片耀眼的白色平原延伸到地平线上——不是沙子,而是盐,是古代水蒸发后留下的残留物,其离子被留下。盐在浓缩时变得可见。
大多数调味品都有个性的。它们带来挥发性分子、可识别的香气,并在香料架上占据一席之地。盐不同。它没有香味,没有植物学身份,没有标志性分子宣布自己是“闻起来像盐”。它只有两个裸露的离子。
好的烹饪通常要求盐做与Badwater发生的事情相反的事情。你不想把它作为一个白色的外壳单独放置,也不想把它宣布作为一个单独的存在。你想要它溶解、分布,并在背景中发挥作用:改变味觉细胞信号,抑制苦味,增强甜味和鲜味,改变蛋白质电荷,保持水分,并通过扩散缓慢向内移动。
即使在味道不咸的食物中,盐也会做这项背景工作。冰淇淋是一个令人惊讶的例子。将一些普通的香草冰淇淋分成两碗,然后将盐加入其中一碗,重量为0.15%。盲尝一下,看看你更喜欢哪一个。
如果你看专业厨师的烹饪视频,他们似乎用了很多盐。托马斯·凯勒甚至在其中一个视频中开玩笑说,每当他的厨房工作人员要求对一道菜进行反馈时,他都会说这道菜需要更多的盐。许多咸味食物在重量上味道完全调味,约为1-1.5%的盐,尽管正确的水平取决于菜肴和食客的口味。
这种做法直接与每个人都听说过的健康警告相冲突:过多的钠与高血压有关,美国饮食指南告诉成年人每天钠摄入量应保持在2300毫克以下。如果良好的调味确实需要那么多盐,那么你是否应该故意减少食物的盐分,以保持健康饮食?让我们算一算。根据美国环保署的一项研究,成年人每天平均摄入约1500克固体食物。1%是15克。盐是氯化钠,钠占盐重量的约39%。这大约是6000毫克的钠,远远高于指南。尽管家庭厨师通常只使用大约一半的盐,但这仍然大约是3000毫克。那么为什么我们都不患高血压呢?
好吧,我们中的许多人确实有高血压。但上述计算存在问题。真正的答案有一个转折:美国膳食钠的最大来源不是盐拌勺,也不是薯片。而是更普通的东西。在命名之前,我们需要分开三个问题:为什么钠的味道会很咸,为什么钠会升高血压,以及现代饮食中的钠实际上来自哪里。
钠:味道、身体和饮食
为什么钠尝起来很咸
有五种基本味道:咸味、酸味、甜味、鲜味和苦味。甜味、鲜味和苦味是代谢性的:当味道分子与味觉细胞上的专门受体蛋白结合时,就会被检测到。这种结合会触发一系列细胞内信号事件,在过程中会产生大量借来的离子流入。盐是离子性的:它带来自己的离子流量。钠离子直接穿过上皮钠通道(ENaC)。没有受体,没有中间通道,也没有级联。大脑已经进化到识别这种钠离子流入产生的神经信号的空间和时间模式作为咸味。
酸味的工作原理是一种相关的直接逻辑。酸会捐赠质子,而酸味细胞会对这些质子做出反应,而不是对具有特定身份的香气分子做出反应。这就是为什么盐和酸与草药和香料属于不同的类别:它们以小离子形式出现,改变了感知条件。
一个有趣的问题是,如果你用其他离子冲洗味蕾会发生什么?从技术上讲,氯化钠只是一种盐。从化学上讲,盐是一种由碱阳离子和酸阴离子组成的离子化合物。在元素周期表的同一列中,钾和锂是最接近的两种元素,它们的盐也尝起来很咸。钾离子比钠离子大,ENaC的狭窄选择性过滤器部分起到了分子筛的作用:它更容易导通钠数百倍,几乎对钾是不可渗透的。因此,任何对钾的味觉反应都必须通过ENaC独立的途径传播,其分子机制仍不完全理解。这些途径的选择性较低。结果并不是氯化钾缺乏咸味,而是它的咸味信号往往伴随着苦味或金属味。锂揭示了尺寸过滤器的另一面:锂离子比钠离子小,很容易通过ENaC。它们与钠的相似性使它们能够沿着一些相同的途径穿过身体,但一旦进入细胞,它们就会以不同的方式相互作用。这使得锂在药理上具有活性——而且可能是有毒的——而不是作为一种烹饪盐替代品。
你还可以在舌头上运行弱电流。它会产生一些神经反应,但你会感知通常描述为金属或酸味的东西(酸味是另一种“直接”的味道:它是质子流入的结果)。目前,没有人工刺激可以复制钠离子通过ENaC进入的效果。有一种“电盐”装置,但它不会凭空产生咸味;它将钠离子集中到味觉细胞附近,有效地提高食物的感知咸味。因此,吃低钠食物的人仍然可以尝到咸味。
钠如何影响血压
钠是细胞外液中主要的正电荷离子。当身体保留更多的钠时,它也会保留更多的水分,扩张细胞外液,包括血浆。假设其他条件相同,循环血量增加往往会通过增加静脉回流和心输出量来提高动脉血压。健康的肾脏通常会排泄过多的膳食钠,但这种保护并非无限的。在对盐敏感的人中,保持钠平衡可能需要更高的血压。
那么,为什么钠不会流入细胞,把水拉回来呢?它确实会,只是它会被泵出。进化的一个有趣结果是,大多数人类细胞都有钠/钾泵。这些泵会不断将钠推到细胞外,并把钾拉到细胞内。这会在细胞膜上形成钠和钾梯度。细胞膜含有钾泄漏通道,这些通道在静止时是开放的。这些通道允许钾离子通过,但阻止钠离子通过。为什么呢?这与钾离子和钠离子在水中是如何存在的有关。它们吸引水分子,并被它们包围。要穿过狭窄的蛋白质通道,离子必须部分脱落水壳。通道有一个狭窄的区域,称为选择性过滤器,上面有氧原子。这些氧原子暂时取代了水分子,并在离子通过时“固定”离子。钾离子足够大,可以触摸到氧原子。钠离子太小了,紧紧地抓住其水壳,因此过滤器无法脱水并稳定它。
这种泄漏的钾流导致细胞内电压略有负值(约-70 mV)。它产生了某种生物电池。这对于神经信号、肌肉收缩、心律和许多运输过程都有用。
钾有助于抵消钠的血压作用,但这并不是因为细胞内的钾“平衡”细胞外钠。它主要通过肾脏和血管发挥作用。更高的钾摄入量可以使肾脏将更多的钠排入尿液中。保留的钠减少意味着保留的水分减少,血容量降低,血压通常也会降低。钾还影响血管平滑肌和血管壁的电信号。简单地说,良好的钾水平可以使血管不那么收缩。因此,如果您正在监测血压,您应该注意的不仅是钠的绝对水平,还有钠/钾的比例。常见的富含钾的食物包括豆类、土豆、香蕉和西红柿。
为什么钠在细胞外,钾在细胞内?主要假设是,早期细胞是在富含钾、缺乏钠的环境中进化的。
膳食钠实际上来自哪里
还记得每天可怕的3000毫克钠吗?根据国家健康和营养检查调查,美国的人均钠摄入量约为每天3400毫克。因此,计算结果接近实际数值,但原因是错误的。
该计算假设每克食物都均匀调味,你自己添加所有的盐,你使用的所有盐都留在食物中。这些假设都不成立。
我们不会按相同比例给水果、酸奶、谷物、面包、蔬菜和牛排加盐。即使用咸水煮意大利面或焯蔬菜,大部分盐也会随水倒掉,而不是进入食物。适合一道咸味菜肴的调味比例,不能直接乘以一天所吃全部食物的总质量。
更重要的是,在家庭厨师拿起盐罐之前,美国饮食中的大部分钠就已经存在了。超过70%的钠来自包装食品、加工食品和餐馆食物。营养标签中的钠还包括食盐以外成分所带来的钠,例如小苏打、味精和磷酸钠。盐罐看得见,大部分钠摄入却看不见。
商店购买的面包就是一个令人惊讶的例子。在美国一项大型饮食调查中,面包和卷饼是钠摄入量中单一食品类别最大的贡献者。面包通常不会宣布自己是咸的,但经常吃适量的面包会累计增加。熟食、奶酪、瓶装酱汁、罐头食品、冷冻膳食和餐馆菜肴也是如此。食物的钠含量不仅取决于它的咸度,还取决于你吃多少次和吃多少量。
对于典型的美国饮食来说,在家中对新鲜食物进行过量加盐是错误的举措:它会放弃大量风味,同时只解决了平均钠摄入量的相对较小部分。一个更好的策略是减少经常吃的包装食品和加工食品中的背景钠含量,然后在效果最大的地方适量添加盐。不要在无法感受到其益处的地方使用钠。
以一块200克的鸡胸肉为例。若盐占重量的1%,就需要2克盐。按我的测量,满满一撮三指捏起的粗粒犹太盐约重0.7克,而盐磨每完整转一圈只磨出0.03—0.10克。因此,达到2克约需三大撮,或转动盐磨20—67圈——远超多数家庭厨师实际使用的量。烹调新鲜完整食材时,更常见的错误往往是盐放得太少。
盐作为调味品
如果钠预算有限,厨师的问题不再是“我应该使用盐吗?”而是“盐在哪里发挥最大的作用?”
大多数调味品通过分子身份来表明自己:罗勒的味道像罗勒,大蒜的味道像大蒜,烟味像烟味。盐不同。像酸一样,它作为一种名称香料的作用较小,更多的是作为一种结构调味料。它改变了已经存在的食物的感知方式。
在烹饪中,盐有两种主要作用。首先,它改变了味道感知。其次,我们将在后面看到它通过改变蛋白质和水分来改变质地。
1. 盐可以抑制苦味
苦味是一种特殊的味道。咸味、甜味和鲜味都信号着身体想要的东西。身体只需要检测它们的存在,所以少数检测器就能完成这项工作。许多有毒化合物有苦味,它们没有共同的结构,所以进化倾向于广泛的、非常敏感的苦味检测器。有25种不同的苦味受体,远远超过其他任何味道的受体。钠似乎干扰了一些苦味化合物激活受体的方式。但这似乎是一种次要效应。主要干扰发生在中枢处理中。当咸味和苦味信号到达大脑时,它不会简单地相加。它会进行一种相互抑制。苦味具有非常低的检测阈值,所以一点钠就能发挥很大的作用。
咖啡是标准的例子。一小撮盐可以将苦味推到背景中,而不会尝到咸味。你并没有在化学上改变任何东西,只是改变了味觉的感知。
2. 盐可以增强甜味和鲜味
盐也可以直接影响甜味。味道混合物是非线性的:在低浓度下,钠可以增加感知到的甜味,而在高浓度下,咸味会与之竞争,最终占主导地位。这种影响取决于食物和所涉及的浓度,这就是为什么一小撮盐可以使焦糖或西瓜变得更加圆润,但更多的盐并不只是让它们变得更甜。
当谷氨酸和相关化合物激活鲜味受体时,就会检测到鲜味。盐提供单独的咸味信号,大脑将该信号与谷氨酸的鲜味信号结合起来。在适当的比例下,这种结合会增加食物的感知鲜味和可口性,尽管钠不会激活鲜味受体。这就是为什么富含谷氨酸但盐分低的肉汤的味道可能会很平淡,但在适当调味时会“开花”。
鲜味受体有自己的锁钥技巧。谷氨酸在一个部位结合,而IMP和GMP等嘧啶核苷酸则在相邻的部位结合。当两个部位都被占据时,核苷酸会稳定受体的闭合、活性形式,放大风味信号,远远超过简单的添加作用。这就是为什么海带和金枪鱼片在汤汁中起作用的原因:海带提供谷氨酸,而金枪鱼提供IMP。
3. 盐可以增加香气的影响
风味不仅仅是味道。气味是我们随意称呼的风味的一个重要组成部分。盐也可以改变这个系统。
一种机制来自感知:苦味减弱、整体味道轮廓更清晰后,大脑会以不同方式解释香气。另一种机制来自物理化学。溶液中的盐离子紧紧吸引周围的水分子,使液体不再那么适合容纳非极性香气化合物——正是这些分子带来葡萄酒的花香或大蒜的冲击感。它们被挤出溶液,进入食物上方的空气,更容易抵达鼻腔。Setschenow关系描述了这一变化的大小:
其中是无盐香料化合物的溶解度,是含有盐的溶解度,是盐浓度,是一个特定化合物的常数。该方程表明,溶解度随着盐浓度的变化呈指数衰减。
这种效应是真实的,但它不应该被夸大成“盐总是释放香味”的普遍定律。从方程式来看,一个明显的注意事项是,只有当为正时,盐析效应才成立。物理情况是这样的:离子带电,并紧紧抓住水分子,将其吸附到水合壳中。这“消耗”了水,并提高了液体的凝聚能,使其更难打开一个腔室来容纳非极性分子。一开始在水中只勉强容忍的非极性香味化合物被挤出——溶解度下降,挥发性上升。其他化合物与钠离子和水分子相互作用的方式不同,这使变为负数。当我们稍后谈论盐如何影响质地时,我们将讨论这种关系的另一半。
调味作为控制问题
舌头有阈值。在一定浓度以下,调味料在功能上可能看不见。在另一个浓度以上,它占主导地位。最好的调味区通常很窄。在控制理论的语言中,盐是一种高增益控制,具有不对称的故障模式。这就是为什么经验丰富的厨师会逐次调味的原因:他们将结果视为一个反馈回路,在承诺更多之前,先加一点并品尝一下。
同样的原则也能帮助我们决定何时给咖啡加盐:冲煮前加进咖啡粉,还是冲煮后加进杯中?盐量很小,不会影响萃取,所以问题只剩下怎样更好地控制最终结果。冲煮前加盐,会在品尝成品前就确定剂量,使过程处于开环状态;冲煮后再向杯中加盐,则能闭合前述反馈回路。盐相同,化学作用相同;改变的只是它在流程中的加入位置。
把调味做得恰到好处,需要真本领和大量练习。这就是为什么米其林星级餐厅的餐桌上通常没有盐瓶:随手加盐会破坏厨师精心建立的风味平衡。
盐和质地
最被误解的说法之一是盐可以软化肉。要完全了解这一点,我们需要从什么是肉开始。
肉大部分是水——重量上约占四分之三。在水中之后,蛋白质是主要成分,有三种类型:
- 水溶性蛋白质,如白蛋白。
- 盐溶性蛋白质,如肌球蛋白和肌动蛋白,构成肌原纤维网络——这种丝状晶格保留着肉中的大部分水分。“盐溶性”并不是说它们溶于盐,而是说没有盐的帮助,它们不会溶于水。
- 胶原蛋白不会溶解在水中。(不过,通过长时间、潮湿的热量,它会转化为明胶,明胶会溶解——这就是为什么坚硬的肉切片变嫩的原因。)
蛋白质表面布满可电离基团:酸性基团(羧基,来自谷氨酸和天冬氨酸等氨基酸)能释放质子而带负电;碱性基团(氨基,来自赖氨酸、精氨酸和组氨酸)能接受质子而带正电。每个基团是否实际带电,取决于周围液体的pH。在酸性条件下(周围H⁺较多),碱性基团接受质子,蛋白质整体带正电;在碱性条件下,酸性基团释放质子,蛋白质整体带负电。在两者之间某个特定pH下,正负电荷恰好平衡,净电荷为零。这就是等电点(通常写作pI)。
关键后果:在电中性点,没有净电荷,蛋白质分子不会因静电而相互排斥,因此没有什么能将它们分开——它们会聚集在一起。肉的自然pH约为5.5,肌纤维蛋白的pI约为5.0——因此新鲜肉靠近其电中性点,这正是最小水含量区。丝状蛋白几乎没有净电荷或排斥力,留下一个塌陷的晶格,几乎没有水分的空间。
当你加入盐时,氯化物会与蛋白质结合,并有效地将电中性点拉低。肉的pH保持在5.5,但现在它比以前高出pI,因此蛋白质携带更多的净负电荷,因此经历更多的排斥力。丝状物彼此远离,它们之间有更多的空间来容纳水。
你可能会问为什么钠离子不会中和蛋白质上的负性位点,并将pI移回。这与钾通道的同水合故事是一样的:钠粘附在它的水壳上。为了与蛋白质上的羧基团紧密结合,钠必须剥离一些水,这需要消耗能量。因此,它仍然被水包裹着,作为一种松散的扩散的抵消离子留在附近——存在,但没有锁定。氯离子很容易脱落水壳,因此它可以直接贴近蛋白质的正性位点并紧密结合。它承诺了钠无法做到的地方。
我们还可以直接移动pH,而不是pI。这就是中国炒菜中使用的小苏打技巧。小苏打产生的碱性条件导致蛋白质上的酸性基团释放质子,增加蛋白质的净负电荷。由此产生的排斥打开了肌纤维网格,并改善了水分的保留。
顺便说一句,用菠萝腌制肉的原理完全不同。酶菠萝蛋白酶切断蛋白质骨架,将长蛋白质链切成碎片。它不仅攻击盐溶性蛋白质,还攻击胶原蛋白。盐离子对胶原蛋白的影响不大。胶原蛋白纤维由共价交联锁定在一起——胶原蛋白分子的实际化学键。共价键并不关心你的离子环境。你可以堆积电荷并屏蔽你想要的任何东西;你不会用静电来拆散共价键的网络。所以胶原蛋白主要只是在那里。
要攻击共价键,你需要水解,这是一个水将化学键分解的反应。在烹饪温度下,水解过程缓慢,因此它需要水分和时间。这就是为什么硬肉要慢炖的原因:在潮湿的环境中缓慢烹饪几个小时,逐渐将胶原蛋白转化为明胶,然后溶解在周围的液体中。温和的热量很重要,因为肌肉蛋白在温度升高时会收缩,挤出水分;长时间慢炖可以换取时间,使胶原蛋白变软,而不至于使肉肉质严重干燥。
在足够高的浓度并经过足够长的时间后,盐的作用就不只保水。肌球蛋白分子通常会因相邻分子带电位点之间的静电吸引而紧密结合。加盐后,离子进入其中并屏蔽这些电荷;吸引力被削弱,分子不再彼此抓紧,丝状结构分离,每个肌球蛋白分子都被水包围,于是肌球蛋白溶解。粗略的临界范围约为0.3—0.6摩尔离子浓度,这也是香肠配方需要大量盐的原因之一:低于某个水平,根本提取不出足够的肌球蛋白。这就是“盐溶”(salting-in):盐使分子在水中的溶解度提高,在Setschenow关系中表现为变为负值。严格来说,前面的方程描述的是相对简单溶液中的小型中性化合物。蛋白质盐溶更复杂,因为肌球蛋白是嵌在有序丝状结构中的大型带电分子,其提取取决于离子屏蔽、pH、蛋白质结构和机械混合,而不只是一个负的Setschenow常数。
普通的无盐碎牛肉饼由于研磨会破裂细胞并将蛋白质涂抹在切割表面,因此颗粒会粘稠并物理上相互锁定——肉、脂肪和结缔组织碎片相互纠缠在一起。少量肌纤维蛋白暴露在外,肉本身也含有一些天然离子含量,因此少量粘稠的蛋白质发挥作用。然后,当你烹饪时,所有这些颗粒表面的蛋白质都会变性并凝固,将相邻的颗粒融合在一起。这足以给你一个有凝聚力的汉堡。质地松软、嫩滑、略带松脆——这正是你在经典汉堡中想要的。
当你加盐并处理肉馅——混合、揉捏、抹压——就会主动把肌球蛋白从纤维中提取出来,形成黏稠的渗出物,包裹每一颗肉粒。加热时,这层渗出物凝固成连续的蛋白质基质,把一切黏成整体。结果富有弹性、紧实而可切片——这正是香肠的质地、热狗清脆的咬感和优质肉丸的弹性来源。
因此,盐不是控制肉能否“黏在一起”的开关,而是调节“松散柔嫩”与“弹性紧实”的旋钮。这对厨房操作有直接影响:若在整形成汉堡肉饼前就给碎牛肉加盐并搅拌,肌球蛋白会被提取出来,汉堡就会变得紧实、橡胶般有韧性,像一块奇怪的香肠——在我看来这是错误的做法。解决方法是临下锅前只给外表撒盐,让内部保持松散。制作香肠、肉丸、肉糕或任何需要紧实凝聚的食物时,则反过来:提前加盐并用力搅拌,有意发展这种黏结力。
在我们结束对肉类中蛋白质的讨论之前,关于一种水溶性蛋白质白蛋白,最后说一句。当鲑鱼加热并其蛋白质收缩时,它们会挤出水和白蛋白一起。一旦白蛋白到达表面并加热,它就会变性并凝结成白色固体。如果你在盐水中腌制鲑鱼,肌纤维网状结构会放松并保持更多的水分,因此更多的白蛋白留在肌肉内部,而不是渗出。但这只是在边缘有帮助。主导因素仍然是热量:如果你在鲑鱼上看到白色物质,你可能煮得太熟了,而不是腌制得太少。
那么盐会让肉更嫩吗?简短的答案是:有时,适度地,这种效果比加热的时间和强度重要得多。
将盐加入食物中
盐必须渗透到肉中才能对蛋白质起作用。当我们给肉加盐时,我们通常会在表面加盐。(如果我们想在里面加盐,我们可以,而且可能应该用注射器将盐水深深地注入一只大火鸡体内——尽管这可以被认为是对恰好是内部的表面加盐的一种方式。)湿式和干式腌制方式不同。湿式腌制很简单:盐从高浓度区域扩散到低浓度区域。这种扩散的速度受菲克第二定律的支配:
其中是盐浓度,是时间,是进入食物的距离,是扩散系数。用普通语言来说,该方程表示,每当盐分布不均匀时,大自然都会随着时间的推移使曲线变得平滑。浓度曲线弯曲最严重——最不均匀的地方——变化最快。表面附近盐浓度的陡峭堆积逐渐放松,逐渐变得更平坦、更均匀。
这个方程的形式与热传递章节中讨论的热传递方程相同。这不是巧合。扩散和热传导都是由梯度驱动的传输现象。
从方程中的尺寸来看,左侧的比例是,右侧的比例是。为了使两者平衡:
这意味着盐的渗透深度与时间的平方根成正比。将盐推入两倍的深度需要四倍的时间。用数字来固定它:
肉中的盐扩散系数大约为.取和天:
因此,特征深度大约每天为半厘米到厘米。这与经验丰富的厨师使用的经验性经验规则一致,并有助于解释向火鸡注射盐水的好处。
实际上,取决于许多因素:盐在低温下扩散速度更慢;盐主要通过水相扩散,而不是通过干蛋白质或脂肪扩散,因此更多的可用水分通常意味着更快的扩散。肌肉是有方向性的。沿纤维束扩散与跨越纤维束扩散不同。盐在脂肪和结缔组织中扩散速度比在瘦肌肉中慢。最后,研磨、注射、搅拌、切割,甚至冷冻解冻损伤会缩短扩散距离或打开运输途径。这就是为什么香肠、碎肉、注射家禽和工业腌制肉类比完整的烤肉可以更快地调味和盐化。作为数量级示例,一薄片的鱼片可以在一两个小时内有意义地调味。鸡胸肉受益于过夜盐化。
干腌会在普通扩散之外增加两个相互重叠的过程。盐一旦溶于肉表面原有的水分,就形成一层高浓度盐水膜。水开始向外移动,钠离子和氯离子则向内扩散。对牛排大小的肉块而言,加盐后约3—40分钟是干腌的“死区”:水在表面积聚得比盐向内扩散或水分蒸发更快。此时已有一些盐进入肉中,却不足以深入调味,而潮湿表面又妨碍褐变。具体时间窗取决于厚度、温度、湿度和气流,因此观察表面是否明显湿润更可靠。
随着时间推移,渗出的水会溶解余下的盐,离子再向肉的更深处扩散,逐渐抹平浓度梯度。盐也开始改变表面附近的肌原纤维蛋白。若肉在冰箱中不加覆盖,蒸发最终会再次使表面干燥,而内部调味变得更均匀。这会促进褐变。正如牛排章节所述,充分调味也会增强多汁感。
因此,你能做的最糟糕的事情是在烹饪前几分钟给肉加调味料。对于牛排大小的切片,要是在烹饪前立即调味,或者至少提前40分钟调味;避免中间这段时间。

盐是厨房中最普通的成分,也是最不可替代的成分之一。它没有香味,没有颜色,没有植物遗产——只有两种裸离子,从地球上提取或从古代海洋中蒸发出来。然而,它是厨师拥有的最强大的工具。
如果使用不当,它会留在表面上,味道像盐——粗糙、明显,缺乏融合。如果使用得当,它会消失在食物中,让一切的味道都更像自己。
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