炖煮肉类，要肉质软烂或筋道微弹，本质上是蛋白质（尤其是胶原蛋白）的变性与转化反应，依赖温度、时间、酸碱环境三大关键因素。
撰文 | 王彬羽
立志成为大厨的我在暑假翻了车，原本信心满满准备的“硬菜”却无人问津：一道红烧肉被我做得皮干肉柴，完全没有想象中的美味。妈妈看到后，笑眯眯地把肉又放到锅里小火慢炖了2h，再端出来后入口即化。当然，火候不够导致肉嚼不烂这是常识[1]，但是同样是肉，为什么猪蹄、牛筋、鸡翅这些部位不需要煮很长时间也会“软烂Q弹”？而其他肉就一定要炖的时间长一点呢？
妈妈说这是一场“厨房里的化学反应”！除了火候还有其他能让肉质松软的办法，今天就让我们一起揭开炖肉变嫩的秘密——胶原蛋白转化为明胶的过程！
1
探索，寻找肉中“隐形支柱”
胶原蛋白存在于动物的皮肤、筋膜、软骨甚至骨头当中，是支撑身体结构的重要物质。它就像一根根细密的绳索，把肉块里的细胞和纤维牢牢绑在一起。那么我们如何找到胶原蛋白呢？
我们通常用光学显微镜和染色剂来观察肉的结构:将一小块牛腱切成极薄的切片，放到显微镜下观察，并用特定的染色试剂将胶原蛋白染色。这时，呈现在显微镜下的胶原蛋白，就像一根根纤维状的“线团”，盘绕在肌肉组织之间，清晰可见（图1）[2]。它的作用就像是建筑工地里用到的细小的“钢筋网”，把肌肉纤维一根根捆在一起，让肉保持整体的形状，不会一煮就碎、不切自落。
图1 光学显微镜下的染色[2]
我们用刀分别去切鸡胸肉（胶原蛋白含量较少）和牛筋（胶原蛋白含量较高）就能感受到。切牛筋的时候，能明显感受到肉的韧劲，就像有一股“阻力”阻止“切断”；而切鸡胸肉的时候，几乎没有“阻力”，切起来感觉软软的、很容易切碎；这个“阻力”和“韧劲”就是胶原蛋白的作用。那如果是这样，胶原蛋白是不是“咬不动”的元凶呢？如果没有它，肉是不是就更软更容易嚼动了呢？答案可能会让你失望——没有胶原蛋白，肉不但不会更好吃，反而会失去“肉”的样子。
2
实验：厨房中的化学反应
我们把切好的鸡胸肉和牛筋分别放到小锅里煮，鸡胸肉在长时间水煮后肉质较为干硬，缺乏弹性和嫩滑感；而牛筋在长时间炖煮后反而变软了，嚼起来也有一定的韧性。其实水煮后口感的不同就来自切肉时的“阻力”：胶原蛋白。在高温和长时间作用下，肽键（–CO–NH–）发生水解，断裂为较小的多肽链或游离氨基酸[4]，反应如化学式（1）[5]所示；这个过程反复发生，导致三螺旋解体生成一条条单链多肽，也就是明胶。明胶赋予肉类柔软、弹性十足的口感。
（1）
在炖煮过程中，胶原蛋白的转化与温度、时间密切相关。高温短时间处理的肉类，胶原蛋白的转化程度较低，导致肉质依然保持韧性；这也就是我做的红烧肉皮干肉柴的原因。而低温长时间炖煮能让胶原蛋白充分转化，从而得到理想的嫩滑口感，所以妈妈小火慢炖了两小时后红烧肉又酥软可口。
研究表明，胶原蛋白在60℃左右的温度下开始逐渐转化为明胶，而在更高的温度下，它的转化过程会更快、更彻底[6]；但温度过高过长，也会影响到明胶的品质[7]，具体如图2[3]所示。所以温度的选择需根据目标口感（软烂或有嚼劲）进行调整，具体参考表2。
图2加热过程中牛半腱肌和胶原蛋白变化图（偏振光，放大倍数100）[3]
表2 不同温度下对肉质口感的影响[8]
温度
胶原蛋白变化
肌肉蛋白变化
肉质口感
55～60 ℃
缓慢开始变性
部分变性
最嫩、微弹，带嚼劲
60～65 ℃
明显变性
肌肉收缩略增加
嫩，但结构感更明显
70～80 ℃
胶原快速转化为明胶
肌纤维收缩明显
更松软，汁水减少
>85 ℃
完全转化，胶原大量释放
水分流失多，纤维破碎
炖烂、脱骨、适合老年人
如果你和我一样，更喜欢嫩弹有嚼劲，那么就选择“小火慢炖”就好。但是现在又有新的问题了，不同肉类由于胶原蛋白的含量和结构差异，其口感的变化也大不相同；为了进一步理解胶原蛋白的转化效果，我们选用猪蹄、牛筋和鸡胸肉这3种肉类来进行对比实验。
实验一：不同火候对肉质的影响
将猪蹄、牛筋和鸡胸肉分成两组，一组用“高温快煮”（80～90℃）5～10min，另一组用“小火慢炖”（60～65℃）2h。用这两种方式进行烹饪后，我们发现：
（1）高温快煮的3种肉类中，猪蹄口感坚韧，咬起来虽然有弹性但缺乏柔软度；牛筋口感偏硬，且肌肉纤维难以咬断；鸡胸肉整体口感更是干涩，纤维间水分减少，质地偏硬。
这是因为猪蹄和牛筋中含大量胶原蛋白，在高温快速加热条件下，胶原蛋白的三螺旋结构迅速收缩和变性，但由于加热时间不足，水解不完全，不能充分转化为明胶，导致胶原纤维保留较多原始的韧性结构，肉质紧缩，使得口感不佳。而鸡胸肉以肌动蛋白和肌球蛋白等为主，胶原蛋白含量相对较低。高温快速加热会使肌原纤维蛋白迅速收缩，导致肉汁大量流失，肉质变得干柴，失去弹性。
（2）小火慢炖的3种肉类中，猪蹄和牛筋在持续的小火加热下，胶原蛋白的三螺旋结构逐渐解开并发生充分的水解，转化为大量明胶，吸收并锁住水分，使得猪蹄的质地柔软而富有弹性，口感软嫩。而鸡胸肉的口感虽相对高温快煮稍微改善，但质地仍然较为紧实，嫩滑程度有限。这是因为鸡胸肉中胶原蛋白的含量远低于猪蹄与牛筋，难以通过胶原蛋白的水解充分改善口感。因此，仅凭胶原蛋白水解原理，鸡胸肉在小火慢煮条件下的嫩化效果也是有限的。
通过实验，我们能看到肉类在不同温度处理下口感有不同程度的改变，“小火慢炖”确实对胶原蛋白含量高的肉类具有明显的嫩化效果。但是鸡肉也是我们经常食用的肉类，我们怎么通过化学魔法，让胶原蛋白含量少的鸡胸肉也嫩起来呢？
实验二：用化学解决烹调难题
（1）在化学的学习中，我们知道蛋白质的结构与其氨基酸链的相互作用密切相关。蛋白质是由氨基酸通过肽键连接而成的高分子，在自然状态下通常呈现稳定的三维结构。在这种结构中，蛋白质的氢键、离子键和疏水作用等维持了其稳定性。然而，当蛋白质暴露在酸性环境中时，酸性物质中的氢离子（H+）会与蛋白质中的氨基酸侧链发生相互作用，破坏原有的氢键和盐键结构，使蛋白质发生变性。这种变性会导致蛋白质的空间结构发生松弛，减少蛋白质链之间的紧密连接，使得肉类组织变得更加松软[9]。而在烹饪中，我们也经常使用腌制的方法来嫩化肉质，那么我们是不是也可以用酸性物质来嫩化鸡胸肉呢？
我们选择了柠檬汁和醋来实验。柠檬汁主要成分为柠檬酸（C₆H₈O₇），柠檬酸在水溶液中则会部分离解为氢离子（H⁺），这就是柠檬酸作为三元酸依次释放三个质子的反应过程，通过降低溶液的pH值来改变肉类中的蛋白质结构（化学式（2）[10]）。同时柠檬酸与肉中的钙离子（Ca²⁺）形成络合物，减少钙离子与蛋白质中的磷酸盐的结合，从而使蛋白质结构松弛，增加肉类的嫩度[11]。
（2）
而醋主要成分是醋酸（CH₃COOH），醋酸释放的氢离子（H⁺）会与胶原蛋白中的氨基酸侧链发生反应，特别是带有负电荷的基团，如羧基（–COOH），从而中和其电荷，破坏蛋白质的稳定性。从而使胶原蛋白变性（化学式（3）[12]和（4）[13]）。
（3）
（4）
将鸡胸肉切块分别浸泡在含有高浓度的柠檬汁和醋的腌制液中，经过30分钟的腌制后再水煮，两份鸡胸肉的肉质都变得多汁且更加柔软，这证明用酸性物质软化肉质是可行的。但是鸡肉泡在高浓度醋里时间长了，味道实在让人难以接受，所以为了让口感更好，我们调整了腌料的配比，使用大约1汤匙（6g）柠檬汁，加上少量盐提升口味，适量加入糖或蜂蜜平衡酸度，再用洋葱和葱帮助提鲜，与200g鸡胸肉一起倒入保鲜袋中不停揉搓，确保鸡胸肉被腌料均匀包裹后，放入冰箱中腌制约30 min。
在这些腌料中，盐的作用除了增味，还可以通过它的离子效应，改变肉类的水合作用和蛋白质的溶解度。盐的离子（Na⁺和 Cl⁻）与蛋白质中的极性氨基酸侧链发生相互作用，可以改变蛋白质的溶解度，促进蛋白质的变性，改善肉质的嫩度和口感（化学式（5）[14]）。
（5）
洋葱和葱中含有的硫化合物（C₆H₁₀S₂）具有一定的抗菌作用，防止在夏天腌制过程中的腐败，而洋葱中的槲皮素（C₁₅H₁₀O₇）具有强大的抗氧化作用，能帮助减少肉类在腌制过程中由于氧化产生的有害物质，同时增强肉类的香气和色泽，提升肉类的风味。糖在腌制过程中主要起平衡酸度的作用，使腌料中的酸味不至于过于强烈，并且能为细菌发酵提供能量。此外，糖还能在后续的烹饪中与蛋白质发生美拉德反应（Maillard reaction），增强烹调的风味和层次感。为了更大程度地保持肉质的水分，我们选择了蒸的方式来烹饪。蒸能很好地锁住水分，避免肉质过干。经过5～8min的蒸煮，揭开锅盖的一刹那，不仅鲜香扑鼻，鸡胸肉也嫩滑多汁。
3
结论：厨房里的化学魔法
我们常常把化学看作是课堂上复杂的公式、课堂下的“背多分”，但实际上，化学无处不在，渗透在我们的日常生活中。而厨房就是一个“化学反应实验室”，每一次翻锅、每一次加调料，背后都藏着一场分子间的微妙变化。火候、温度、酸碱、时间、调味——这些看似简单的步骤，塑造了我们所品尝到的美味与口感。我们的味蕾，恰恰是这场“化学实验”的检验器，感知着每一次反应后的成果。通过实验，我们检验了化学知识，让原本写在课本上的抽象概念，具象化在锅碗瓢盆之间。所以，下次当我们走进厨房，不妨换一个视角，去观察和思考那些熟悉的操作。或许，你会在蒸汽升腾、香气四溢的过程中，也能看见化学公式在厨房里闪闪发光，为你带来无穷的创意与美味。
参考文献
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[12] Atkins P, de Paula J. Physical Chemistry (10th ed.)[M]. Oxford: Oxford University Press, 2014.
[13] Morrison R T, Boyd R N. Organic Chemistry (6th ed.)[M]. Englewood Cliffs: Prentice Hall, 1992: 87-90.
[14] Morrison R T, Boyd R N. Organic Chemistry, (6th ed.)[M]. Englewood Cliffs: Prentice Hall, 1992
本文经授权转载自微信公众号“洞察化学”，原题目为《舌尖上的化学——厨房里的“胶原魔法”》，审稿人：张忠；编辑：朱真逸；审核：佘婉宁。